无序系统;动力系统 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学出版社

作者:费朗克斯 (Jean-Pierre Francoise)

出品人:

页数:520

译者:

出版时间:2008-6-1

价格:128.00元

装帧:精装

isbn号码:9787030216441

丛书系列:数学物理学百科全书

图书标签:

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《流体力学中的边界层理论与湍流控制》 本书深入探讨了流体力学领域中一个至关重要的分支——边界层理论及其在湍流控制中的应用。它并非一本关于抽象系统动力学的著作，而是聚焦于流体运动的实际物理现象，特别是流体与固体表面相互作用时所形成的薄层结构。 第一部分：经典边界层理论的基石 本书首先从普朗特（Prandtl）对边界层的基本假设和数学描述讲起。详细阐述了纳维-斯托克斯（Navier-Stokes）方程在边界层区域的简化，推导出薄层内流动的控制方程。重点分析了无粘性外流场与粘性内层之间的匹配问题，这是理解边界层物理特性的核心。 相似解与自相似性： 深入研究了平板上的Blasius解，这是层流边界层最经典的解析案例。书中详细推导了其求解过程，并讨论了速度剖面在不同雷诺数（$Re$）下的变化规律。此外，对类似平板流动（如楔形流动，即Hiemenz-Falkner-Skan方程）的相似解进行了细致的分析，揭示了压力梯度对边界层分离的影响机制。 动量积分法与能量积分法： 介绍了利用这些近似方法来快速估算边界层厚度、动量厚度以及能量厚度的方法。这些方法在工程估算中具有极高的实用价值，书中提供了大量算例以加深理解。 边界层分离与再附着： 详细分析了逆压梯度（Adverse Pressure Gradient, APG）如何导致边界层发生分离现象。通过分析临界压力梯度，阐明了分离点的物理意义及其对阻力、升力的巨大影响。 第二部分：三维与可压缩边界层 在超越二维、定常流动的基础上，本书转向更复杂的物理环境。 三维边界层： 探讨了拐角流、翼型上的侧掠流等三维效应。重点讨论了斯托克斯线（Stagnation Lines）和分离线的形成与演化，这些是理解气动力学复杂流场的关键。 可压缩边界层： 引入了温度效应和密度变化。详细讲解了普朗特-汤玛斯（Prandtl-Tomlinson）关系，以及如何利用摩尔变换（Morkovin Transformation）将高马赫数（$Ma$）的流动简化为等温的低速流动进行求解，这对于超音速飞行器的设计至关重要。 第三部分：湍流边界层的基础与建模 湍流是流体力学中最具挑战性的课题之一。本书用大量篇幅阐述了湍流边界层的特性及其数学描述的难度。 湍流结构与统计描述： 介绍了湍流的本质特征，如涡旋结构、混合作用和能量级串。着重分析了雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程的推导，以及由此产生的雷诺应力项。 经典经验律与速度剖面： 详述了对数律（Log-Law）在近壁区（粘性底层、过渡层、湍流核心区）的适用性。对比了普朗特一卡门（Prandtl-von Kármán）的综合速度律在描述全厚度湍流边界层时的优势。 湍流模型： 这是工程应用的核心。本书系统地介绍了主流的RANS湍流模型，包括： 零方程模型： 如经验公式法。 单方程模型： 如$k-epsilon$模型和$k-omega$模型。对这两种模型的理论基础、适用范围、优缺点以及“壁面函数”的引入进行了深入比较和辨析。 二方程模型的局限性： 指出这些模型在处理分离流、强自由剪切流或剧烈变化的压力梯度时所面临的挑战。 第四部分：边界层分离与减阻技术 本书的实践导向部分，聚焦于如何主动或被动地控制边界层的状态，以优化气动性能。 被动控制技术： 讨论了如何通过优化外形设计来延迟或避免流动分离。例如，采用气动外形优化（Shape Optimization）、翼型上的吹气/吸气槽（Suction/Blowing Slots）的布置原理，以及锯齿结构（Vortex Generators）的增阻减阻机制。 主动控制技术： 探讨了利用外部能量输入来维持或重新附着边界层的方法。 边界层吹气（Boundary Layer Blowing）： 详细分析了切向吹气和横向吹气对动量输入的贡献，并给出了控制参数（如吹气量）对边界层特性的影响。 等离子体激励与射频激励： 引入了前沿的激励技术，讨论了微等离子体（Dielectric Barrier Discharge, DBD）如何在低能耗下改变近壁区的速度梯度和湍流脉动。 湍流减阻技术（Drag Reduction）： 专题讨论了如何降低湍流边界层带来的摩擦阻力。重点分析了仿生学方法（如模拟鲨鱼皮纹理的微结构），以及超疏水表面如何通过在壁面附近形成“空气垫”来降低壁面剪切应力，实现减阻。 本书旨在为机械工程、航空航天工程及相关领域的科研人员和高级学生提供一个全面、深入且注重实际应用的边界层理论和湍流控制的参考资料。它要求读者具备扎实的微分方程和流体力学基础，以便能够驾驭从解析解到复杂数值建模的整个知识体系。

