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作者:Emerson, David R. 编

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页数:480

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价格:$ 157.07

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isbn号码:9783540927433

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• 计算流体力学
• 并行计算
• 数值模拟
• 科学计算
• 高性能计算
• CFD
• 并行算法
• 数值方法
• 工程计算
• 流体动力学

流体动力学前沿探索：2007年国际会议论文集 书籍概述 本书精选自2007年全球计算流体力学（CFD）领域最负盛名的学术会议所收录的精粹论文，汇集了来自全球顶尖研究机构和工业界的学者、工程师的最新研究成果和技术突破。该论文集不仅全面反映了当时CFD技术在方法论、算法开发和应用拓展方面的最新进展，更深刻揭示了该领域在应对复杂工程挑战时的关键发展方向。 本书的内容覆盖了CFD理论和实践的多个核心支柱，旨在为该领域的科研人员、高级研究生和行业专家提供一个深入、全面的参考平台。它不仅仅是一份会议记录，更是一份凝练了当年学术界对流体模拟、湍流建模、网格生成与优化、高性能计算（HPC）集成等方面深刻理解的知识宝库。 --- 第一部分：数值方法与算法创新 本部分聚焦于提升计算效率、增强模拟精度和拓宽适用范围的底层数值技术。 1. 求解器架构与加速技术： 非结构化网格上的高阶精度方法： 重点探讨了如何在复杂几何体上实现三阶、四阶甚至更高阶的精度，尤其关注于有限体积法（FVM）和有限元法（FEM）在处理非均匀网格时的守恒性与稳定性问题。讨论了基于通量重建（FR）和加权紧致有限差分（WENO）方案在三维瞬态问题中的应用。 隐式与显式时间推进策略的深度优化： 对比分析了在求解大规模非线性方程组时，基于龙格-库塔法（Runge-Kutta）的显式方案与基于牛顿-拉夫逊迭代的隐式方案的收敛特性与并行效率。特别关注了多时间尺度问题的解耦技术，例如子迭代收敛加速器。 预条件技术的前沿研究： 详细介绍了针对大规模稀疏线性代数系统预处理的新型预条件子，包括代数多重网格（AMG）在处理各向异性网格和高对比度系数矩阵时的性能改进，以及基于不完全LU分解（ILU）家族变体的改进方案。 2. 激波捕捉与高超声速流动模拟： 激波/边界层干扰的解析： 深入讨论了捕捉和解析由强激波与薄边界层相互作用产生的复杂流场结构的数值策略。内容涵盖了依赖于守恒律方程的黎曼求解器（如Roe、HLLD）的改进，以及如何在保持激波清晰度的同时，避免数值耗散对近壁面湍流结构的影响。 热化学非平衡效应的耦合： 针对高超声速再入等极端条件，详细阐述了将化学反应动力学模型（如Zeldovich模型或更精细的七物种模型）与Navier-Stokes方程组进行紧密耦合的数值实现方法，包括化学源项的稳定离散化技术。 --- 第二部分：湍流建模的演进与应用 湍流模拟作为CFD的核心难点，本部分展示了2007年前后在该领域的研究热点。 1. 雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）模型的精炼： 先进的$k-omega$模型变体： 探讨了为提高对逆压梯度和分离流预测准确性而引入的线性或非线性应力输运（SST）模型的最新修正，特别是针对旋转流和曲率效应的参数校正。 各向异性湍流建模的尝试： 介绍了超越标准$k-epsilon$模型对湍流应力张量（Reynolds Stress Tensor）进行显式建模的初步进展，旨在更精确地描述复杂三维流场中的湍流涡旋结构。 2. 大涡模拟（LES）的精度与效率： 亚网格尺度（SGS）模型的改进： 详细分析了动态SGS模型的最新发展，特别是如何通过局部计算来动态调整模型系数，以适应不同区域的湍流尺度，包括对非均匀网格LES的适用性研究。 混合RANS/LES方法的比较： 评估了区域分解式混合模型（如Detached Eddy Simulation, DES）的性能，重点分析了在壁面附近从RANS向LES过渡时的数值稳定性边界和模型切换标准。 3. 直接数值模拟（DNS）的计算挑战： 收录了针对简单几何（如平面剪切流、方腔流）的DNS算例，旨在提供高保真度的基准数据，并讨论了将DNS扩展到更具工程意义的复杂流动（如内部通道流）所面临的网格分辨率和时间步长的指数级挑战。 --- 第三部分：多物理场耦合与高级应用 本部分展示了CFD技术在与其他物理现象和工程领域深度融合方面的突破。 1. 燃烧与反应流： 火焰面输运（Flame Surface Density, FSD）模型： 介绍了针对扩散火焰和预混火焰的FSD模型的最新校准与验证工作，强调了如何将湍流与反应速率的相互作用纳入计算框架。 多相反应流的界面处理： 探讨了在模拟液滴蒸发、雾化燃烧或多孔介质燃烧时，处理气-液或气-固界面上的传质和传热过程的数值技巧。 2. 传热与多孔介质流： 非等温流动与热辐射耦合： 介绍了如何将P-N近似或离散坐标法（DO）集成到流场求解器中，以准确模拟高温流体中的辐射换热效应，特别关注于燃气轮机燃烧室的应用。 微尺度传热的CFD方法： 针对微通道、热管等结构，探讨了介观效应和固体壁面的影响，并评估了标准流体力学假设在这些尺度上的有效性。 3. 网格生成与自适应技术： 基于几何特征的自动网格划分： 介绍了利用边界积分方程方法或先进的拓扑分析技术来自动化生成高质量、适应复杂三维几何的结构化和非结构化网格的新流程。 求解导向的网格自适应（FSAA）： 详细阐述了如何利用求解误差指标（如梯度、残差）来动态细化或加密计算域内的网格，从而实现计算资源的优化配置，尤其在捕捉穿过网格的弱扰动时的高效性。 --- 第四部分：高性能计算与软件架构 本部分着眼于CFD计算环境的现代化，特别是针对当时新兴的并行计算架构。 1. 并行计算策略： 领域分解方法的效率分析： 对比了基于节点（Node-based）和基于单元（Cell-based）的并行域分解技术在不同规模集群上的可扩展性（Scalability）。 内存访问优化与缓存效率： 探讨了如何通过重新组织数据布局（如面向对象的内存结构）和改进迭代器访问模式，最大限度地提高有限体积和有限元计算在多核处理器和大规模并行机上的缓存命中率。 2. 软件工程与代码可移植性： 讨论了为确保代码能够高效部署到当时主流的超级计算机体系结构（如基于MPI/OpenMP混合编程模型）所采用的编程范式和模块化设计原则。内容强调了CFD代码在处理不同规模问题时，如何平衡代码的通用性与特定硬件的优化需求。 总结 本书所收录的论文共同描绘了2007年计算流体力学领域在方法论严谨性、计算效率提升以及解决复杂工程问题能力方面的显著进步。它不仅巩固了传统CFD方法学的基石，更以前瞻性的视角展示了高保真模拟对未来航空航天、能源、环境科学等领域决策支持的关键作用。

