Thermodynamic and Transport Properties of Fluids pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Wiley-Blackwell

作者:G. F. C. Rogers

出品人:

页数:32

译者:

出版时间:1995-01-17

价格:USD 19.99

装帧:Paperback

isbn号码:9780631197034

丛书系列:

图书标签:

• Thermodynamics
• Fluid Mechanics
• Transport Phenomena
• Heat Transfer
• Chemical Engineering
• Physical Chemistry
• Fluid Properties
• Phase Equilibrium
• Statistical Mechanics
• Intermolecular Forces

经典力学与流体力学前沿：从基础理论到复杂系统模拟 图书名称：《经典力学与流体力学前沿：从基础理论到复杂系统模拟》 本书导言： 在当代科学研究与工程实践中，对物质及其运动规律的深刻理解是推动技术进步的基石。本书旨在系统性地梳理和深入探讨经典力学与流体力学领域的核心原理、前沿进展以及先进的计算模拟方法。我们聚焦于那些对结构设计、过程优化、环境模拟以及新材料开发至关重要的基本概念和复杂现象的定量描述。全书结构严谨，内容覆盖面广，力求为物理学、机械工程、航空航天、土木工程、化学工程等领域的学生、研究人员和工程师提供一本既具理论深度又富实践指导性的参考著作。 第一部分：经典力学基础的再认识与深化 本部分着重于对经典力学进行一次由浅入深的梳理，超越初级物理教材的范畴，引入更先进的数学工具和更普适的物理观点。 第一章：拉格朗日与哈密顿力学的新视角 本章从变分原理出发，系统阐述了拉格朗日力学（Lagrangian Mechanics）的构造及其在保守系统分析中的强大威力。我们详细讨论了广义坐标、约束条件处理，以及通过欧拉-拉格朗日方程推导运动方程的完整过程。随后，内容过渡到哈密顿力学（Hamiltonian Mechanics）。重点分析了相空间的概念、泊松括号的定义及其在守恒量分析中的应用。通过引入正则变换理论，展示了如何通过坐标和动量空间的变换来简化复杂系统的求解，为量子力学的基础提供了坚实的经典背景。本章特别关注非完整约束系统（Non-holonomic Systems）的处理方法，这是理解机器人学和复杂机械运动的基础。 第二章：刚体动力学与陀螺运动的精确描述 本章深入探讨了刚体（Rigid Body）的运动学和动力学。首先回顾了欧拉角和四元数（Quaternions）在描述空间姿态时的优缺点及相互转换。核心内容聚焦于刚体的转动惯量张量（Inertia Tensor）的计算与主轴变换。随后，详细推导了欧拉运动方程（Euler's Equations of Motion），并对自由陀螺（Free Rigid Body）的运动，如章动（Nutation）和进动（Precession），进行了精确的数学建模和分析，特别是对受外力矩作用的陀螺系统，如万向节中的应用，进行了深入的探讨。 第三章：连续介质中的运动与变形——张量分析的应用 本章将经典力学的概念提升到连续介质的层面。引入柯西应力张量（Cauchy Stress Tensor）和有限变形梯度张量，作为描述介质内部应力状态和变形程度的数学工具。我们详细讨论了平衡方程和运动方程在张量形式下的表达，并对比了小变形假设（Infinitesimal Strain Theory）与大变形（Finite Strain）理论的适用范围和数学处理的复杂性。本章是理解固体力学和流体力学共同基础的关键章节。 第二部分：流体力学——从牛顿到纳维-斯托克斯的完整体系 本部分是全书的核心，系统构建了不可压缩和可压缩流体的基本方程组，并探讨了湍流和边界层现象。 