计算流体力学基础及其应用(时代教育国外高校**教材精选) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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吴 编

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店铺： 博库网旗舰店

出版社： 机械工业

ISBN：9787111193937

商品编码：10357188935

开本：16

出版时间：2015-04-01

基本信息

• 商品名称：计算流体力学基础及其应用(时代教育国外高校**教材精选)
• 作者：(美)约翰D.安德森|译者:吴颂平//刘赵淼
• 定价：48
• 出版社：机械工业
• ISBN号：9787111193937

其他参考信息（以实物为准）

• 出版时间：2015-04-01
• 印刷时间：2015-04-01
• 版次：1
• 印次：9
• 开本：16开
• 包装：平装
• 页数：371
• 字数：594千字

内容提要

约翰D.安德森编著的《计算流体力学基础及其应 用(时代教育国外高校**教材精选)》是计算流体力 学(CFD)方面的入门书。本书首先介绍了计算流体力 学的基础知识，然后通过四个精心挑选的例子介绍了 计算流体力学中的重要方法和处理技巧。这些例子都 有理论上的解析解，读者可以将CFD计算的结果与解 析解进行对比，从而*深入地了解CFD的基本概念、 思路、方法、用途和优缺点。在此基础上，本书的* 后一部分介绍了计算流体力学中的几个前沿问题。本 书选择和编排内容的这种方式非常适合没有接触或者 很少接触计算流体力学的读者。无论是各专业的学生 ，还是不同领域的科研和工程技术人员，本书都能够 使读者从基本概念出发，一步一步地进入到计算流体 力学的整个领域，掌握其中的概念、方法和应用技巧 。
     本书既可作为力学专业高年级本科生和非力学专 业研究生教材，也可作为航空航天、动力工程、建筑 、水利、环境等专业科研和工程技术人员的参考读物 。

目录

译者序
原书序
**部分 基本思想和基本方程
**章 计算流体力学的基本原理
1.1 为什么要学习计算流体力学
1.2 作为研究工具的计算流体力学
1.3 作为设计工具的计算流体力学
1.4 计算流体力学的应用实例
1.4.1 汽车和发动机
1.4.2 工业制造
1.4.3 土木工程
1.4.4 环境工程
1.4.5 造船（潜水艇）
1.5 计算流体力学的研究范畴
1.6 学习本书的目的
第2章 流体力学的控制方程组
2.1 引言
2.2 流动模型
2.2.1 有限控制体
2.2.2 无穷小流体微团
2.2.3 注释
2.3 物质导数（运动流体微团的时间变化率）
2.4 速度散度及其物理意义
2.5 连续性方程
2.5.1 空间位置固定的有限控制体模型
2.5.2 随流体运动的有限控制体模型
2.5.3 空间位置固定的无穷小微团模型
2.5.4 随流体运动的无穷小微团模型
2.5.5 方程不同形式之间的转化
2.5.6 积分形式与微分形式的重要注释
2.6 动量方程
2.7 能量方程
2.8 流体力学控制方程的总 结与注释
2.8.1 粘性流动的纳维一斯托克斯（Navier-Stokes）方程
2.8.2 无粘流欧拉（Euler）方程
2.8.3 关于控制方程的注释
2.9 物理边界条件
2.10 适合CFD使用的控制方程
2.11 小结
习题
第3章 偏微分方程的数学性质对CFD的影响
3.1 引言
3.2 拟线性偏微分方程的分类
……
第2部分 基本的数值方法
第4章 离散化的基本方法
第5章 网络生成与坐标变换
第6章 计算流体力学的基本方法
第3部分 计算流体力学的应用
第7章 拟一维喷管流动的数值解
第8章 二维超声速流动的数值解——普朗特—迈耶稀疏波
第9章 不可压库埃特（Couette）流的数值解
**0章 流过平板的超声速流动
第4部分 现代计算流体力学概述
**1章 现代计算流体力学中的某些**问题
**2章 计算流体力学的未来
附录

