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页数:185

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出版时间:2009-12

价格:22.00元

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isbn号码:9787563519859

丛书系列:

图书标签:

• 电子线路
• 高频电路
• 射频电路
• 模拟电路
• 电路分析
• 电子工程
• 通信工程
• 微波技术
• 滤波器设计
• 放大器设计

好的，这是一本关于高级计算流体力学与多相流模拟的专业技术书籍的详细简介，该书内容与“高频电子线路”无关。 --- 《湍流模型与先进数值方法在多相流体动力学中的应用》 书籍导言与定位 在现代工程科学与物理研究领域，对流体运动，特别是复杂、非线性、多尺度的湍流以及涉及界面相互作用的多相流体现象的精确理解和预测，是制约许多关键技术发展的核心瓶颈。本书《湍流模型与先进数值方法在多相流体动力学中的应用》旨在填补理论研究与工程实践之间在复杂流体模拟方面的鸿沟，为研究生、科研人员以及从事航空航天、能源、环境工程、化工过程设计的工程师提供一套系统、深入且前沿的理论框架、数学工具和计算策略。 本书的核心聚焦于如何利用高精度数值技术来解析纳维-斯托克斯方程在极端条件（如高雷诺数湍流）和复杂物理情形（如气-液、固-液、气-固-液多相体系）下的行为。它不仅梳理了经典湍流模型的演进，更深入探讨了当前最尖端、计算成本高但精度卓越的直接数值模拟（DNS）、大涡模拟（LES）及其混合模型的最新进展，并将其与多相流的界面捕捉技术相结合。 第一部分：湍流理论基础与经典建模 本部分为后续高级内容奠定坚实的理论基础，回顾并深化了对湍流本质的理解，并详细剖析了工程实践中最常用的建模方法。 第一章：湍流的统计描述与基础方程 湍流的物理特征： 涡旋结构、能量级串、尺度分离。 雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程： 导出、应力项的物理意义与挑战。 湍流本构关系： 经典Boussinesq假设及其局限性。 各向异性湍流理论的引入： 修正线性关系，探讨高阶矩描述。 第二章：RANS模型的深入探讨与高级修正 标准 $k-epsilon$ 模型与 $k-omega$ 模型： 模型的适用范围、参数校正与边界层处理。 剪切流与应力输运（Reynolds Stress Model, RSM）模型： RSM方程的推导、封闭性问题及其在非均匀流场中的优势。 壁面函数技术的精确化： 低雷诺数模型与混合壁面处理策略，以解决近壁面流动复杂性。 非平衡效应与湍流模型的局限性： 针对分离流、强逆压梯度流的特定模型修正。 第三章：分离尺度模拟（LES）的理论与实践 LES的基本框架： 亚格子尺度（SGS）滤波操作与过滤后的方程组。 SGS模型的演化： 经典Smagorinsky模型、动态Smagorinsky模型及其在非均匀网格上的适应性。 混合RANS/LES（DES/IDDES）方法： 降低计算成本的有效途径，不同尺度的切换机制与网格依赖性问题。 LES在可压缩流和燃烧中的应用考量。 第二部分：界面动力学与多相流体描述方法 本部分将视角转向涉及两种或多种流体介质的复杂系统，重点介绍如何准确描述和追踪流体界面。 第四章：多相流的分类与基本控制方程 多相流的描述框架： 欧拉-欧拉（Eulerian-Eulerian）、欧拉-拉格朗日（Eulerian-Lagrangian）与欧拉-欧拉的耦合机制。 界面描述方法的对比： 界面追踪（Tracking）与界面重构（Capturing）技术。 动量、质量与能量的相间交换模型： 阻力、升力、曳力和虚拟质量力的精确建模。 第五章：界面追踪与捕捉技术 水平集方法（Level Set Method, LSM）： 几何描述、Hamilton-Jacobi方程、重构与保持距离函数（Reinitialization）。 相场法（Phase-Field Method）： 能量泛函、Cahn-Hilliard方程与Navier-Stokes方程的耦合，适用于界面演化过程。 体积力法（Volume of Fluid, VOF）： 界面重建算法（如PLIC），在模拟剧烈变形界面中的性能分析。 界面耦合与高阶精度要求： 界面处的守恒性与光滑性处理。 第三部分：先进数值方法与高精度计算 本部分深入探讨解决复杂流体问题的必备高精度算法，这些方法是实现高保真DNS/LES模拟的关键。 第六章：高阶空间离散化技术 有限体积法（FVM）的深化： 偶极点计算、通量限制器在高阶精度下的应用。 有限差分法（FDM）的谱精度： 紧致格式（Compact Schemes）在湍流模拟中的优势。 谱方法与伪谱方法： 周期性边界条件下的高精度求解，及其在DNS中的应用。 网格生成与自适应网格加密（AMR）： 针对流动结构（如激波、界面）的局部细化策略。 第七章：时间推进与耦合求解器设计 时间积分方案的稳定性与精度： 隐式、显式与隐式-显式（IMEX）方法的选择。 非线性方程组的求解： 迭代方法与预条件子的设计（如代数多重网格AMG）。 压力-速度耦合算法的改进： 从SIMPLE/PISO到更高效的基于线性系统的求解策略。 第八章：DNS/LES在多相流中的集成与实例分析 DNS在捕捉湍流与界面相互作用中的挑战： 巨大的计算资源需求与尺度限制。 气泡动力学与湍流的相互作用： 空化现象、破碎与再聚合的直接模拟。 液滴的蒸发与凝结过程的数值模拟： 考虑传热与质量传递的界面模型。 颗粒床与浆体流动模拟： 离散元法（DEM）与CFD的耦合（Coupled CFD-DEM）策略。 结论与展望 本书最后总结了当前计算流体力学领域面临的主要挑战，如湍流闭合的理论瓶颈、多尺度问题的有效解耦，以及未来利用高性能计算（HPC）和机器学习（ML）辅助湍流建模的前沿方向。本书旨在激励读者超越传统工程近似，迈向更深层次的物理洞察和更高精度的工程预测。 --- 目标读者： 气体动力学、流体力学、航空航天工程、机械工程、化学工程、能源科学等领域的研究生（硕士/博士）、高校教师、以及工业研发部门的资深工程师和科学家。 专业性要求： 读者需具备扎实的微积分、偏微分方程基础，熟悉流体力学基本原理以及计算流体力学（CFD）的初步概念。

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