第四章：流体力学基本方程的推导与意义 本章从物质微元体的守恒定律出发，推导了流体力学的基本方程组：质量守恒（连续性方程）、动量守恒（纳维-斯托克斯方程）和能量守恒方程。重点解析了纳维-斯托克斯方程中各项物理意义，特别是粘性项和压力梯度的作用。针对不可压缩牛顿流体，详细讨论了简化方程组在解决特定工程问题中的应用，如Creeping Flow。本章还引入了物质导数（Material Derivative）的概念，强调了流场描述的拉格朗日与欧拉视角之间的转换。 第五章：理想流体与势流理论 本章专注于理想流体（Inviscid Fluid）的分析，即粘性可以忽略不计的情况。推导了欧拉方程，并通过伯努利方程（Bernoulli's Equation）的广义形式展示了流速、压力和位能之间的关系。核心内容转向势流理论（Potential Flow Theory）。定义了速度势函数和流函数，并展示了拉普拉斯方程的解如何构造出复杂的二维势流场，如源、汇、偶极子、以及与边界相互作用的流场（如翼型周围的流）。本章通过共形映射（Conformal Mapping）技术，展示了如何求解复杂几何形状下的流动问题。 第六章：粘性流动的核心——边界层理论 本章深入探讨了粘性效应在高速流动中的集中体现——边界层（Boundary Layer）。详细阐述了普朗特（Prandtl）的边界层概念及其简化假设。重点分析了层流边界层的特征，包括速度剖面的建立和摩擦阻力的计算。通过对Blasius方程的介绍，展示了如何对平板上的附着流动进行精确的相似解分析。此外，本章也讨论了边界层分离（Separation）的物理机制、分离点的判断准则，以及分离对物体绕流阻力的巨大影响。 第七章：湍流——统计描述与大涡模拟基础 湍流（Turbulence）是现代流体力学中最具挑战性的课题之一。本章首先介绍了湍流的随机性、各向异性和能量级串（Energy Cascade）的统计特性。重点分析了雷诺平均纳维-斯托克斯方程（RANS），并探讨了涡流粘性（Eddy Viscosity）模型，如$k-epsilon$和$k-omega$模型的物理基础和局限性。随后，内容延伸至更精确的直接数值模拟（DNS）和高分辨率的大涡模拟（LES）方法，讨论了如何通过亚网格尺度的模型化来捕捉湍流脉动的影响。 第三部分：传热传质的耦合与高级计算方法 本部分将流体力学与热力学和输运现象相结合，并引入现代计算工具。 第八章：流体中的热量传递与扩散过程 本章系统考察了流体中三种主要的热量传递模式：传导、对流和辐射。重点分析了能量方程在流体运动中的耦合作用。对数控边界层（Thermal Boundary Layer）的分析与速度边界层相对应，引入了普朗特数（Prandtl Number）这一关键无量纲参数。在传质方面，详细讨论了菲克定律（Fick's Laws）在流动介质中的应用，特别是对浓度梯度驱动的扩散和对流-扩散方程的求解策略。 第九章：计算流体力学（CFD）方法概述 本章介绍了求解复杂流体力学问题的数值技术。详细讲解了有限差分法（FDM）、有限体积法（FVM）和有限元法（FEM）在处理偏微分方程中的基本原理。重点阐述了求解纳维-斯托克斯方程时常用的压力-速度耦合算法，如SIMPLE算法的迭代流程和收敛性控制。本章还涉及了网格生成（Meshing）的关键技术，包括结构化和非结构化网格的优劣，以及数值离散误差和稳定性分析的重要性。 第十章：非牛顿流体与多相流动的特殊考量 本章将视野拓展至更复杂的流体类型。深入分析了剪切变稀、剪切增稠等非牛顿流体的本构关系（如Power Law, Bingham Models），以及它们在化工、生物医学中的工程挑战。随后，探讨了多相流（Multiphase Flow）的建模，包括气-液、固-液系统的描述方法，如欧拉-欧拉法（Euler-Euler）和欧拉-拉格朗日法（Euler-Lagrange）的适用性与对比，为处理气泡动力学、雾化过程提供了理论框架。 结语： 本书力求在严格的数学框架下，为读者勾勒出经典力学和流体力学领域从宏观守恒到微观输运的完整图景，强调理论的统一性和计算方法的实用性，是深入研究相关领域不可或缺的工具书。

