气体动力学计算方法 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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isbn号码:9787111016038

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• 计算力学5
• 气体动力学
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《数值传热学导论》 内容简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的数值传热学基础框架，重点关注如何将复杂的传热问题转化为可计算的数学模型，并使用现代计算方法进行求解。全书内容围绕传热过程的三个基本模式——热传导、热对流和热辐射——及其在工程和科学领域中的实际应用展开，强调了数值方法在处理复杂几何形状、非均匀物性和多物理场耦合问题时的核心作用。 本书的结构设计兼顾理论深度与实践应用，适合作为高等院校热力学、传热学、工程力学、航空航天、材料科学等专业本科高年级学生或研究生的教材或参考书。 第一部分：传热学基础与离散化理论 本部分首先回顾了经典传热学（宏观和微观层面）的基本原理，为后续的数值求解奠定坚实的理论基础。 第一章：传热学基本定律回顾与数值方法的必要性 本章将系统回顾傅里叶导热定律、牛顿冷却定律以及斯忒藩-玻尔兹曼辐射定律，并引入量纲分析和无量纲化在工程问题中的重要性。随后，重点论述在何种情况下（如复杂边界、非线性材料、瞬态过程）解析解失效，凸显有限差分法、有限体积法和有限元法等数值技术的不可替代性。 第二章：偏微分方程的数值离散化 本章是全书的基石。详细介绍如何将描述传热现象的偏微分方程（如热传导方程、能量方程）转化为代数方程组。 有限差分法 (FDM)： 深入探讨泰勒级数展开在构建中心差分、向前差分和向后差分公式中的应用，分析不同离散格式的精度（一阶、二阶）和稳定性（显式、隐式）。特别关注Crank-Nicolson方法的平衡性。 有限体积法 (FVM)： 强调基于守恒原理的离散化，详细阐述如何对控制体积进行积分，并处理界面处的通量计算，这是求解流体力学和传热耦合问题的关键技术。 稳定性、收敛性和一致性： 深入分析数值格式的稳定域（如傅里叶稳定性准则），以及如何通过网格细化和时间步长控制确保解的收敛性。 第二部分：热传导问题的数值求解 本部分专注于稳态和瞬态导热问题的数值实现，这是所有传热数值计算的起点。 第三章：稳态导热问题的数值解 本章集中于泊松方程和拉普拉斯方程的求解。 二维和三维稳态导热： 使用有限差分法和有限体积法处理具有内热源和特定边界条件（如狄利克雷、诺依曼、罗宾）的导热问题。 代数方程组的求解： 详细介绍直接法（如高斯消元法）和迭代法（如雅可比法、高斯-赛德尔法、共轭梯度法）。重点分析处理大型稀疏矩阵的效率和预条件器的选择。 第四章：瞬态导热的数值方法 本章探讨依赖于时间的导热问题。 一维瞬态导热： 对比显式和隐式欧拉方法，分析其在时间步长选择上的约束和优势。深入研究如何使用双层隐式格式（如Crank-Nicolson）实现高精度和稳定性。 多维瞬态问题的解耦策略： 介绍交错扫描法（ADI）来有效地处理二维和三维瞬态导热，降低计算复杂性。 第三部分：热对流与流固热耦合问题 本部分是全书的难点和重点，涉及动量和能量方程的耦合求解，是工程传热计算的核心。 第五章：流体力学数值基础 为了求解对流传热，必须掌握 Navier-Stokes 方程的数值处理。本章简要介绍连续性方程、动量方程的离散化技术。 压力-速度耦合： 详细讲解SIMPLE算法（Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations）的原理、步骤及其在处理流场中的压力修正过程。 第六章：对流-扩散方程的数值求解 本章核心在于能量方程（对流-扩散方程）的离散化，特别是如何数值稳定地处理高Péclet数（即对流占主导地位）的情况。 迎风格式（Upwind Scheme）的局限性与修正： 分析标准迎风格式带来的数值扩散问题。 高分辨率格式： 介绍QUICK（Quadratic Upstream Interpolation for Convective Kinematics）等高阶格式，以及Total Variation Diminishing (TVD) 格式的基本思想，以在保持稳定性的同时抑制虚假振荡。 第七章：复杂传热现象的数值处理 本章探讨实际工程中常见的复杂边界和物理现象的数值建模。 非均匀介质与相变传热： 如何在网格中定义变物性（温度依赖的导热系数、粘度）和处理材料内部的固-液相变传热（如使用等效热容法或焓法）。 多孔介质传热： 采用体积平均法对宏观尺度下的多孔介质流动和传热进行建模。 第四部分：热辐射与高级主题 本部分关注电磁波辐射传热的计算方法，并引入先进的数值技术。 第八章：热辐射传热的数值计算 本章侧重于对流体和固体表面间辐射换热的计算。 辐射交换因子（View Factors）： 介绍解析法（如导向射线法）和数值法（如蒙特卡洛法或射线追踪法）计算几何因子。 辐射传热方程的离散化： 讨论如何将辐射项耦合到能量方程中，特别是在处理灰体、选择性吸收体以及耦合了散射的辐射问题。 第九章：网格生成与后处理 本章介绍构建高质量计算模型的必要步骤。 结构化与非结构化网格生成： 讨论如何针对复杂几何（如涡轮叶片、热交换器）生成满足正交性要求的网格。 网格自适应技术（Adaptive Mesh Refinement, AMR）： 介绍基于误差估计（如梯度或残差）自动加密关键区域网格的技术，以优化计算资源。 附录：常见工程软件接口与应用示例 本书在每一章后均附有基于MATLAB或Python的伪代码示例，并在附录中提供实际工程案例（如电子设备散热、燃烧室传热分析）的计算流程概述，帮助读者将理论知识转化为实际的工程解决方案。本书强调数值方法的严谨性，力求使读者不仅学会“如何计算”，更理解“为何这样计算”。

