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[英] 霍格尔·巴宾斯基(HolgerBabinsk 著

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• 激波
• 边界层
• 干扰
• 气动特性
• 超音速流动
• 数值模拟
• 实验研究
• 流体动力学
• 航空航天
• 传热学

店铺： 文轩网旗舰店

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118105568

商品编码：10176899952

出版时间：2015-12-01

作  者:(英)霍格尔·巴宾斯基(Holger Babinsky),(英)约翰·K·哈维(John K.Harvey) 著；白菡尘 译 定  价:132 出 版 社:国防工业出版社 出版日期:2015年12月01日 页  数:410 装  帧:平装 ISBN:9787118105568 ●第1章序言
●1.1本书结构
●1.1.1关于GeorgeInger教授
●1.2读者对象
●第2章物理本质
●2.1激波-边界层干扰的重要性
●2.2超声速流中的间断现象
●2.2.1激波
●2.2.2激波极曲线表达法
●2.2.3激波干扰与Edney分类
●2.2.4激波、阻力与效率——Oswatitsch关系
●2.3边界层的流动结构
●2.3.1边界层中的速度分布
●2.3.2多层结构
●2.3.3边界层对快速压力变化的响应
●2.4激波与边界层的抗衡
●2.4.1几种基本的二维激波-边界层干扰
●2.4.2边界层与激波压升的抗衡
●2.5无分离的弱干扰流动
●2.5.1入射-反射激波干扰
●部分目录

内容简介

该书是激波边界层干扰主题的靠前部专著，收集了近期新的研究成果，其中包括未公开发表的研究结果，涉及方方面面的激波边界层干扰问题。由本领域靠前知名专家贡献他们在有关激波边界层的重要实验、计算和分析问题上的观点，并将近期新成果撰写成书，内容涉及亚声速、跨声速、超声速、高超声速流动（含稀薄流）中的激波与湍流、层流边界层的干扰以及激波-激波干扰的现象、理论、机理解释、计算模拟方法及存在的问题。

