內容簡介
《湍流》是一部研究生湍流教程,是以作者在Cornell大學數年的教學講義為基礎,用新穎的觀點,全麵綜閤講述湍流這一流體動力學的重要組成部分。全書的內容分為兩個組成部分,並且附有大量的附錄,一部分集中介紹湍流的基本知識,其工作原理,以及如何量化,也包括基本物理過程;第二部分介紹瞭跟湍流模型和模擬有關的各種方法;附錄部分增加瞭理解《湍流》所必需的數學技巧。目次:(一部分)基礎:導引;流體運動方程;湍流的統計描述;均值流動方程;自由剪切流;湍流運動尺度;壁流;(第二部分)模型和仿真:模型和仿真引入;直接數值模擬;湍流渦粘度模型;雷諾應力及其相關模型;PDF方法;大渦模擬;(第三部分)附錄。
讀者對象:適用於工程運用物理專業研究生水平的學生,應用數學專業,物理,海洋學、大氣科學等方嚮的科研人員。
作者簡介
作者:(美國)波普(StephenB.Pope)
內頁插圖
目錄
List of tables
Preface
Nomenclature
PART ONE: FUNDAMENTALS
1 Introduction
1.1 The nature of turbulent flows
1.2 The study of turbulent flows
2 The equations of fluid motion
2.1 Continuum fluid properties
2.2 Eulerian and Lagrangian fields
2.3 The continuity equation
2.4 The momentum equation
2.5 The role of pressure
2.6 Conserved passive scalars
2.7 The vorticity equation
2.8 Rates of strain and rotation
2.9 Transformation properties
3 The statistical description of turbulent flows
3.1 The random nature of turbulence
3.2 Characterization of random variables
3.3 Examples of probability distributions
3.4 Joint random variables
3.5 Normal and joint-normal distributions
3.6 Random processes
3.7 Random fields
3.8 Probability and averaging
4 Mean-flow equations
4.1 Reynolds equations
4.2 Reynolds stresses
4.3 The mean scalar equation
4.4 Gradient-diffusion and turbulent-viscosity hypotheses
5 Free shear flows
5.1 The round jet: experimental observations
5.2 The round jet: mean momentum
5.3 The round jet: kinetic energy
5.4 Other self-similar flows
5.5 Further observations
6 The scales of turbulent motion
6.1 The energy cascade and Kolmogorov hypotheses
6.2 Structure functions
6.3 Two-point correlation
6.4 Fourier modes
6.5 Velocity spectra
6.6 The spectral view of the energy cascade
6.7 Limitations, shortcomings, and refinements
7 Wall flows
7.1 Channel flow
7.2 Pipe flow
7.3 Boundary layers
7.4 Turbulent structures
PART TWO: MODELLING AND SIMULATION
8 An introduction to modelling and simulation
8.1 The challenge
8.2 An overview of approaches
8.3 Criteria for appraising models
9 Direct numerical simulation
9.1 Homogeneous turbulence
9.2 Inhomogeneous flows
9.3 Discussion
10 Turbulent-viscosity models
10.1 The turbulent-viscosity hypothesis
10.2 Algebraic models
10.3 Turbulent-kinetic-energy models
10.4 The k-εmodel
10.5 Further turbulent-viscosity models
11 Reynolds-stress and related models
11.1 Introduction
11.2 The pressure-rate-of-strain tensor
11.3 Return-to-isotropy models
11.4 Rapid-distortion theory
11.5 Pressure-rate-of-strain models
11.6 Extension to inhomogeneous flows
11.7 Near-wall treatments
11.8 Elliptic relaxation models
11.9 Algebraic stress and nonlinear viscosity models
11.10 Discussion
12 PDF methods
12.1 The Eulerian PDF of velocity
12.2 The model velocity PDF equation
12.3 Langevin equations
12.4 Turbulent dispersion
12.5 The velocity-frequency joint PDF
12.6 The Lagrangian particle method
12.7 Extensions
12.8 Discussion
13 Large-eddy simulation
13.1 Introduction
13.2 Filtering
13.3 Filtered conservation equations
13.4 The Smagorinsky model
13.5 LES in wavenumber space
13.6 Further residual-stress models
13.7 Discussion
PART THREE: APPENDICES
Appendix .4 Cartesian tensors
A.1 Cartesian coordinates and vectors
A.2 The definition of Cartesian tensors
A.3 Tensor operations
A.4 The vector cross product
A.5 A summary of Cartesian-tensor suffix notation
Appendix B Properties of second-order tensors
Appendix C Dirac delta functions
C.1 The definition of δ(x)
C.2 Properties of rS(x)
C.3 Derivatives of rS(x)
C.4 Taylor series
C.5 The Heaviside function
C.6 Multiple dimensions
Appendix D Fourier transforms
Appendix E Spectral representation of stationary random processes
E.1 Fourier series
E.2 Periodic random processes
E.3 Non-periodic random processes
E.4 Derivatives of the-process
Appenthix F The discrete Fourier transform
Appendix G Power-law spectra
Appendix H Derivation of Eulerian PDF equations
Appendix I Characteristic functions
Appendix J Diffusion processes
Bibliography
Author index
Subject index
前言/序言
This book is primarily intended as a graduate text on turbulent flows forengineering students,but it may also be valuable to students in atmosphericsciences,applied mathematics,and physics,as well as to researchers andpracticing engineers.