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这本书的排版和图示设计，是让我感到惊喜的部分。在处理如此高密度的信息时，视觉呈现往往决定了阅读体验的成败。《无序系统；动力系统》在这方面做得非常出色。那些相图、庞加莱截面图，以及分岔图，无一不是精心绘制，清晰地揭示了隐藏在数字背后的几何形态。尤其值得称赞的是，作者在引入新的数学工具时，总是先通过直观的图形来建立读者的空间想象力，然后再用符号语言进行精确描述。例如，在讲解如何通过修改参数来观察系统从周期运动到混沌运动的转变时，那些逐步演变的图形对比，比纯文字的描述要有力得多。它仿佛在进行一场视觉化的讲座，让那些抽象的“吸引子”不再是虚无缥缈的概念，而是变成了可以“看见”的、具有特定拓扑结构的图形实体。这种注重视觉沟通的编辑策略，极大地降低了理解难度，使得即便是对拓扑学不太熟悉的读者，也能通过图像直觉把握核心概念。整体而言，这是一本在内容严谨性与阅读友好度之间找到了绝佳平衡点的著作。

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对我这样一个追求系统性知识体系的读者来说，选择一本合适的入门或进阶读物至关重要。这本书的价值在于，它构建了一个既连贯又富有层次感的知识阶梯。它没有像某些专业书籍那样，一开始就将读者置于高深的数学框架中，而是循序渐进地铺垫了必要的分析工具。更重要的是，它清晰地区分了“无序”和“随机”这两个在日常语境中经常被混淆的概念，并明确指出了动力系统理论处理的是前者——即由确定性规则产生的“表观无序”。这种清晰的边界界定，对于建立正确的科学认知至关重要。全书的论述逻辑非常严密，从基本的迭代映射开始，逐步扩展到高维系统，最终回归到对现实世界复杂现象的解释模型。它不满足于展示一个孤立的理论点，而是致力于描绘一张完整的动力学理论全景图，让读者明白，所有这些复杂的分析手段，最终都是为了更好地理解自然界中普遍存在的、从微观粒子到宏观星系演化的动态规律。这是一本需要沉下心来精读，但回报远超投入的学术佳作。

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我是一个对历史演进和哲学思辨有浓厚兴趣的读者，坦白说，我对纯粹的数学推导通常敬而远之。但《无序系统；动力系统》却成功地打破了这种隔阂。这本书最让我赞叹的一点，是它将科学探索放在了更广阔的人文背景下进行审视。它不只是在陈述“是什么”，更在追问“为什么会是这样”。书中花了相当篇幅去探讨人类认识论的局限性，以及我们试图用线性思维去套用非线性世界的困境。我尤其喜欢作者在讨论洛伦兹吸引子时所采用的比喻，那种蝴蝶扇动翅膀引发风暴的意象，不仅仅是一个学术模型，更是一种对“微小行动可能带来巨大后果”的哲学警示。这种对科学与哲学交叉点的细腻描摹，使得阅读过程充满了智力上的愉悦感。它让我意识到，那些复杂的微分方程背后，其实是人类对自身存在于宇宙中的不确定性和规律性的永恒追问。这本书的文字功底也十分扎实，行文流畅，术语的引入都伴随着清晰的语境解释，避免了许多同类书籍中常见的晦涩感。阅读此书，就像在进行一场跨越学科边界的深度对话，让人意犹未尽。

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这本《无序系统；动力系统》的标题，乍听之下就带着一股子深奥莫测的学术气息，让人不禁好奇，它到底想和我们聊些什么。我拿起这本书时，心里是惴惴不安的，生怕自己那点微薄的数学功底会在晦涩的公式和复杂的理论面前溃不成军。然而，初读几页，我发现作者的叙事方式远比我想象的要平易近人。它并非那种冷冰冰的教科书，而更像是一位经验丰富的向导，带着我们在一个错综复杂的迷宫中探索。书中对“无序”的探讨，并非停留在表面上的杂乱无章，而是深入挖掘了看似随机现象背后潜藏的、由复杂交互作用所衍生的某种深层秩序。比如，作者用非常生动的例子来描绘湍流现象——那种我们日常生活中随处可见却又难以捉摸的现象，将抽象的李雅普诺夫指数具象化为对系统敏感性的直观理解。读到这里，我仿佛能听到那些微小的扰动如何在时间推移中被系统放大，最终导向完全不可预测的结果，这种对确定性边界的挑战，让我对“系统”这个概念有了全新的认识。它不仅仅是机械的齿轮咬合，更是充满了生命力和变数的动态过程。全书的结构安排也颇具匠心，从宏观的混沌理论引入，逐步深入到具体的模型构建，每一步都像是精心铺设的台阶，引导读者稳步前行，最终抵达对“动力”本质的深刻洞察。

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说实话，我对动力系统的应用性非常看重，希望看到理论如何指导工程实践或预测未来趋势。这本书在这一点上的表现，可以说既有深度，也保持了一定的克制。它并没有陷入那种“万能钥匙”式的过度宣传，而是老老实实地展示了动力学工具箱里有哪些“工具”，以及在什么情况下应该使用它们。比如，书中对振动、同步现象的分析，虽然理论基础严谨，但作者总是能巧妙地引申到实际的物理系统——从电路到机械共振，再到生态学中的种群波动。我特别欣赏它在探讨稳定性判据时，那种务实的态度。它没有直接给出大而全的解决方案，而是侧重于教会读者如何识别系统的“危险区域”，即那些参数微小的变动就能导致系统行为剧烈转变的临界点。这种“防患于未然”的思维方式，比单纯的求解方程更有价值。对我而言，这本书更像是提供了一套严谨的“风险评估”框架，教我们如何与那些本质上就难以完全掌控的复杂系统共存，而不是妄想完全征服它们。读完后，我对那些看似混乱的现实场景，比如交通堵塞或市场波动，有了一种全新的、基于结构而非表象的理解视角。

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