激波与边界层：一场无声的舞蹈 在高速流动的世界里，激波与边界层的相遇，是空气动力学中一段惊心动魄的演出。它们并非简单的相邻，而是一场复杂而精妙的互动，深刻地影响着飞行器的性能、结构的稳定性乃至声学特性。本书将带您深入探索这场“无声的舞蹈”，揭示其中蕴含的物理机制、分析方法与工程应用，为您勾勒出超音速流动中一对孪生现象的完整画卷。 第一篇：激波的诞生与本质 在对激波与边界层的相互作用进行深入剖析之前，我们有必要首先建立起对激波这一核心物理现象的清晰认知。激波，顾名思义，是一种在介质中传播的、具有极高压强、温度和密度的不连续面。它并非是传统意义上的连续波，而是能量在极短距离内急剧传递的结果。 激波的形成机制： 为什么在超音速流动中会出现激波？这是理解一切的基础。当物体以超过声速的速度运动时，其前方介质的扰动无法及时传播开来，一系列的扰动叠加在一起，最终形成一个强度极高的压缩面，这就是激波。我们可以从宏观的物理图像和微观的分子动力学角度来理解这一过程。宏观上，是速度场的突变；微观上，则是分子碰撞频率的急剧升高，导致能量的快速转移。 激波的分类与形态： 激波并非千篇一律，它们根据形成条件和与主流的夹角，呈现出多样的形态。本书将详细介绍正激波、斜激波、弯曲激波、脱体激波等几种主要的激波类型。对于斜激波，我们将深入探讨其与主流方向的夹角（激波角）与马赫数、来流角度之间的关系，并介绍其关键参数的计算方法，例如普朗特-迈耶关系。对于复杂的几何体，如圆锥体、钝头体，激波的形态更是千变万化，我们将通过具体的算例展示它们的特点。 激波的物理性质： 激波面上的物理量会发生剧烈的变化。我们将精确分析激波前后温度、压力、密度、熵以及速度等参数的突变规律。其中，激波的绝热性和不可逆性是理解其能量耗散的关键。熵增原理在这里扮演着至关重要的角色，它解释了为什么激波会带来能量损失，并对下游流动产生持续影响。 激波管与激波风洞： 为了更直观地研究激波现象，科学家们发展了专门的实验设备。本书将简要介绍激波管和激波风洞等常用实验装置的工作原理，以及它们在激波研究中的作用，让读者对激波的实验观测有初步了解。 第二篇：边界层的诞生与演化 与激波一同在高速流动中扮演重要角色的，是边界层。边界层是流体在固体壁面附近受粘性影响而形成的薄层。在这个区域内，流体速度从壁面的零变化到自由流的速度。边界层的存在，是摩擦阻力、热传导以及流动分离等一系列复杂现象的根源。 粘性与边界层的形成： 粘性是边界层形成的核心驱动力。我们将解释粘性力如何在壁面附近作用，导致流体速度的减小，并梯度地向外层递减。布拉辛巴卡方程等基本方程将帮助我们理解粘性力在宏观尺度上的表现。 边界层的分类： 边界层根据流动的性质，可以分为层流边界层和湍流边界层。我们不仅要理解这两种状态各自的特征，更要关注它们之间的转捩过程。层流边界层平滑、有序，而湍流边界层则混乱、混合剧烈。它们对阻力和传热的影响差异巨大。 边界层的物理特性： 边界层内的速度剖面、厚度、壁面剪切应力以及传热系数等是衡量边界层特性的关键参数。我们将深入探讨这些参数的计算方法，以及它们与雷诺数、普朗特数等重要无量纲数之间的关系。厚度增长、动量亏损和能量亏损是边界层演化过程中需要重点关注的几个方面。 流动分离： 当流体在逆压梯度下运动时，靠近壁面的流体速度会降低，甚至倒流，从而导致边界层脱离壁面，产生流动分离。这是高速流动中最令人头痛的问题之一，它会导致阻力急剧增加，升力丧失，甚至引起结构振动。我们将分析流动分离发生的条件，以及不同几何形状下分离区的形成特点。 第三篇：激波与边界层的相互作用：一场博弈 激波与边界层的相遇，并非简单的“擦肩而过”，而是一场相互影响、相互塑造的动态过程。这场“博弈”决定了许多重要的空气动力学现象。 激波对边界层的影响： 当激波掠过边界层时，边界层内的压力会发生急剧升高。这种压力升高会对边界层产生显著影响。 减速与增厚： 激波的压缩作用会导致边界层内流体速度减小，边界层厚度随之增加。 分离的诱发： 尤其是在钝头体或有几何突变处，激波压力升高是导致边界层发生分离的关键因素。我们将详细分析激波诱导分离的机理，以及分离区内复杂的流动结构，如回流区、涡结构等。 