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作为一名对数值模拟领域充满热情的研究生，我一直渴望找到一本能够系统性地梳理和讲解气体动力学相关计算方法的书籍。这本书的书名“气体动力学计算方法”正是我一直在寻找的那种，它直接点明了核心内容，简洁而有力。我尤其对书中可能涉及的离散化技术感到好奇，例如如何将连续的Navier-Stokes方程转化为离散的形式，以及不同离散化方案（如显式、隐式方法）在精度、稳定性和计算效率方面的权衡。对于那些对求解大型线性方程组感到头疼的学生来说，书中能否提供一些关于迭代求解器（如Jacobi、Gauss-Seidel、共轭梯度法）在气体动力学模拟中的应用介绍？此外，在处理守恒律方程时，无网格方法（如光滑粒子动力学SPH）或基于网格的方法（如有限体积法）的优劣势对比，以及它们在模拟自由表面流、多相流等复杂问题时的适用性，都是我非常感兴趣的话题。我期待书中能够深入探讨这些方法的理论基础，并辅以清晰的数学推导。当然，如果书中还能涉及一些网格生成技术，比如结构网格、非结构网格，以及自适应网格加密（AMR）等概念，那就更完美了。毕竟，好的网格是计算准确性的基石。这本书的出现，无疑为我深入学习气体动力学数值模拟打开了一扇新的大门，我迫不及待地想要翻阅它，学习其中蕴含的精髓。

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在我看来，“气体动力学计算方法”这本书的书名，就如同打开了一扇通往微观粒子世界与宏观现象之间桥梁的大门。我是一名对物理学基础理论，特别是统计力学和热力学非常感兴趣的爱好者。一直以来，我都在尝试理解宏观热力学定律是如何从微观粒子的相互作用中涌现出来的。这本书的书名暗示了它将深入探讨气体的微观行为，并通过计算方法来解释宏观现象。我非常期待书中能够详细阐述分子动力学模拟（MD）或蒙特卡洛模拟（MC）等方法在气体动力学研究中的应用。例如，如何利用这些方法来计算气体的输运性质，如粘度、热导率，以及它们是如何随着温度和压力的变化而变化的？书中会不会介绍一些用于处理大量粒子相互作用的算法优化技术，以及如何有效地进行并行计算以加速模拟过程？对于那些对相变动力学和临界现象感兴趣的读者，书中能否提供一些利用计算方法来研究气体在临界点附近的行为，例如临界涨落和相分离等问题？此外，我还有一个疑问，那就是书中是否会涉及到声波在气体中的传播，以及相关的数值模拟技术，比如如何处理空气动力学中的激波现象？这本书如果能将统计力学的原理与具体的计算实现相结合，那对我来说将是一本不可多得的读物，它能帮助我更深入地理解物质世界的运行规律。