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这本书在覆盖范围上的雄心勃勃，最终却造成了知识的浮泛。它似乎想在一本有限篇幅的书籍中囊括从微观的分子运动论到宏观的连续介质力学的所有内容，结果就是“样样通，样样松”。对于那些需要深入研究某一特定领域的专业人士来说，这本书提供的知识深度远远不够，它蜻蜓点水般地介绍了各种模型，却鲜有对模型背后的假设前提进行深入的哲学式或物理学上的探讨。例如，在讨论界面张力或扩散现象时，对于不同尺度的影响，例如尺寸效应或量子效应的提及，也只是简单地提了一嘴，没有给出任何深入的数学框架或实验佐证。这种“大而全”的策略，最终导致了对核心物理洞察力的稀释。我期待的是能有一本能够引导我进行下一步专业深造的“引路书”，但这本书更像是一本初级导览手册，它列出了所有需要研究的领域，却没能真正地为读者提供一把深入探索的“万能钥匙”。购买这本书的初衷，是希望它能成为我未来研究工作的重要参考，但现在看来，我可能需要为每一个它试图覆盖的领域，再额外购买好几本更专业的、更深入的专著来弥补这种知识上的广而不精带来的遗憾。

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这本书的插图和图表质量，简直是让人哭笑不得的集合体。你翻开一章，期望看到清晰、标注明确的流程图或示意图来辅助理解那些复杂的流场结构或能量传递路径，结果看到的却是一堆分辨率低得仿佛是上世纪打印出来的黑白线条画。很多图例的坐标轴都没有进行合理的归一化处理，单位标识模糊不清，甚至有些图例的标注与正文的描述存在明显的不一致。这在涉及精密计算的领域，简直是不可饶恕的疏忽。举个例子，在一个关于湍流模型的讨论中，作者引用了一张二维的剪切层发展图，但图中的等值线疏密不均，完全看不出流体特性的渐变趋势，我不得不转而求助于网络上其他更为清晰的教材来核对这种现象的真实面貌。此外，书中对实验数据的引用也显得过于随意，缺乏对误差分析和不确定度的详细说明。数据似乎只是被当作一种装饰性的点缀，而不是科学论证的基础。对于一本声称涵盖“传输性质”的书籍而言，这种对实验细节的轻视，使得整本书的实践价值大打折扣。它更像是对一些陈旧文献的简单汇编，缺乏现代实验科学应有的严谨性。

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从排版和装帧的角度来看，这本书似乎完全没有投入应有的资源。纸张的选择非常一般，拿到手里就知道不是那种可以经受住频繁翻阅和做笔记的优质纸张，很容易在折叠处出现永久性的折痕。更令人头疼的是，页边距窄得可怜，当你试图用荧光笔标记重点或者在空白处写下自己的疑问或推导步骤时，笔尖总是不受控制地要碰到装订线，写出来的笔记东倒西歪，严重影响了阅读体验。软件排版上的错误也屡见不鲜，有些数学公式的行距调整得非常怪异，导致公式中的上下标和系数紧密挤压在一起，识别起来非常吃力。例如，好几个地方的希腊字母和普通英文字母的字体区分度不高，容易混淆，尤其是在快速浏览需要记忆关键变量时。我甚至发现过一个章节的页码是重复的，而漏掉了一个页码，这让我怀疑校对工作是否真正完成。一本严肃的学术著作，其物理形态也应该与它所承载的知识重量相匹配。这本书的装帧质量，与其说是一本价值不菲的专业书籍，不如说是一份印制粗糙的内部讲义，实在让人难以接受。

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这本书的封面设计着实抓人眼球，那种深邃的蓝色调配上简洁的字体，立刻就给人一种专业、严谨的感觉，仿佛能闻到油墨混合着知识的独特气味。我翻开扉页，期待着能在其中找到关于流体力学和热力学领域那些复杂却又迷人的真谛。然而，阅读体验却远没有视觉上那么令人振奋。首先，它的组织结构显得有些散漫，章节间的过渡生硬得像被硬生生扯断的链条，读者需要花费大量精力去重新构建知识体系的逻辑流。比如，当我试图理解某个特定工况下的相变过程时，会发现相关的物性数据和理论推导被分散在好几个不相关的章节里，查找起来极为不便，这对于需要快速查阅资料进行实际工程计算的人来说，无疑是个巨大的时间黑洞。更令人费解的是，书中对某些关键概念的定义和解释，常常依赖于大量的数学符号堆砌，而缺乏直观的物理图像辅助。这使得那些初次接触这一领域的人，很可能在密集的公式面前望而却步，无法真正领会其背后的物理意义。我真希望作者能在讲解那些偏微分方程时，能加入更多的工程实例或者类比，哪怕只是寥寥数语，也能起到画龙点睛的作用，帮助我们这些需要在实践中运用理论的工程师们，更好地架起理论与现实之间的桥梁。整体来看，这本书更像是一份详尽的参考手册的草稿，而非一本精心打磨的教学用书。

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坦率地说，这本书的文字风格实在称得上是一种挑战。它大量采用了那种高度学术化、去情感化的叙事方式，仿佛作者在向一群已经精通此道的同行作报告，而不是在引导一个正在学习的群体。行文的节奏感掌握得非常糟糕，时而冗长拖沓，对一些基础概念进行过于细致的拆解，仿佛生怕读者有一丝一毫的误解；时而又突然加速，在涉及复杂模型修正或边界条件设定时，三言两语便带过，留给读者的只有满脑子的问号。我特别注意到，在处理一些历史上的经典理论时，作者似乎更倾向于复述原始文献的表述，而不是用更现代、更易于理解的语言进行转述和提炼。这使得阅读过程充满了“解码”的艰辛。如果说，一本好的教材应该像一位耐心的导师，循循善诱，那么这本书更像是一堵厚重的墙，上面贴满了密密麻麻的公式和图表，需要读者自己去寻找攀爬的支点。我试着找寻一些批判性的分析或者对不同模型的优劣比较，结果却大失所望。书中缺乏对不同理论适用范围的深入探讨，所有的理论仿佛都处于真空之中，各自为政，读者很难形成一个全面的、辩证的认识框架。读完一章，我得到的不是知识的累积，而是对自身理解力的怀疑。

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