壁面剪切应力与传热的变化： 激波作用还会导致壁面剪切应力下降，同时由于边界层增厚和流动状态改变，壁面传热系数也会发生变化，这对于飞行器的热防护设计至关重要。 边界层对激波的影响： 边界层并非完全被动。它的存在也会对激波的形成和发展产生一定的影响。 激波的弯曲与脱体： 在物体表面附近，由于边界层的存在，使得激波面无法直接与物体表面相交。边界层的影响会导致激波面发生弯曲，甚至在钝头体前方形成脱体激波。我们将探讨边界层厚度、粘性以及物体的钝度对激波脱体距离和激波形态的影响。 激波弱化： 尽管激波本身是强烈的压缩过程，但与厚边界层相互作用时，边界层内的低速、低能量流体可能会对激波面产生一定的“缓冲”作用，使其在与边界层接触的部分强度有所减弱。 关键的相互作用模式： 激波-边界层交互（Shock-Boundary Layer Interaction, SBLI）： 这是本书的核心内容之一。我们将深入研究在不同马赫数、不同几何形状下的激波-边界层交互现象。这包括发生在斜坡、角区、进气道唇口等位置的典型交互。我们将分析不同“占优”因素（激波强度、边界层厚度、迎角等）对交互模式的影响，例如压缩性交互、膨胀性交互等。 激波-湍流边界层交互： 湍流边界层的复杂性使得其与激波的交互过程更加复杂。湍流脉动、湍动能的耗散以及与激波激发的湍流增强之间的相互作用，是理解高速飞行器气动加热和气动噪声的重要途径。 粘性-激波相互作用（Viscous-Shock Interaction, VSI）： 在极高马赫数下，粘性效应与激波效应可能同时变得非常显著，形成粘性-激波相互作用区。在这个区域内，激波和粘性边界层效应相互耦合，导致流动行为异常复杂，并可能引发强烈的表面热流。 第四篇：分析方法与工程应用 理解了激波与边界层相互作用的物理机制，我们还需要掌握分析这些复杂现象的工具，并将其应用于实际工程设计。 理论分析方法： 相似理论与纲量分析： 如何通过无量纲数来简化问题，找到不同条件下现象的普适性规律？我们将介绍相似理论的基本原理，并探讨雷诺数、马赫数、斯坦顿数等关键无量纲数在激波-边界层相互作用中的意义。 奇点摄动法与渐近展开： 对于边界层等近壁区域，可以采用摄动方法来求解。我们将介绍这些数学工具在处理激波附近边界层行为时的应用。 流动相似性： 基于相似理论，我们可以预测在不同尺度或不同条件下相似流动现象的发生。 数值模拟方法： 有限体积法与有限差分法： 这些是求解 Navier-Stokes 方程等流体力学控制方程的常用数值方法。我们将介绍它们的离散化原理，以及在捕捉激波和边界层等复杂流动结构时的优势与挑战。 激波捕捉格式： 由于激波的间断性，需要采用特殊的数值格式来精确捕捉激波面，避免数值耗散或振荡。我们将讨论 Rusanov 格式、Godunov 格式等几种典型的激波捕捉格式。 湍流模型： 对于湍流边界层，需要引入湍流模型来描述湍流的平均效应。我们将简要介绍 RANS 模型、LES 和 DNS 等不同层次的湍流模型，以及它们在激波-边界层交互模拟中的应用。 高精度求解： 激波-边界层相互作用区域内的流动变化剧烈，需要高精度数值方法来准确描述。本书将探讨如何通过网格加密、高阶精度格式等手段提高模拟的准确性。 工程应用领域： 航空航天器设计： 从飞机机翼到火箭鼻锥，激波与边界层相互作用无处不在。我们将讨论如何利用对这些现象的理解来优化气动外形，降低阻力，提高升力，控制热流。例如，超燃冲压发动机中的激波-燃烧相互作用，高超声速飞行器表面的热防护设计，以及战斗机起降时的低速气动性能。 气体动力学激光器： 激波管的产生和传播是气体动力学激光器工作原理的重要组成部分。 高速冲击波技术： 在材料科学、爆炸力学等领域，激波的产生与传播也是研究的重点。 声学设计： 激波的存在是产生高速气流噪声的重要来源，了解激波与边界层的交互可以帮助我们设计更安静的航空器。 结语 激波与边界层，一对看似独立的物理现象，却在高速流动的世界中上演着一场紧密相连的“双人舞”。它们的相互作用，不仅是流体力学研究的深度体现，更是现代航空航天工程设计不可或缺的基础。本书期望通过系统的梳理和深入的剖析，为您揭示这场无声舞蹈的奥秘，让您对高速流动中的复杂物理现象有更深刻的理解，并为相关领域的工程实践提供有价值的参考。