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在我看来，《Parallel Computational Fluid Dynamics 2007》这本书象征着一个特定技术发展阶段的精华。回想2007年，高性能计算（HPC）已经不再是遥不可及的实验室技术，而是开始逐步走向主流，并深刻影响着各种工程领域。CFD作为其中一个极端依赖算力的分支，必然在这个时期迎来了一次重要的发展浪潮。这本书的出现，很可能标志着当时该领域内最权威的专家们齐聚一堂，分享他们在利用并行计算加速CFD模拟方面的最新研究成果和实践经验。我可以想象，书中会深入探讨各种并行计算模型（例如消息传递接口MPI、共享内存模型OpenMP等）在CFD应用中的性能优化技术，以及如何针对特定流体问题（比如涉及复杂几何、多物理场耦合、大涡模拟或直接数值模拟等）开发高效的并行算法。这本书或许还会包含一些关于高性能计算硬件架构对CFD算法选择和实现的影响的讨论，以及一些新兴的并行计算技术（如GPU加速）在CFD领域的早期探索。对于希望深入理解CFD计算的读者，尤其是那些需要处理大规模、复杂流体问题的工程师和研究人员，这本书无疑提供了一个绝佳的学习资源，去了解在那个时代，科研人员是如何通过并行计算的力量，不断拓展流体模拟的边界。

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作为一名对科学计算的演进史略知一二的观察者，当我看到《Parallel Computational Fluid Dynamics 2007》这本书时，我立刻联想到了当时计算技术的一个关键转折点。2007年，并行处理已经成为提升科学计算性能的主流途径，而CFD作为其典型应用场景，无疑是这场变革的受益者和推动者。这本书很可能是一部记录当时学术界和工业界在并行CFD领域最新进展的权威文献。它可能囊括了各种并行计算框架（如MPI、OpenMP等）在CFD应用中的最新技术和优化策略，以及如何针对不同类型的流体力学问题（如高雷诺数流动、燃烧模拟、声学模拟等）设计和实现高效的并行算法。书中或许还会探讨并行计算在解决大尺度、高精度CFD问题中所面临的挑战，例如通信开销、负载均衡、内存带宽限制等，并提出相应的解决方案。对于那些希望了解CFD计算从单处理器时代迈向大规模并行时代的历程，或者正在寻找解决复杂流体模拟计算瓶颈的读者来说，这本书无疑提供了一个宝贵的视角。它可能不仅仅是一份技术报告，更像是一份历史文献，记录了研究人员如何通过不懈的努力，利用强大的并行计算能力，不断突破流体模拟的极限，为科学研究和工程应用开辟新的道路。

