計算流體力學基礎及其應用(時代教育國外高校**教材精選) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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吳 編

圖書標籤:

• 計算流體力學
• CFD
• 流體力學
• 數值分析
• 工程流體力學
• 傳熱
• 計算方法
• 高等教育
• 教材
• 應用

店鋪： 博庫網旗艦店

齣版社： 機械工業

ISBN：9787111193937

商品編碼：10357188935

開本：16

齣版時間：2015-04-01

基本信息

• 商品名稱：計算流體力學基礎及其應用(時代教育國外高校**教材精選)
• 作者：(美)約翰D.安德森|譯者:吳頌平//劉趙淼
• 定價：48
• 齣版社：機械工業
• ISBN號：9787111193937

其他參考信息（以實物為準）

• 齣版時間：2015-04-01
• 印刷時間：2015-04-01
• 版次：1
• 印次：9
• 開本：16開
• 包裝：平裝
• 頁數：371
• 字數：594韆字

內容提要

約翰D.安德森編著的《計算流體力學基礎及其應 用(時代教育國外高校**教材精選)》是計算流體力 學(CFD)方麵的入門書。本書首先介紹瞭計算流體力 學的基礎知識，然後通過四個精心挑選的例子介紹瞭 計算流體力學中的重要方法和處理技巧。這些例子都 有理論上的解析解，讀者可以將CFD計算的結果與解 析解進行對比，從而*深入地瞭解CFD的基本概念、 思路、方法、用途和優缺點。在此基礎上，本書的* 後一部分介紹瞭計算流體力學中的幾個前沿問題。本 書選擇和編排內容的這種方式非常適閤沒有接觸或者 很少接觸計算流體力學的讀者。無論是各專業的學生 ，還是不同領域的科研和工程技術人員，本書都能夠 使讀者從基本概念齣發，一步一步地進入到計算流體 力學的整個領域，掌握其中的概念、方法和應用技巧 。
     本書既可作為力學專業高年級本科生和非力學專 業研究生教材，也可作為航空航天、動力工程、建築 、水利、環境等專業科研和工程技術人員的參考讀物 。

目錄

譯者序
原書序
**部分 基本思想和基本方程
**章 計算流體力學的基本原理
1.1 為什麼要學習計算流體力學
1.2 作為研究工具的計算流體力學
1.3 作為設計工具的計算流體力學
1.4 計算流體力學的應用實例
1.4.1 汽車和發動機
1.4.2 工業製造
1.4.3 土木工程
1.4.4 環境工程
1.4.5 造船（潛水艇）
1.5 計算流體力學的研究範疇
1.6 學習本書的目的
第2章 流體力學的控製方程組
2.1 引言
2.2 流動模型
2.2.1 有限控製體
2.2.2 無窮小流體微團
2.2.3 注釋
2.3 物質導數（運動流體微團的時間變化率）
2.4 速度散度及其物理意義
2.5 連續性方程
2.5.1 空間位置固定的有限控製體模型
2.5.2 隨流體運動的有限控製體模型
2.5.3 空間位置固定的無窮小微團模型
2.5.4 隨流體運動的無窮小微團模型
2.5.5 方程不同形式之間的轉化
2.5.6 積分形式與微分形式的重要注釋
2.6 動量方程
2.7 能量方程
2.8 流體力學控製方程的總 結與注釋
2.8.1 粘性流動的納維一斯托剋斯（Navier-Stokes）方程
2.8.2 無粘流歐拉（Euler）方程
2.8.3 關於控製方程的注釋
2.9 物理邊界條件
2.10 適閤CFD使用的控製方程
2.11 小結
習題
第3章 偏微分方程的數學性質對CFD的影響
3.1 引言
3.2 擬綫性偏微分方程的分類
……
第2部分 基本的數值方法
第4章 離散化的基本方法
第5章 網絡生成與坐標變換
第6章 計算流體力學的基本方法
第3部分 計算流體力學的應用
第7章 擬一維噴管流動的數值解
第8章 二維超聲速流動的數值解——普朗特—邁耶稀疏波
第9章 不可壓庫埃特（Couette）流的數值解
**0章 流過平闆的超聲速流動
第4部分 現代計算流體力學概述
**1章 現代計算流體力學中的某些**問題
**2章 計算流體力學的未來
附錄

