格子Boltzmann方法的理论及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:237

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出版时间:2009-1

价格:50.00元

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isbn号码:9787030232724

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• 物理
• 机械工程
• 方法论
• 格子玻尔兹曼方法
• LBM
• 计算流体力学
• 数值模拟
• 多尺度方法
• 流体动力学
• 传热学
• 多相流
• 微流体
• 工程应用
• 科学计算

《流体力学计算方法新视角》 本书是一部深入探讨计算流体力学（CFD）前沿方法的著作，旨在为读者呈现一种不同于传统数值求解方程组的全新视角。本书不对任何特定计算方法（如有限体积法、有限差分法、有限元法等）进行详细介绍，而是聚焦于一套新兴的、基于粒子动力学思想的计算框架，揭示其在模拟复杂流体现象方面的独特优势和广阔前景。 核心理念与理论基础 本书的核心在于阐述一种基于离散速度模型和粒子统计碰撞的计算方法。与直接求解宏观Navier-Stokes方程组不同，这种方法将流体视为大量微小粒子的集合，通过模拟这些粒子在离散速度空间中的演化和相互作用来宏观地反映流体的行为。书中将详细介绍构建这种离散速度模型的基本原理，包括选择合适的离散速度分量、定义粒子分布函数以及推导宏观守恒律（质量、动量、能量）与微观动力学之间的联系。 书中将深入剖析该方法的理论基础，包括： 离散速度模型的构建： 介绍如何根据问题的维度和对称性选择合适的离散速度格点，以及不同离散速度模型（如D2Q9，D3Q15等）的构建方法和适用范围。 碰撞算子的设计： 讲解如何设计合适的碰撞算子来模拟流体粒子之间的微观相互作用，使其能够准确地重现宏观流体的动力学行为。将重点介绍BGK（Bhatnagar-Gross-Krook）碰撞模型及其改进，分析其在不同物理条件下的准确性和局限性。 分布函数的演化： 阐述粒子分布函数如何随着时间和空间的变化而演化，以及如何通过宏观量的统计平均来获取流体的宏观性质，如密度、速度、压力和温度等。 粘性与扩散的产生： 详细推导该方法如何自然地产生流体的粘性效应和热扩散效应，并分析碰撞算子参数与宏观物理参数之间的定量关系。 方法论的优势与创新点 本书将重点突出该计算方法的独特优势，使其在处理某些传统CFD方法难以应对的问题时表现出非凡的能力： 几何形状的灵活性： 由于其基于粒子运动和碰撞的机制，该方法能够非常自然且高效地处理复杂几何边界，例如具有复杂内部结构或多孔介质的流动，而无需进行复杂的网格重构或处理。 多相流与界面问题： 针对多相流体混合、液滴破碎与合并、气泡动力学等界面现象，该方法展现出天然的优势，能够直接模拟相界面的演化，避免了传统方法在界面追踪或捕捉上的难题。 高压强比与复杂物理过程： 在某些高压强比（如激波）或涉及复杂物理化学过程（如相变、化学反应）的流动模拟中，该方法能够更有效地捕捉局部细节和非线性行为。 大规模并行计算潜力： 该方法具有天然的并行性，粒子间的相互作用是局部的，非常适合在现代高性能计算集群上进行大规模并行计算，实现对更大尺度和更精细物理过程的模拟。 应用领域与案例分析 本书将通过一系列精心挑选的应用案例，展示该计算方法在不同工程和科学领域中的实际应用价值，而非涉及特定方法的局限性： 微尺度流动： 在微通道流动、微电机系统（MEMS）中的流体行为模拟，以及涉及表面效应显著的微观流动现象。 多孔介质渗流： 模拟地下水渗流、油气藏开发中的复杂流体运动，以及在过滤、催化剂载体等应用中的多孔介质内部流动。 生物流体动力学： 分析血液流动、细胞在流体中的运动、以及生物组织中的液体传输等。 燃烧与相变： 模拟燃料燃烧过程中的复杂火焰动力学，以及液滴蒸发、沸腾等相变过程。 材料科学中的流动： 模拟熔融金属流动、聚合物溶液流动以及纳米颗粒在流体中的分散等。 书中将通过详细的数值算例，对比该方法与实验数据或已知结果的吻合程度，强调其在预测和分析复杂流体现象时的准确性和可靠性。每个案例都会深入分析所模拟问题的物理背景，展示计算方法的设置过程，并对模拟结果进行详尽的解读，阐述其背后蕴含的物理机制。 读者对象与学习目标 本书适合于对流体力学计算方法有一定了解，并希望拓展视野，探索新兴计算工具的研究生、博士后研究人员、以及在相关领域工作的工程师和科研人员。通过阅读本书，读者将： 理解一种全新的、基于粒子动力学思想的流体模拟范式。 掌握构建和应用该方法的理论基础和核心技术。 认识到该方法在处理复杂几何、多相流和极端物理条件下的独特优势。 学会如何利用该方法解决实际工程和科学问题。 为进一步深入研究和开发相关计算工具奠定坚实的基础。 《流体力学计算方法新视角》将引领读者进入一个充满活力和创新性的计算流体力学新领域，为解决当今世界面临的诸多复杂流体挑战提供一套强大而灵活的工具。