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最近在整理书架时，一本封面略显陈旧的《Parallel Computational Fluid Dynamics 2007》映入眼帘。虽然我并非CFD领域的专业研究者，但它的标题足以引起我的好奇。在我的印象中，并行计算一直是提升计算效率的关键，而流体动力学（CFD）作为一门对计算量有着指数级需求的学科，必然在这方面有着大量的探索。这本书的出版年份2007年，正值高性能计算技术开始向更广泛的应用领域渗透的关键时期。我猜测，这本书可能集合了当时该领域最前沿的研究成果，例如各种并行计算模型在处理不同尺度和复杂度的流体问题上的表现，以及如何优化算法以充分利用多核处理器甚至超级计算集群的强大能力。或许书中会详细介绍针对特定CFD挑战（比如湍流模拟、多相流耦合、传热传质等）而设计的并行策略，并可能通过案例分析来展示其有效性。对于那些希望在CFD领域深入研究，但又苦于计算资源限制的研究人员，这本书很可能提供了一些突破性的思路。即便我无法细致地阅读每一个算法细节，但光是想到它所代表的那个时代对计算能力极限的挑战和求索，就足以让我对其价值产生敬意。它可能记录了从理论到实践，从单机到大规模集群的计算范式转变，为后来的研究奠定了重要的基础。

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对于一位对计算密集型科学计算抱有浓厚兴趣的旁观者而言，《Parallel Computational Fluid Dynamics 2007》这个书名本身就充满了技术挑战和学术深度。2007年，并行计算在许多科学领域都取得了显著的进展，而计算流体动力学（CFD）无疑是受益最深的领域之一。这本书很可能是一次重要的学术交流成果的汇集，记录了当时全球研究者在如何有效地利用并行计算机解决复杂的流体流动问题上的最新思考和突破。我推测，书中可能涵盖了从基础的并行化策略，如域分解、任务并行等，到更高级的算法设计，如并行求解器、隐式/显式时间积分的并行化应用等等。对于那些对数值方法、高性能计算架构以及如何在实际工程问题（例如航空航天、汽车工程、能源开发等）中应用CFD的读者来说，这本书无疑提供了一个宝贵的参考。它可能不仅仅是技术的堆砌，更可能包含了对不同并行方法在精度、效率、可扩展性等方面的权衡分析，以及对未来发展趋势的展望。这本书就像是那个时代CFD并行计算领域的一幅快照，记录了研究者们如何一步步突破计算瓶颈，向着更精确、更宏大的流体模拟迈进的历程。

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一本在CFD领域沉浸多年的老将，最近偶然翻到这本《Parallel Computational Fluid Dynamics 2007》，当时就觉得颇有渊源。虽然我对书中的具体内容并没有深入研究（毕竟时间过去这么久了，细节可能会有偏差），但仅凭书名和出版年份，就能勾勒出它在当时那个时代所承载的意义。2007年，并行计算在科学工程领域的重要性日益凸显，尤其是在CFD这样对计算资源要求极为苛刻的学科。这本书的出现，无疑是那个时期学术界和工业界对于如何更高效、更快速地求解复杂流体问题的集体智慧结晶。可以想象，书中一定汇集了当时全球顶尖的研究者们在并行算法设计、高性能计算平台应用、以及各种复杂流体力学问题的并行求解策略上的最新进展和深刻见解。它可能包含了对各种并行架构（如MPI、OpenMP等）在CFD应用中的性能分析，对不同并行化技术在特定问题（例如可压缩流动、不可压缩流动、多相流等）上的优劣讨论，甚至可能对新兴的GPU计算在CFD领域的早期探索有所提及。对于任何想要了解CFD计算历史演进，或者想要追溯并行计算技术在流体动力学领域早期落地应用的学习者来说，这本书提供了一个绝佳的窗口，去窥探那个时代研究者们所面临的挑战和解决方案。它可能不仅仅是一本技术手册，更是一种时代精神的体现，记录了人类在驾驭强大计算能力以理解和改造自然方面的不懈追求。

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