計算流體力學基礎及其應用（時代教育國外高校教材精選） 本書特色與定位： 本書是一部全麵而深入的計算流體力學（CFD）教科書，旨在為工程、物理、數學等相關領域的學生和研究人員提供堅實的理論基礎和實用的數值方法指導。作為“時代教育國外高校教材精選”係列之一，本書匯集瞭國際頂尖學府的教學精髓，力求在深度、廣度和前沿性上達到高水準。它不僅僅是一本理論的堆砌，更是一本側重於將復雜的流體力學方程轉化為可計算算法的實用指南。 核心內容模塊： 本書結構清晰，內容覆蓋瞭從最基本的流體力學守恒定律到復雜湍流模型應用的完整流程。全書大緻可分為以下幾個主要部分： 第一部分：流體力學與數值方法的數學基礎 本部分是理解CFD的基石。它首先係統迴顧瞭不可壓縮和可壓縮牛頓流體的連續性方程、動量方程（納維-斯托剋斯方程）和能量方程。強調瞭這些偏微分方程的物理意義和數學特性（如橢圓型、拋物綫型和雙麯型）。 隨後，本書詳細介紹瞭離散化方法的數學原理。重點闡述瞭有限差分法（FDD）在直角坐標係和麯綫坐標係下的應用。討論瞭泰勒級數展開的截斷誤差、一緻性、穩定性和收斂性的基本概念，這是構建可靠CFD求解器的前提。邊界條件的數學錶示和處理方法，如Dirichlet、Neumann和Robin條件在數值格式中的體現，也被深入探討。 第二部分：穩態與非穩態求解技術 本部分進入CFD的核心求解算法。 1. 綫性代數方程組的求解： 對於CFD離散化後産生的巨大稀疏綫性係統，本書區分討論瞭直接法（如高斯消元法在特定情況下的應用）和迭代法。重點介紹瞭雅可比法、高斯-賽德爾法，以及更高效的Krylov子空間方法（如CGS、BiCGSTAB等）在求解橢圓型方程（如泊肅葉流或穩態擴散問題）中的應用。同時，對預條件子的構造和重要性進行瞭詳盡分析。 2. 對流項的處理與穩定化： 對流項是CFD中最具挑戰性的部分。本書詳細分析瞭迎風格式、中心差分格式的優缺點，特彆是中心格式在網格加密區域可能導緻的振蕩問題。為解決此問題，引入瞭高分辨率格式，如QUICK格式和ENO（Essentially Non-Oscillatory）格式的基本思想，強調瞭通量限製器（Flux Limiters）在保持高精度與抑製非物理解的重要性。 3. 壓力-速度耦閤算法： 針對不可壓縮流體中壓力與速度場的耦閤（即Navier-Stokes方程的非綫性特性），本書係統介紹瞭經典的解耦算法。詳細闡述瞭SIMPLE（Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations）算法及其各種改進版本（如PISO和SIMPLEC）。通過對校正方程的推導和實施細節的講解，使讀者透徹理解如何有效地將質量守恒（連續性方程）嵌入到速度場迭代過程中。 第三部分：網格生成與自適應 網格劃分是影響CFD結果質量的關鍵因素。本書全麵覆蓋瞭網格生成技術。 1. 網格類型與拓撲結構： 對結構化網格（I-J-K索引）、非結構化網格（三角形、四麵體、多麵體）和混閤網格進行瞭比較分析。討論瞭網格質量指標（如正交性、平滑度、長寬比）對數值誤差的影響。 2. 坐標變換與網格生成： 詳細介紹瞭利用橢圓或拋物綫方程進行結構化網格的代數生成方法，特彆是如何通過網格加密函數控製網格的密度分布。對於復雜幾何體的處理，則引入瞭基於點的重構或邊界積分方程法生成光滑網格的原理。 3. 網格無關性研究（Grid Convergence Index, GCI）： 強調瞭在提交任何數值結果之前，必須進行係統性的網格收斂性驗證，並提供瞭具體的GCI計算步驟和判定標準。 第四部分：湍流建模與高級應用 本書將CFD的應用提升到瞭處理實際工程問題的層麵，即湍流。 1. 湍流的性質與Reynolds平均化（RANS）： 介紹瞭湍流的統計特性，推導瞭Reynolds平均Navier-Stokes（RANS）方程，並指齣瞭其引入的Reynolds應力項。 2. 經典湍流模型： 深入探討瞭最常用的一係列代數湍流模型： 零方程模型： 如代數渦粘度模型。 一方程模型： 如Spalart-Allmaras模型，側重於其在邊界層流動中的應用。 兩方程模型： 詳細解析瞭$k-epsilon$ 模型（包括標準、RNG和$k-omega$ 模型）的輸運方程、源項和關閉關係。特彆討論瞭$k-omega$ 模型在近壁麵區域的優勢和其對流場中自由流湍流的敏感性。 3. 高級與新興方法簡介： 對大渦模擬（LES）和直接數值模擬（DNS）的基本思想和計算成本進行瞭概述，定位瞭它們在特定研究領域的地位。 第五部分：程序實現與案例分析 為瞭確保理論與實踐的結閤，本書包含大量的編程概念和實際案例。它指導讀者如何將上述數值方法轉化為可執行代碼（通常使用Fortran或C++）。案例分析涵蓋瞭： 二維平闆邊界層流動。 翼型繞流的升阻力計算。 內部流（如管道內的充分發展流）。 熱傳導與對流換熱耦閤問題。 適用讀者： 本書是高等院校本科高年級及研究生階段計算流體力學課程的標準教材。同時，對於希望係統性地從理論層麵轉嚮實際CFD軟件開發和高級研究的工程師和科研人員，本書也提供瞭不可或缺的深度和廣度。它要求讀者具備紮實的微積分、常微分方程、偏微分方程基礎，以及一定的綫性代數知識。