评分☆☆☆☆☆

《激波边界层干扰》是一本让我重新认识“深度”的书。我本以为我会在这本书中看到一些陈旧的理论和早已被解决的问题，但事实完全相反。作者的视角非常新颖，他不仅关注了经典的激波边界层干扰现象，还对近年来出现的一些新兴问题，如跨音速流动中的奇点以及高超声速流动中的三维干扰效应进行了深入的剖析。他对于计算流体力学（CFD）在激波边界层干扰研究中的应用也进行了详尽的介绍，并分析了不同数值方法在处理这类复杂流动时的优缺点。更让我印象深刻的是，作者在探讨理论的同时，始终保持着对物理现实的关注，他会反复强调实验验证的重要性，并结合最新的实验数据来佐证自己的观点。这本书的文献引用非常丰富，让我能够快速找到进一步深入研究的入口。读完这本书，我感觉自己仿佛站在了一个新的知识高地，对激波边界层干扰的理解不再停留在表面，而是拥有了更宏观、更深邃的洞察力。

评分☆☆☆☆☆

我只能说，《激波边界层干扰》这本书简直是为我量身定做的！我从事航空航天相关的工作，经常会遇到与高速气流和复杂流动相关的难题，而这本书恰恰解决了我的燃眉之急。作者的论述非常接地气，他没有回避那些复杂的工程挑战，而是直面它们，并提出了切实可行的解决方案。书中对不同几何构型下激波边界层干扰的特点进行了详细的对比分析，让我能够针对不同的设计场景，找到最合适的应对策略。尤其让我眼前一亮的是，书中对先进的控制技术，比如等离子体激励、微脉冲喷射等在抑制激波边界层干扰方面的应用进行了深入的探讨，这让我看到了未来技术发展的新方向。书中的案例研究非常贴近实际工作，很多描述都让我产生强烈的共鸣，感觉作者就是在分享我工作中遇到的问题和思考。这本书的实用性之强，是我读过的同类书籍中少有的。

评分☆☆☆☆☆

说实话，刚拿到《激波边界层干扰》这本书时，我抱着一种试试看的心态。毕竟“激波”和“边界层”这两个词听起来就带着一股子高深莫测的味道，我担心它会是一本读起来让人昏昏欲睡的学术大部头。然而，事实证明我的担忧是多余的。这本书的结构设计得非常巧妙，每一章节的衔接都十分自然，循序渐进地将我带入这个复杂而迷人的领域。作者的写作风格朴实而严谨，没有华丽的辞藻，但字里行间透着深厚的功底。他对每一个概念的阐释都力求清晰透彻，并通过大量的图示和简化模型，将抽象的物理现象具象化。我尤其欣赏书中对数学推导过程的详尽展示，虽然我不是数学系出身，但跟随作者的思路，也能逐步理解其中的逻辑，并从中体会到数学之美。书中的案例分析也十分到位，涵盖了从基础理论验证到实际工程难题的解决，让我看到了激波边界层干扰在不同场景下的表现形式以及工程师们是如何应对这些挑战的。读完这本书，我感觉自己的知识体系得到了极大的拓展，对这个领域的理解也更加深入和系统。

评分☆☆☆☆☆

这本《激波边界层干扰》实在是太令人惊喜了！我一直对空气动力学领域很感兴趣，但总觉得很多书籍过于理论化，枯燥乏味，难以找到真正能够激发我学习热情的内容。然而，这本书完全颠覆了我的认知。作者的叙述方式非常生动形象，仿佛我置身于高速飞行的飞机旁，亲眼目睹着那震撼人心的激波现象。书中详细阐述了激波是如何在高速气流中产生，以及它们与边界层之间错综复杂的关系，那些复杂的数学公式竟然被巧妙地转化为易于理解的物理过程。更让我惊叹的是，作者还结合了大量实际工程案例，比如超音速客机、导弹以及航天器的设计，将理论知识与实际应用紧密地联系起来。我仿佛看到一个个精密的工程设计图在眼前展开，理解了为何飞机的外形要那样设计，为何在某些区域需要特殊的材料。书中对干扰的成因、传播以及抑制方法进行了深入浅出的剖析，让我不仅认识了问题，也看到了解决问题的途径。这不仅仅是一本学术著作，更像是一次引人入胜的探索之旅，让我对空气动力学产生了前所未有的浓厚兴趣。

评分☆☆☆☆☆

《激波边界层干扰》这本书给我的整体感觉是——专业、系统，并且具有很强的启发性。作者在内容编排上，既有对基础理论的扎实梳理，也有对前沿研究方向的探讨。他从激波的形成机制、发展演化开始，逐步深入到边界层流动及其与激波相互作用的各个方面，再到由此引发的复杂流动现象，比如流动分离、热流密度增加等，最后落脚于如何通过设计和控制来减缓或消除这些不利影响。书中对于数值模拟和实验研究方法的介绍也让我印象深刻，理解了科学家和工程师们是如何通过这些工具来研究和解决激波边界层干扰问题的。我特别喜欢作者在讨论某些复杂现象时，会穿插一些历史性的回顾，比如提到早期的一些实验发现以及理论突破，这让我在学习技术知识的同时，也对这个学科的发展历程有了更深的认识。这本书对于我来说，不仅仅是学习知识，更重要的是培养了一种解决问题的思维方式，学会了如何从宏观到微观，从原理到应用，全面地分析一个工程问题。