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这本书的封面设计相当吸引人，那种深邃的蓝色搭配银色的字体，一下子就抓住了我对科学类书籍的喜爱。我平时对物理学，尤其是那些能够解释宏观世界现象的理论很感兴趣，而“气体动力学”这个词本身就充满了神秘感和力量感。我一直在寻找一本能让我深入了解气体行为在不同尺度下是如何运作的书。想象一下，从微观粒子的随机碰撞到大尺度气象现象的形成，气体动力学计算方法似乎就是连接这一切的桥梁。我特别好奇书中是如何将抽象的数学模型转化为可执行的计算步骤的，比如那些复杂的偏微分方程，它们在实际计算中是如何被近似和求解的？书中会不会提及一些经典的计算流体力学（CFD）方法，比如有限差分法、有限体积法或者有限元法？这些方法在模拟湍流、激波、燃烧等复杂气体现象时各有千秋，我非常想知道这本书是如何在“气体动力学计算方法”这个框架下进行取舍和讲解的。而且，我希望能看到一些实际应用的案例，比如在航空航天、能源工程、大气科学等领域，这些计算方法是如何被用来解决实际问题的。作者有没有给出一些代码示例或者伪代码，让我能够更好地理解算法的实现过程？即使没有，详细的算法描述和图示也同样具有价值。这本书给我的第一印象就是它可能是一本能够真正帮助我理解气体动力学深层原理，并将其与计算实践相结合的宝贵资源。

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这本书的书名，乍一听，似乎与我平常研究的固态材料力学领域相去甚远。我是一名材料科学家，主要关注材料的微观结构、相变以及宏观力学性能之间的关联。然而，气体动力学本身就是一种宏观现象的描述，而“计算方法”则意味着它背后有严谨的数学和数值模型支撑。我一直在思考，那些在高温高压环境下表现出类似流体行为的材料，比如熔融状态的金属或者某些陶瓷在加工过程中，是否能够从气体动力学的计算方法中汲取灵感？比如说，高温塑性变形是否可以通过类比气体的流动来理解？书中会不会涉及到一些用于模拟高密度、高粘度流体行为的计算技术，这些技术是否能够迁移到我的研究领域？我尤其对书中关于湍流模型的部分感到好奇，湍流的随机性和不可预测性，在很多材料加工过程中也有体现，比如材料内部的缺陷分布或者宏观形变的不均匀性。如果书中能够介绍一些通用的湍流建模方法，并举例说明其在非牛顿流体或者黏弹性材料模拟中的潜在应用，那将极大地拓宽我的研究思路。同时，我也对书中关于离散化技术（如有限体积法）在处理激波和速度不连续性方面的能力很感兴趣，这种能力是否也能被用来模拟材料中的断裂或失效过程？这本书虽然书名直接指向气体动力学，但我隐约觉得，它所提供的计算方法和思维模式，或许能为我的材料科学研究带来意想不到的启发。

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这本书的书名“气体动力学计算方法”让我联想到那些充满挑战性的工程问题。我是一名航空工程的学生，尤其对飞行器在不同飞行条件下的空气动力学性能感兴趣。书名中的“计算方法”正是我们日常工作中不可或缺的工具。我希望这本书能深入浅出地介绍那些在航空领域广泛应用的数值方法，比如如何利用有限体积法或有限元法来求解纳维-斯托克斯方程，从而预测飞机的升力、阻力以及气动加热等关键参数。书中是否会详细讲解湍流模型的选择和应用，例如RANS模型（如k-epsilon, k-omega）以及LES（大涡模拟）和DNS（直接数值模拟）等方法，以及它们在不同马赫数和雷诺数下的优缺点？对于那些面临复杂几何形状，如高超声速飞行器或多体复杂气流相互作用问题，书中能否提供关于非结构网格生成、自适应网格加密以及高效并行计算的指导？我特别期待书中能够展示一些实际的工程案例，例如通过数值模拟来优化机翼设计，或者预测导弹在穿越大气层时的气动加热效应。同时，我对于如何在数值模拟中处理激波、燃烧等复杂物理现象也充满了好奇，书中能否提供一些相关的计算技巧和注意事项？这本书的出现，无疑将为我在航空工程领域的研究和实践提供坚实的理论基础和有效的计算工具。

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