Numerische Strömungsmechanik. Grundgleichungen - Lösungsmethoden - Softwarebeispiele pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Vieweg Verlag

作者:Herbert Oertel

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2003-01-15

价格:0

装帧:Paperback

isbn号码:9783528039363

丛书系列:

图书标签:

• Maschinenbau
• 数值流体力学
• 流体动力学
• 计算方法
• 有限元法
• 有限体积法
• CFD
• 软件应用
• 传热学
• 流体力学
• 工程流体力学

流体动力学：方程、求解方法与工程应用 本书深入探讨了流体动力学的核心概念，重点关注其在各个工程领域的应用。流体动力学作为一门基础性学科，研究流体的运动及其与周围环境的相互作用，在航空航天、汽车设计、能源工程、环境科学以及生物医学等众多领域扮演着至关重要的角色。理解流体的行为是优化设计、提高效率、预测现象以及解决复杂工程挑战的关键。 核心内容概览： 本书将从流体动力学的基本原理出发，循序渐进地介绍其核心方程和求解方法。 1. 流体动力学的基本方程： 连续性方程（质量守恒）： 这一基本方程描述了流体在空间中的连续性，即流体质量在任何过程中都不会丢失。我们将详细阐述其数学形式，并讨论在不同流体流动情况下的简化形式，例如不可压缩流动和稳态流动。 动量方程（牛顿第二定律）： 该方程是流体动力学的基石，它描述了作用在流体上的力（如压力、粘性力、重力等）如何导致流体的运动状态发生改变。我们将深入剖析纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes equations），这是描述粘性、可压缩流体运动的完整方程组。同时，也会介绍其简化形式，如欧拉方程（Euler equations），用于描述无粘性流体的运动。 能量方程（热力学第一定律）： 在涉及热传导、压缩功和粘性耗散等热效应时，能量方程是必不可少的。我们将探讨其形式，以及如何在涉及传热的流体流动问题中应用它。 2. 求解方法： 解析解方法： 对于一些简单的流动问题，可以直接通过数学方法推导出精确的解析解。我们将介绍一些经典的解析方法，例如分离变量法、相似性解法等，并讨论其适用范围和局限性。 数值解方法： 现实世界中的流体流动问题往往复杂且难以获得解析解，这时就需要借助数值计算方法。本书将重点介绍几种主流的数值方法： 有限差分法 (Finite Difference Method, FDM): 将连续的偏微分方程转化为离散的代数方程组，通过离散化域和用差分近似导数来求解。我们将讨论其基本思想、网格生成以及不同阶数的差分格式。 有限体积法 (Finite Volume Method, FVM): 将计算域划分为一系列小的控制体积，并对这些控制体积内的守恒律进行积分，从而得到离散方程。FVM在处理守恒律方面表现出色，在CFD领域应用广泛。我们将详细介绍其离散化过程、通量计算以及稳定性保证。 有限元法 (Finite Element Method, FEM): 将计算域划分为有限个单元，并在每个单元内用基函数近似求解域函数，从而将偏微分方程转化为代数方程组。FEM在处理复杂几何形状和边界条件方面具有优势。 数值方法的选择与比较： 我们将对比不同数值方法的优缺点，探讨它们在处理不同类型流动问题（如层流、湍流、可压缩流、不可压缩流等）时的适用性，以及如何选择最合适的方法。 3. 湍流模型： 湍流是流体动力学中最普遍也最复杂的现象之一，其特点是高度的无序性和随机性。直接求解湍流的全部尺度是计算上极其困难的。因此，我们需要引入湍流模型来近似描述湍流的平均效应。 雷诺平均纳维-斯托克斯方程 (Reynolds-Averaged Navier-Stokes, RANS): 这是目前最常用的湍流模型，通过对纳维-斯托克斯方程进行雷诺平均，得到包含雷诺应力项的方程组。 雷诺应力模型 (Reynolds Stress Models, RSM): 更高阶的湍流模型，直接求解雷诺应力张量，能更准确地描述湍流的各向异性。 大涡模拟 (Large Eddy Simulation, LES): 通过对纳维-斯托克斯方程进行空间滤波，直接解析大尺度的湍流涡结构，而对小尺度涡则进行亚格子模型（subgrid-scale models）的处理。 直接数值模拟 (Direct Numerical Simulation, DNS): 直接求解纳维-斯托克斯方程，不采用任何模型近似，可以捕捉所有尺度的湍流运动，但计算成本极高，仅适用于简单流动和低雷诺数情况。 模型选择与应用： 我们将讨论各种湍流模型的物理基础、数学表达式、适用范围以及在工程问题中的应用实例。 4. 计算流体动力学 (CFD) 软件简介及应用： CFD软件概述： 介绍当前主流的CFD软件，如ANSYS Fluent, OpenFOAM, COMSOL Multiphysics等，及其基本功能和工作流程。 前处理： 包括几何建模、网格生成（包括网格质量的评估和改进）、物理模型设置（如流体物性、边界条件、湍流模型选择等）。 求解： 介绍求解器的基本原理，以及如何设置求解参数以获得稳定和准确的计算结果。 后处理： 包括结果可视化（如速度场、压力场、温度场云图、流线图等）、数据分析、工程参数提取（如阻力、升力、热通量等）以及与实验数据的对比验证。 典型工程案例分析： 通过具体工程案例，例如飞机翼型绕流、汽车外部气动性能分析、管道内流体流动、散热器设计、燃烧过程模拟等，展示CFD软件在实际工程问题中的应用过程和价值。 本书特色： 本书旨在为读者提供一个全面而深入的流体动力学学习框架，强调理论与实践的结合。通过清晰的讲解和丰富的实例，帮助读者理解流体运动的内在规律，掌握各种求解方法，并学会利用现代CFD工具解决实际工程问题。无论您是流体力学领域的学生、研究人员还是工程师，本书都将是您提升专业技能、应对复杂工程挑战的宝贵参考。