評分☆☆☆☆☆

我對書中關於求解器和算法收斂性的章節印象最為深刻。對於很多初學者來說，設置迭代參數和判斷計算是否真正收斂，常常是一件令人抓狂的事情。這本書用一種非常接地氣的方式，解釋瞭時間步長控製、鬆弛因子設置、殘差麯綫的解讀等關鍵技巧。它清晰地闡明瞭代數多重網格（AMG）和時間尺度處理（如Crank-Nicolson對流項的處理）背後的數學原理，並強調瞭在不同物理問題中，如何根據方程的特點來調整數值穩定性和計算效率之間的平衡點。我過去常常因為殘差麯綫的振蕩而感到睏惑，但書中的一個圖錶清晰地展示瞭當殘差麯綫在某個特定水平“平颱化”時，可能是物理收斂，而非數值僞影，這一見解為我節省瞭大量的調試時間。這種對“如何讓代碼跑起來並且跑得對”的深入探討，體現瞭作者深厚的工程經驗和對實際問題的深刻洞察力，這在理論教材中是相當難得的。

評分☆☆☆☆☆

這本書在湍流模型的介紹上，展現齣一種非常務實的態度。它沒有試圖涵蓋所有已知的湍流模型，而是精選瞭工程中最常用且最具代錶性的幾類，比如RANS模型中的 $k-epsilon$ 和 $k-omega$ 係列，並對它們的適用範圍和內在缺陷進行瞭毫不留情的批判性分析。作者的敘述風格非常直率，不會過度美化任何模型，而是明確指齣，選擇湍流模型本質上是一種工程妥協。我尤其欣賞作者在對比不同模型在處理分離流、迴流區等復雜流動問題時的錶現時，所提供的那些經過驗證的算例數據。這些數據不是孤立的數字，而是被放在具體的物理背景下去解讀的。例如，書中解釋瞭為什麼在預測翼型近失速狀態時，某些模型會齣現係統性的偏差，這讓我在後續自己進行仿真驗證時，能夠提前規避這些常見的“陷阱”。這種將理論知識與實際工程限製緊密結閤的敘述方式，極大地提升瞭這本書的實用價值，使其遠超一本純粹的學術參考書的範疇。

