具体描述
This book concentrates specifically on the applications of thermodynamics, rather than the theory. It addresses both technical and pragmatic problems in the field, and covers such topics as enthalpy effects, equilibrium thermodynamics, non-ideal thermodynamics and energy conversion applications. Providing the reader with a working knowledge of the principles of thermodynamics, as well as experience in their application, it stands alone as an easy-to-follow self-teaching aid to practical applications and contains worked examples.
好的，这是一本关于机械工程领域中流体力学与传热学基础理论及其在工程实践中应用的专著的简介，该书内容与您提到的《Thermodynamics for the Practicing Engineer》完全无关： --- 《先进工程流体力学与传热学：理论、计算与应用》 内容概要 本书旨在为具备基础工程科学知识的读者提供一套全面、深入且高度实用的流体力学与传热学理论框架与计算方法。它超越了传统教科书对基本原理的简单介绍，着重于如何将复杂的物理现象转化为可行的工程解决方案，特别关注现代工程设计中遇到的非定常、复杂边界条件以及多物理场耦合问题。本书内容结构严谨，从连续介质假设的深入探讨开始，逐步过渡到粘性流动的数值模拟与复杂传热模式的定量分析。 第一部分：流体力学基础与理论建模 本部分致力于构建坚实的流体力学理论基础，并介绍如何利用这些理论对工程中的流动问题进行精确建模。 第一章：连续介质假设与流场描述 详细阐述了流体力学中“连续介质”模型的适用范围、局限性及其在微观尺度下的物理基础。重点讨论了物质导数、流线、迹线和脉线在描述流场运动中的区别与联系。引入了张量分析在描述流场应力与变形率中的应用，特别是应力张量和速率梯度张量的定义及其物理意义。 第二章：纳维-斯托克斯方程的推导与简化 本书对纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程组进行了基于牛顿第二定律和质量守恒的详尽推导。随后，着重分析了在不同工程条件下（如低速、等温、不可压缩）方程的简化形式，例如欧拉方程、伯努利方程的严格推导与适用边界。特别关注了湍流建模的必要性，并初步引入了雷诺平均（RANS）方法的概念。 第三章：粘性流动与边界层理论 深入探讨了粘性在流动中的核心作用。详细介绍了普朗特边界层理论的建立过程，包括流动分离现象的物理机制及其对气动/水动力性能的影响。针对钝体和翼型周围的边界层分析，提供了经验公式和渐进解的对比，并讨论了层流到湍流转捩的临界条件。 第四章：流动相似性、量纲分析与实验设计 系统介绍了无量纲数的物理意义（如雷诺数、马赫数、福禄德数）及其在系统缩放和相似性判据中的关键作用。通过皮茨（Buckingham $pi$）定理，指导读者如何从实验数据中提炼出物理规律，并设计有效的工程实验方案以验证理论模型。 第二部分：计算流体力学（CFD）方法论 本部分专注于将解析模型转化为可计算的数值方案，是连接理论与现代工程实践的核心。 第五章：数值离散技术与网格生成 全面介绍了计算流体力学的核心离散技术，包括有限差分法（FDM）、有限体积法（FVM）和有限元法（FEM）在求解N-S方程中的应用对比。重点讲解了非结构化网格生成技术，如体绘制（Volume Meshing）和边界层网格的优化策略，强调网格质量对数值解精度的决定性影响。 第六章：压力-速度耦合算法 详细解析了在求解不可压缩流体流动问题时，压力场与速度场解耦的挑战。系统介绍了SIMPLE（Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations）及其改进算法（如PISO、SIMPLEC）的迭代求解流程和收敛性控制策略。 第七章：湍流模型精选与应用 这是CFD应用的关键章节。不仅涵盖了零方程、一方程（如 Spalart-Allmaras）模型，更深入剖析了$k-epsilon$ 和 $k-omega$ SST (Shear Stress Transport) 模型的物理基础、输运方程的建立及其在预测复杂分离流和近壁面湍流方面的优缺点。本书将展示如何根据工程需求选择最合适的湍流模型。 第三部分：工程传热学：机制、模型与耦合 本部分聚焦于能量的传递机制，特别是如何将传热分析集成到流体力学分析中，处理实际工程中的热点问题。 第八章：传热基本定律与导热分析 复习了傅里叶定律，并详细阐述了瞬态导热问题（如半无限大体、周期性加热）的解析解法，如分离变量法和拉普拉斯变换法。重点讨论了复合材料和非均质介质中的热流密度计算，以及如何处理热边界条件的不连续性。 第九章：对流换热的理论基础 系统分析了强迫和自然对流的物理机制。引入了无量纲传热参数（如Peclet数、Grashof数）。通过对流边界层理论，详细推导了Nusselt数与Reynolds数、Prandtl数之间的关系式，并对比了经验关联式在不同雷诺数范围内的适用性。 第十章：辐射传热与发射率分析 针对高温或真空环境下的传热问题，详细阐述了黑体、灰体和真实表面的辐射特性（吸收率、反射率、发射率）。介绍了辐射交换因子（View Factor）的计算方法，特别关注多表面腔体之间的净辐射热流计算。 第十一章：多物理场耦合与热力耦合流动 本章是全书的综合应用体现。探讨了流体流动引起的能量传递（对流）与固体材料的导热，以及辐射换热之间的相互影响。重点分析了流固耦合（FSI）中热传递对结构应力的影响，以及在换热器设计、电子设备冷却中如何利用CFD/CHT（Conjugate Heat Transfer）工具包进行优化。 目标读者与特色 本书特别适合于机械工程、航空航天工程、化学工程领域的研究生、工程师和技术人员。它不仅提供了严谨的数学推导，更强调了工程计算的实用性，书中穿插了大量工程案例分析（如管束换热器效率评估、电子芯片散热器设计优化），帮助读者将抽象的物理公式转化为可指导实际操作的工程数据。全书的写作风格注重逻辑的连贯性和概念的清晰度，旨在培养读者独立分析和解决复杂流动与传热问题的能力。
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