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我一直以来都对物理世界的动态过程充满着强烈的好奇心，而流体流动无疑是其中最引人入胜、也最具挑战性的一部分。传统的解析方法往往难以应对现实世界中复杂多变的流体行为，这正是数值计算方法大显身手的领域。《Numerische Strömungsmechanik. Grundgleichungen - Lösungsmethoden - Softwarebeispiele》这个书名，宛如为我打开了一扇通往计算流体力学（CFD）殿堂的大门。我非常期待能够通过这本书，系统地学习支撑流体力学模拟的核心“Grundgleichungen”（基础方程），理解其物理含义和数学表达，以及在不同条件下它们的演变。紧随其后的“Lösungsmethoden”（求解方法）部分，更是我学习的重点，我渴望了解各种数值离散化技术，例如有限差分、有限体积、有限元等，它们各自的原理、优缺点以及在实际应用中的选择依据。尤其令我感兴趣的是，“Softwarebeispiele”（软件实例）的引入，这意味着理论学习将与实际操作紧密结合，我希望能看到书中通过具体的代码片段和案例分析，演示如何将理论知识转化为可执行的CFD程序，从而能够独立地进行流体模拟，解决工程中的实际问题。

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在我看来，一本优秀的工程类书籍，不仅要传授理论知识，更要展示如何将这些知识付诸实践。《Numerische Strömungsmechanik. Grundgleichungen - Lösungsmethoden - Softwarebeispiele》这个书名，让我对它的内容充满了期待。我尤其关注“Grundgleichungen”（基础方程）这部分，因为我相信，扎实地掌握了流体力学的基本方程，比如纳维-斯托克斯方程的推导和形式，才能为后续的学习打下坚实的基础。对于“Lösungsmethoden”（求解方法）部分，我期望能看到对各种数值方法的详尽介绍，从最基本的有限差分法，到更适合处理复杂几何的有限元法，再到在工程领域广泛应用的有限体积法。我希望书中能清晰地解释每种方法的原理、算法流程以及在不同问题场景下的适用性。而“Softwarebeispiele”（软件实例）无疑是这本书中最具吸引力的部分之一。我热切地希望通过书中提供的实际代码和案例，能够学习到如何在具体的CFD软件中实现这些数值方法，理解如何建立计算模型，设置求解器参数，以及如何对模拟结果进行后处理和可视化。这本书如果能做到理论与实践相结合，我将能更好地理解和掌握数值流体力学的核心内容，并将其应用于解决实际工程问题。