評分☆☆☆☆☆

我花瞭大量時間研究瞭書中關於網格生成和質量控製的那幾個章節，這部分內容簡直是工程實踐中的“救命稻草”。很多教材往往對網格處理一帶而過，留給讀者大量的“自行摸索”空間，但這本書則不然。它詳盡地闡述瞭結構化和非結構化網格的生成技術，並且用大量的實例圖展示瞭如何識彆和修復低質量網格，比如過度扭麯和長寬比過大的單元。更讓我感到驚喜的是，作者沒有停留在理論層麵，而是將網格質量與最終計算結果的精度、收斂性之間的內在聯係，做瞭非常透徹的論述。我記得有一處關於邊界層網格劃分的討論，清晰地指齣瞭 $y^+$ 值的選擇對湍流模型近壁麵處理的決定性影響，這對於進行實際的工業仿真，比如氣動外形優化或者熱交換器設計時，具有不可替代的指導價值。讀完這部分，我感覺自己對CFD流程中這個至關重要的預處理環節，有瞭脫胎換骨的認識，不再是盲目地追求網格數量，而是懂得如何有針對性地構建高效且可靠的計算域。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計給我留下瞭深刻的印象，那種嚴謹而又不失現代感的風格，讓人一眼就能感受到它在內容深度上的追求。初次翻閱，我就被其清晰的邏輯脈絡所吸引。它似乎並不急於堆砌晦澀難懂的公式，而是循序漸進地引導讀者理解計算流體力學（CFD）的核心思想。特彆是對於那些初次接觸這門學科的人來說，書中對基本控製方程的推導和離散化方法的介紹，處理得極為細膩和耐心，仿佛一位經驗豐富的導師在身旁一一講解。我尤其欣賞作者在引入數值格式時，所采用的對比分析方法，它不僅僅是羅列不同格式的優缺點，更重要的是深入剖析瞭這些選擇背後的物理意義和數值穩定性考量。這種深度的剖析，使得原本抽象的數學概念變得具象化，為後續復雜問題的求解打下瞭堅實的理論基礎。閱讀過程中，我時常停下來，對照著書中的圖示和文字描述，在腦海中構建齣流場變化的動態畫麵，這極大地增強瞭我的學習興趣和理解效率。可以說，這本書在基礎理論的構建上，做到瞭既全麵又深入，讓人不得不贊嘆其編纂的匠心。

評分☆☆☆☆☆

最後，這本書在案例研究和後處理部分的處理方式，為整個學習體驗畫上瞭一個完美的句號。它沒有僅僅滿足於展示最終的流綫圖和雲圖，而是深入挖掘瞭如何從這些可視化結果中提取有意義的物理信息。例如，在涉及傳熱的案例中，書中詳細講解瞭如何正確地計算錶麵輻射係數和對流換熱係數，並討論瞭這些參數在不同流態下的敏感性。此外，作者還提供瞭一些關於如何利用CFD結果進行不確定性量化的初步探討，這對於當前強調“可信度”的工程領域至關重要。整本書的敘述風格由始至終保持瞭一種嚴謹的學術基調，但其行文流暢，結構清晰，仿佛是邀請讀者一同參與到復雜的工程問題解決過程中去。讀完它，我感到自己不僅掌握瞭計算的“術”，更領悟瞭工程分析的“道”，這對於我未來在科研或設計崗位上的工作，無疑是一筆寶貴的精神財富。