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这本《格子Boltzmann方法的理论及应用》的封面设计简直是视觉上的饕餮盛宴，色彩的搭配和构图的精妙，让人在书店一眼就被吸引过去。我不得不承认，我最初的购买动机有很大一部分是因为它那充满未来科技感的封面——深邃的蓝色背景上跃动着复杂而又和谐的几何图形，仿佛预示着深奥而又令人兴奋的物理世界。拿到手上掂了掂分量，就知道这不是一本轻松的读物，厚实的纸张和精良的装帧，传递出一种沉甸甸的学术重量感。虽然我目前对计算流体力学和格子玻尔兹曼方法（LBM）的理解尚处于初级阶段，但光是这本实体书带给我的“仪式感”，就足以让我感到满足。我花了整整一个下午，只是沉浸在翻阅目录和前言的氛围中，那种对知识的敬畏感油然而生。这套书似乎不仅仅是一本教科书，更像是一件精心打磨的工艺品，它的存在本身就激励着我，要去攻克那些深藏于内页的复杂公式与模型。我期待着，当我有朝一日能真正理解其中的精髓时，这份阅读的体验会变得更加深刻和有价值。这本书的排版布局也相当考究，字号适中，留白得当，即便是面对大量的数学推导，眼睛也不会感到过度的疲劳。

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我费尽心力尝试理解其中关于边界条件处理的章节，尤其是那些关于非均匀网格和复杂几何体耦合的论述。坦白说，我感到一阵阵的迷茫与挫败。作者似乎默认读者已经对有限元方法（FEM）和有限差分方法（FDM）的内在缺陷了如指掌，并直接跃入了LBM的独特视角。这种“高手过招，不屑于解释基础”的叙事风格，对于我这种半路出家、急需扎实基础的自学者来说，无疑是一个巨大的障碍。书中涉及的张量分析和统计力学背景知识，要求读者具备极高的数学素养，许多地方我不得不停下来，查阅其他的数学参考书，才能勉强跟上作者的思路。特别是关于“弛豫时间”和“平衡态分布函数”的推导过程，逻辑链条衔接得过于紧密，缺乏足够的中间步骤来引导初学者。我感觉自己像一个刚学会走路的孩子，却被直接推到了一条高速公路上，虽然风景壮阔，但随时有被超车的危险。这种高屋建瓴的写作方式，对于已经精通该领域的专家来说或许是高效的，但对于我这种渴望“手把手教学”的读者而言，实在是有些过于“精英化”了。

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总的来说，我对这本书的“严谨性”给予极高的评价，但同时也必须指出，这种严谨性带来了一定的可读性挑战。书中对基本假设的推导过程，几乎做到了滴水不漏，每一个符号、每一步积分变换都有其明确的物理或数学依据，这使得它成为了一本极佳的参考手册和进阶教材。然而，对于初学者来说，这种过于详尽的论证反而可能造成“信息过载”。我个人希望，如果能有更多的“直观解释”穿插其中，也许能更好地平衡理论的深度与学习的广度。例如，在引入新的运动方程时，若能先用几句话描述这个方程在宏观上意味着什么，然后再开始严密的数学推导，或许能让读者更好地建立起物理图像和数学描述之间的桥梁。这本书无疑是该领域内的一座里程碑式的著作，但它更像是为那些已经准备好攀登高峰的学者准备的专业装备，而不是为刚开始徒步旅行的游客设计的向导手册。它的价值毋庸置疑，但使用门槛也确实不低。

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关于书中对计算效率和并行化策略的讨论，我感到非常满意。在这个计算资源日益宝贵的时代，任何数值方法如果不能讨论如何高效运行，都是不完整的。《格子Boltzmann方法的理论及应用》在这方面做得尤为出色，它没有敷衍地提到“可以并行化”，而是详细阐述了如何在主流的CPU和GPU架构上设计数据布局和通信机制，以最大化LBM固有的局部性优势。章节中提供的伪代码示例，虽然没有直接给出完整的C++或CUDA代码，但其对内存访问模式的优化建议，对于理解如何避免缓存未命中和减少同步开销至关重要。这部分内容明显是基于作者多年的实际编程经验提炼出来的，具有极高的实操价值。我特别欣赏作者对“尺度效应”在并行计算中如何体现的分析，这让我意识到，LBM的性能优化不仅是算法层面的，更是硬件架构耦合的结果，这远超出了我对一般数值分析书籍的预期。

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这本书最让我感到惊喜的是它在“应用实例”部分所展现出的广度和深度。虽然理论部分啃起来着实费劲，但当看到如何将这些抽象的数学框架应用于诸如多孔介质流动、微通道传热，甚至是某些生物流体模拟时，那种豁然开朗的感觉是任何其他教材都无法比拟的。作者并没有停留在纯粹的数值模拟层面，而是深入探讨了不同物理过程的“本征”特性如何被LBM的微观动力学所捕捉和体现。例如，书中对比了传统纳维-斯托克斯（Navier-Stokes）求解器与LBM在处理界面张力和相变问题时的优势差异，分析得鞭辟入里，逻辑清晰得令人信服。这些应用案例的选取非常具有前瞻性，涵盖了材料科学、能源工程等多个热门交叉领域，极大地拓宽了我对LBM工具箱潜力的认知。每当我在理论部分感到气馁时，翻到这些应用章节，总能重新点燃继续钻研下去的火焰，因为它让我看到了这些复杂计算的最终价值所在——解决实际工程难题。

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当年为了毕业翻过很多遍，然后深深觉得这个方法就是个坑，以后都不会再碰

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唉，看见就难过的书...为了课题...花了不少钱在kfz旧书网买到了最后一本原版，比郭的那本更适合理解和入门，书附录的代码很有用...虽然最后课题没有一个特别好的结局，至少我曾经为之努力过...

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还是好好读读应纯同：气体输运理论及应用

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还是好好读读应纯同：气体输运理论及应用

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