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作为一名对计算科学抱有浓厚兴趣的学生，我常常在思考如何将抽象的数学模型应用于解决实际工程问题。《Numerische Strömungsmechanik. Grundgleichungen - Lösungsmethoden - Softwarebeispiele》这本书的出现，让我看到了一个系统学习计算流体力学（CFD）的绝佳机会。我尤其看重其对“Grundgleichungen”（基础方程）的清晰阐述，这包括了如欧拉方程、纳维-斯托克斯方程等在内的核心控制方程，以及它们在不同介质（不可压缩、可压缩、粘性、无粘等）和不同流态下的形式。理解这些方程的物理意义，是进行任何数值模拟的前提。而“Lösungsmethoden”（求解方法）部分，我期望能够看到对各种离散化技术（如有限差分、有限体积、有限元）的深入介绍，以及它们在处理不同类型问题时的适用性分析。例如，有限体积法在处理守恒问题的优势，有限差分法在规则网格上的简便性，以及有限元法在复杂几何上的强大能力。最令我兴奋的是“Softwarebeispiele”（软件实例）这一章节，我相信通过学习书中提供的代码示例，我能够掌握如何利用现有的CFD软件（如OpenFOAM, ANSYS Fluent等）来构建模型、设置边界条件、执行求解，并最终解读和可视化计算结果，从而将理论知识转化为解决实际工程挑战的能力。

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当我翻开这本《Numerische Strömungsmechanik. Grundgleichungen - Lösungsmethoden - Softwarebeispiele》时，我的脑海中立刻浮现出无数个在流体力学课堂上苦苦思索的夜晚，那些关于纳维-斯托克斯方程、边界条件以及数值方法如何将抽象理论转化为可视化的流体运动的场景。这本书，从书名来看，就承载了将复杂的流体力学原理，尤其是其数值解法，进行系统梳理和实际应用展示的宏大愿景。我期待它能像一位经验丰富的向导，带领我深入了解支撑现代流体模拟的基石——基础方程，并且细致地剖析各种求解这些方程的数值技术，从有限差分、有限体积到有限元，它们各自的优势、劣势以及适用范围。更令人兴奋的是，书名中提到的“Softwarebeispiele”（软件实例）部分，这预示着理论的学习不会止步于纸面，而是会通过具体的编程代码和实际案例，让我们能够亲手操作，感受数值流体力学在工程实践中的强大威力，比如飞机翼型设计、汽车空气动力学分析、甚至是天气预报的模型构建。我希望这本书能够提供清晰的解释，用易于理解的语言阐述高深的数学概念，并且通过精心的图示和表格，帮助读者建立起对计算流体力学（CFD）整个流程的直观认识。它不仅仅是一本教科书，更像是一扇通往现代工程设计和科学研究大门的钥匙。

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我一直对流体流动现象本身充满了好奇，从微观的血液在血管中的流动，到宏观的天气系统变化，都让我着迷。然而，当深入到流体力学领域，尤其是接触到其数值模拟的范畴时，常常会感到一种无形的壁垒。《Numerische Strömungsmechanik. Grundgleichungen - Lösungsmethoden - Softwarebeispiele》这本书的书名，仿佛直接戳中了我的痛点，又似乎给予了我跨越这道壁垒的希望。我特别关注“Grundgleichungen”（基础方程）这一部分，因为我相信，任何复杂的计算都必须建立在坚实的理论基础之上。了解纳维-斯托克斯方程的推导过程、不同形式的意义以及它们在不同物理场景下的简化，是理解整个数值流体力学体系的关键。紧随其后的“Lösungsmethoden”（求解方法）更是重中之重，我渴望了解那些将连续的物理方程离散化，转化为计算机可以处理的代数方程的精妙算法。例如，有限体积法在处理守恒律方面的鲁棒性，有限差分法的直观易懂，以及有限元法在处理复杂几何形状时的灵活性，这些都让我充满了探索的欲望。而“Softwarebeispiele”则是我最期待的部分，我相信通过对真实软件代码的解读和分析，我能够真正地将理论与实践相结合，理解在实际的CFD软件中，这些求解方法是如何被实现的，又是如何产生令人惊叹的流体模拟结果的。

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