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出版者:高等教育

作者:燕庆明　等

出品人:

页数:223

译者:

出版时间:2007-11

价格:22.10元

装帧:

isbn号码:9787040225426

丛书系列:

图书标签:

• 学习
• 信号与系统
• 电路分析
• 线性系统
• 傅里叶变换
• 拉普拉斯变换
• Z变换
• 系统分析
• 控制系统
• 通信原理
• 数字信号处理

好的，这是一本关于《计算流体力学基础与应用》的图书简介： --- 计算流体力学基础与应用 作者： [此处留空，或填写作者的专业背景] 出版社： [此处留空] 页数/篇幅： 约800页（包含大量图表、算例与源代码） --- 内容概述 本书旨在为读者提供一套全面、深入且实用的计算流体力学（CFD）知识体系。它不仅仅是一本理论教材，更是一本强调实际操作和工程应用的手册。全书内容横跨理论基础的严谨推导、数值方法的实现细节、主流求解器的使用技巧，直至复杂工程问题的案例分析。 本书的目标读者群体广泛，包括但不限于： 1. 高年级本科生及研究生： 需要系统学习CFD理论和方法，并为毕业设计或研究打下坚实基础的学生。 2. 工程师与技术人员： 在航空航天、汽车设计、环境工程、能源转换等领域从事仿真分析和产品研发的专业人士。 3. 科研人员： 希望深入理解数值算法的内在机制，并探索前沿CFD技术的学者。 全书结构清晰，逻辑递进，从最基本的守恒方程出发，逐步过渡到复杂的湍流模型和高精度算法。 --- 核心章节与特色 本书内容被精心划分为六个主要部分，确保理论与实践的平衡。 第一部分：流体力学与守恒律回顾（基础巩固） 本部分首先对连续介质力学和经典流体力学中的基本概念进行回顾，重点聚焦于CFD分析的起点——控制体积和微分形式的守恒方程。 流场描述与坐标系： 详细阐述了拉格朗日和欧拉描述的异同，以及在笛卡尔、柱坐标和球坐标系下纳维-斯托克斯（N-S）方程的完整形式。 物理模型与假设： 区分牛顿流体与非牛顿流体，深入探讨不可压缩假设与可压缩流动的判据。着重讲解了能量方程的建立与热力学耦合的初步概念。 第二部分：离散化基础与代数方程的构建（核心方法） 这是CFD方法论的核心所在。本部分详细解析了如何将连续的偏微分方程（PDEs）转化为可由计算机求解的离散代数方程组。 空间离散技术： 详尽比较了有限差分法（FDM）、有限体积法（FVM） 和 有限元法（FEM） 的数学原理、适用范围及各自的优缺点。重点阐述FVM在处理守恒性方面的优势。 时间离散技术： 讨论了显式（如欧拉前向）和隐式（如欧拉后向、Crank-Nicolson）时间步进方案，并分析了其稳定性和精度（CFL条件）。 第三部分：压力-速度耦合与线性方程组求解（求解器关键） 处理N-S方程中压力与速度之间的耦合是CFD求解的难点。本部分聚焦于解决这一问题的经典算法。 SIMPLE族算法的深度解析： 详细推导了 SIMPLE、SIMPLER、PISO 算法的每一步迭代过程，并分析了收敛性控制参数（松弛因子）对解的稳定性的影响。 线性系统求解器： 介绍了直接法（如高斯消元法）在大型稀疏矩阵上的局限性，并重点讲解了迭代求解器，包括共轭梯度法（CG）、双共轭梯度法（BiCGStab） 以及多重网格法的基本思想。 第四部分：网格生成与质量评估（前处理环节） 仿真结果的可靠性在很大程度上取决于计算网格的质量。本部分提供了网格生成和评估的实用指导。 网格拓扑结构： 区分结构化网格（I-J-K索引）、非结构化网格（单元拓扑）和混合网格。讨论了贴体坐标系的生成原理（如椭圆方程法）。 网格质量指标： 引入正交性、平滑度、纵横比（Aspect Ratio） 等关键指标，并展示了如何通过网格重构（如局部加密）来优化计算域的离散化。 边界层处理： 详细讨论了近壁面网格的构建策略，以及 $y^+$ 无量纲壁面距离的概念及其在湍流模型选择中的作用。 第五部分：湍流建模与高级物理现象（模型化进阶） 对于大多数工程问题，流动都是湍流的。本部分系统梳理了描述湍流的数值方法。 雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）模型： 深入剖析了经典的 $k-epsilon$ 模型（标准、RNG、Realizable三种）和 $k-omega$ 模型（包括SST模型）的输运方程、源项和关闭关系，并结合算例说明了模型选择对结果精度的影响。 大涡模拟（LES）与直接数值模拟（DNS）： 对LES的亚网格尺度（SGS）模型进行了介绍，并简要阐述了DNS的计算成本与研究价值。 传热与多相流： 探讨了辐射、对流和传导的耦合计算方法，以及欧拉-欧拉（E-E）和欧拉-拉格朗日（E-L）等基本的多相流耦合策略。 第六部分：后处理、验证与工程应用案例（实践检验） 理论学习必须通过实践来检验其有效性。 结果后处理与可视化： 介绍如何有效地提取和展示流场数据，如绘制等值面、流线、矢量图，以及计算升阻力系数等积分量。 CFD求解的可靠性评估： 引入网格无关性验证（Grid Independence Study）和解的收敛性判据，强调工程仿真报告的规范性要求。 典型工程算例： 包含对外部流（翼型绕流阻力预测）、内部流（管路流动与水泵性能）、燃烧（简化的反应流）等多个领域的深度案例分析，这些案例均提供详细的建模步骤和结果讨论。 --- 本书的独特贡献 本书的一大特色是其面向开源工具的教学导向。在讲解具体算法的同时，书中附带了大量的伪代码和基于Python/MATLAB的简化算例代码片段，帮助读者理解“代码是如何实现方程的”。这使得读者不仅知道“计算什么”，更知道“如何计算”。 此外，本书对物理约束与数值约束的平衡给予了高度重视，避免了纯数学推导的孤立性，确保读者在面对实际工程限制（如计算资源、时间限制）时，能够做出最合理的模型选择和方法折衷。 通过对计算流体力学各个环节的深度剖析，《计算流体力学基础与应用》致力于成为连接学术理论与工程实践之间的坚实桥梁。 ---

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