计算流体力学基础及其应用（时代教育国外高校教材精选） 本书特色与定位： 本书是一部全面而深入的计算流体力学（CFD）教科书，旨在为工程、物理、数学等相关领域的学生和研究人员提供坚实的理论基础和实用的数值方法指导。作为“时代教育国外高校教材精选”系列之一，本书汇集了国际顶尖学府的教学精髓，力求在深度、广度和前沿性上达到高水准。它不仅仅是一本理论的堆砌，更是一本侧重于将复杂的流体力学方程转化为可计算算法的实用指南。 核心内容模块： 本书结构清晰，内容覆盖了从最基本的流体力学守恒定律到复杂湍流模型应用的完整流程。全书大致可分为以下几个主要部分： 第一部分：流体力学与数值方法的数学基础 本部分是理解CFD的基石。它首先系统回顾了不可压缩和可压缩牛顿流体的连续性方程、动量方程（纳维-斯托克斯方程）和能量方程。强调了这些偏微分方程的物理意义和数学特性（如椭圆型、抛物线型和双曲型）。 随后，本书详细介绍了离散化方法的数学原理。重点阐述了有限差分法（FDD）在直角坐标系和曲线坐标系下的应用。讨论了泰勒级数展开的截断误差、一致性、稳定性和收敛性的基本概念，这是构建可靠CFD求解器的前提。边界条件的数学表示和处理方法，如Dirichlet、Neumann和Robin条件在数值格式中的体现，也被深入探讨。 第二部分：稳态与非稳态求解技术 本部分进入CFD的核心求解算法。 1. 线性代数方程组的求解： 对于CFD离散化后产生的巨大稀疏线性系统，本书区分讨论了直接法（如高斯消元法在特定情况下的应用）和迭代法。重点介绍了雅可比法、高斯-赛德尔法，以及更高效的Krylov子空间方法（如CGS、BiCGSTAB等）在求解椭圆型方程（如泊肃叶流或稳态扩散问题）中的应用。同时，对预条件子的构造和重要性进行了详尽分析。 2. 对流项的处理与稳定化： 对流项是CFD中最具挑战性的部分。本书详细分析了迎风格式、中心差分格式的优缺点，特别是中心格式在网格加密区域可能导致的振荡问题。为解决此问题，引入了高分辨率格式，如QUICK格式和ENO（Essentially Non-Oscillatory）格式的基本思想，强调了通量限制器（Flux Limiters）在保持高精度与抑制非物理解的重要性。 3. 压力-速度耦合算法： 针对不可压缩流体中压力与速度场的耦合（即Navier-Stokes方程的非线性特性），本书系统介绍了经典的解耦算法。详细阐述了SIMPLE（Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations）算法及其各种改进版本（如PISO和SIMPLEC）。通过对校正方程的推导和实施细节的讲解，使读者透彻理解如何有效地将质量守恒（连续性方程）嵌入到速度场迭代过程中。 第三部分：网格生成与自适应 网格划分是影响CFD结果质量的关键因素。本书全面覆盖了网格生成技术。 1. 网格类型与拓扑结构： 对结构化网格（I-J-K索引）、非结构化网格（三角形、四面体、多面体）和混合网格进行了比较分析。讨论了网格质量指标（如正交性、平滑度、长宽比）对数值误差的影响。 2. 坐标变换与网格生成： 详细介绍了利用椭圆或抛物线方程进行结构化网格的代数生成方法，特别是如何通过网格加密函数控制网格的密度分布。对于复杂几何体的处理，则引入了基于点的重构或边界积分方程法生成光滑网格的原理。 3. 网格无关性研究（Grid Convergence Index, GCI）： 强调了在提交任何数值结果之前，必须进行系统性的网格收敛性验证，并提供了具体的GCI计算步骤和判定标准。 第四部分：湍流建模与高级应用 本书将CFD的应用提升到了处理实际工程问题的层面，即湍流。 1. 湍流的性质与Reynolds平均化（RANS）： 介绍了湍流的统计特性，推导了Reynolds平均Navier-Stokes（RANS）方程，并指出了其引入的Reynolds应力项。 2. 经典湍流模型： 深入探讨了最常用的一系列代数湍流模型： 零方程模型： 如代数涡粘度模型。 一方程模型： 如Spalart-Allmaras模型，侧重于其在边界层流动中的应用。 两方程模型： 详细解析了$k-epsilon$ 模型（包括标准、RNG和$k-omega$ 模型）的输运方程、源项和关闭关系。特别讨论了$k-omega$ 模型在近壁面区域的优势和其对流场中自由流湍流的敏感性。 3. 高级与新兴方法简介： 对大涡模拟（LES）和直接数值模拟（DNS）的基本思想和计算成本进行了概述，定位了它们在特定研究领域的地位。 第五部分：程序实现与案例分析 为了确保理论与实践的结合，本书包含大量的编程概念和实际案例。它指导读者如何将上述数值方法转化为可执行代码（通常使用Fortran或C++）。案例分析涵盖了： 二维平板边界层流动。 翼型绕流的升阻力计算。 内部流（如管道内的充分发展流）。 热传导与对流换热耦合问题。 适用读者： 本书是高等院校本科高年级及研究生阶段计算流体力学课程的标准教材。同时，对于希望系统性地从理论层面转向实际CFD软件开发和高级研究的工程师和科研人员，本书也提供了不可或缺的深度和广度。它要求读者具备扎实的微积分、常微分方程、偏微分方程基础，以及一定的线性代数知识。

评分☆☆☆☆☆

这本书在湍流模型的介绍上，展现出一种非常务实的态度。它没有试图涵盖所有已知的湍流模型，而是精选了工程中最常用且最具代表性的几类，比如RANS模型中的 $k-epsilon$ 和 $k-omega$ 系列，并对它们的适用范围和内在缺陷进行了毫不留情的批判性分析。作者的叙述风格非常直率，不会过度美化任何模型，而是明确指出，选择湍流模型本质上是一种工程妥协。我尤其欣赏作者在对比不同模型在处理分离流、回流区等复杂流动问题时的表现时，所提供的那些经过验证的算例数据。这些数据不是孤立的数字，而是被放在具体的物理背景下去解读的。例如，书中解释了为什么在预测翼型近失速状态时，某些模型会出现系统性的偏差，这让我在后续自己进行仿真验证时，能够提前规避这些常见的“陷阱”。这种将理论知识与实际工程限制紧密结合的叙述方式，极大地提升了这本书的实用价值，使其远超一本纯粹的学术参考书的范畴。

评分☆☆☆☆☆

最后，这本书在案例研究和后处理部分的处理方式，为整个学习体验画上了一个完美的句号。它没有仅仅满足于展示最终的流线图和云图，而是深入挖掘了如何从这些可视化结果中提取有意义的物理信息。例如，在涉及传热的案例中，书中详细讲解了如何正确地计算表面辐射系数和对流换热系数，并讨论了这些参数在不同流态下的敏感性。此外，作者还提供了一些关于如何利用CFD结果进行不确定性量化的初步探讨，这对于当前强调“可信度”的工程领域至关重要。整本书的叙述风格由始至终保持了一种严谨的学术基调，但其行文流畅，结构清晰，仿佛是邀请读者一同参与到复杂的工程问题解决过程中去。读完它，我感到自己不仅掌握了计算的“术”，更领悟了工程分析的“道”，这对于我未来在科研或设计岗位上的工作，无疑是一笔宝贵的精神财富。

评分☆☆☆☆☆

我花了大量时间研究了书中关于网格生成和质量控制的那几个章节，这部分内容简直是工程实践中的“救命稻草”。很多教材往往对网格处理一带而过，留给读者大量的“自行摸索”空间，但这本书则不然。它详尽地阐述了结构化和非结构化网格的生成技术，并且用大量的实例图展示了如何识别和修复低质量网格，比如过度扭曲和长宽比过大的单元。更让我感到惊喜的是，作者没有停留在理论层面，而是将网格质量与最终计算结果的精度、收敛性之间的内在联系，做了非常透彻的论述。我记得有一处关于边界层网格划分的讨论，清晰地指出了 $y^+$ 值的选择对湍流模型近壁面处理的决定性影响，这对于进行实际的工业仿真，比如气动外形优化或者热交换器设计时，具有不可替代的指导价值。读完这部分，我感觉自己对CFD流程中这个至关重要的预处理环节，有了脱胎换骨的认识，不再是盲目地追求网格数量，而是懂得如何有针对性地构建高效且可靠的计算域。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计给我留下了深刻的印象，那种严谨而又不失现代感的风格，让人一眼就能感受到它在内容深度上的追求。初次翻阅，我就被其清晰的逻辑脉络所吸引。它似乎并不急于堆砌晦涩难懂的公式，而是循序渐进地引导读者理解计算流体力学（CFD）的核心思想。特别是对于那些初次接触这门学科的人来说，书中对基本控制方程的推导和离散化方法的介绍，处理得极为细腻和耐心，仿佛一位经验丰富的导师在身旁一一讲解。我尤其欣赏作者在引入数值格式时，所采用的对比分析方法，它不仅仅是罗列不同格式的优缺点，更重要的是深入剖析了这些选择背后的物理意义和数值稳定性考量。这种深度的剖析，使得原本抽象的数学概念变得具象化，为后续复杂问题的求解打下了坚实的理论基础。阅读过程中，我时常停下来，对照着书中的图示和文字描述，在脑海中构建出流场变化的动态画面，这极大地增强了我的学习兴趣和理解效率。可以说，这本书在基础理论的构建上，做到了既全面又深入，让人不得不赞叹其编纂的匠心。

评分☆☆☆☆☆

我对书中关于求解器和算法收敛性的章节印象最为深刻。对于很多初学者来说，设置迭代参数和判断计算是否真正收敛，常常是一件令人抓狂的事情。这本书用一种非常接地气的方式，解释了时间步长控制、松弛因子设置、残差曲线的解读等关键技巧。它清晰地阐明了代数多重网格（AMG）和时间尺度处理（如Crank-Nicolson对流项的处理）背后的数学原理，并强调了在不同物理问题中，如何根据方程的特点来调整数值稳定性和计算效率之间的平衡点。我过去常常因为残差曲线的振荡而感到困惑，但书中的一个图表清晰地展示了当残差曲线在某个特定水平“平台化”时，可能是物理收敛，而非数值伪影，这一见解为我节省了大量的调试时间。这种对“如何让代码跑起来并且跑得对”的深入探讨，体现了作者深厚的工程经验和对实际问题的深刻洞察力，这在理论教材中是相当难得的。