The principal questions addressed are the following.
(i) how do turbulent flows behave?
(ii)HOW can they be described quantitativelv?
(iii)What are the fundamental physical processes involved?
(iv)HOW can equations be constructed to simulate or model the behaviorof turbulent flows?In 1 972 Tennekes and Lumley produced a textbook that admirably ad. dresses the first three of these questions .In the intervening years. due inpart to advances in computing,great strides have been made toward pro-viding answers to the fourth question. Approaches such as Reynolds-stressmodelling,probability-density-function(PDF)methods,and large-eddy sim-ulation(LES)have been developed that,to an extent,provide quantitativemodels for turbulent flows.Accordingly,here(in Part II)an emphasis isplaced on understanding how model equations can be constructed to de.scribe turbulent flows:and this objective provides focus to the first threequestions mentioned above(which are addressed in Part I).However,incontrast to the book by Wilcox f1993),this text iS not intended to be apractical guide to turbulence modelling.Rather,it explains the concepts anddevelops the mathematical tools that underlie a broad range of approaches.There iS a vast literature on turbulence and turbulent flows,with manyworthwhile questions addressed by many difierent approaches.
好的,這是一本名為《湍流[Turbulent Flows]》的圖書的詳細簡介,內容不包含您提供的書名所暗示的流體力學主題,而是聚焦於社會學、心理學和曆史學的交叉領域。 --- 寂靜的漩渦:現代社會中個體心理與集體行為的非綫性動力學研究 本書導言:穿透錶麵平靜的迷霧 在看似穩定的現代社會結構之下,湧動著一股股難以捉摸、非綫性的力量。它們不像傳統的政治或經濟周期那樣具有清晰的預測模型,卻以更隱蔽、更深刻的方式塑造著我們的日常生活、集體情緒乃至曆史進程。這股力量,我們稱之為“寂靜的漩渦”——一種由個體心理壓力、信息傳播的失真、以及群體身份認同的脆弱性共同驅動的社會動力學現象。 《寂靜的漩渦》並非一本關於宏大敘事的曆史編年史,也不是枯燥的社會學模型推演,而是一次對現代人“心流”的深度剖析。我們試圖在高速信息流、碎片化生活和身份焦慮的交織地帶,捕捉那些驅動群體行為轉嚮、個體決策偏離常軌的深層機製。 第一部分:微觀視角的坍塌——個體心理的閾限 本部分聚焦於個體層麵,探討在高度互聯但又極度疏離的現代社會中,個體心理如何積纍“勢能”,直至最終爆發或內化。 第一章:信息超載與認知負荷的極限 我們研究瞭自 21 世紀初以來,互聯網信息密度對人類注意力經濟的顛覆性影響。傳統的認知負荷模型已經無法解釋當前現象。我們引入瞭“信息飽和點”理論,指齣當個體接收到的非結構化信息超過其對意義的構建能力時,防禦機製會啓動——這並非簡單的疲勞,而是一種主動的“意義關閉”。這種關閉,使得個體更容易接受極化敘事,因為極化敘事提供瞭最簡單、最少認知努力的框架。 第二章:身份的液化與歸屬感的重塑 在傳統社會結構(如宗族、社區、長期職業)逐漸瓦解的背景下,個體的“自我”變得高度流動和可塑。本書詳細分析瞭社交媒體如何將身份構建轉化為一種持續的、需要外部驗證的“錶演”。我們通過對特定亞文化群體的案例研究發現,對“歸屬感”的極度渴望,反而驅使個體進入那些對忠誠度要求最高、排他性最強的群體,這是一種對虛假確定性的尋求。 第三章:情緒傳染與“共振斷裂” 情緒的傳播速度遠超理性思辨。我們利用跨文化研究數據,分析瞭“情緒傳染”在不同社交網絡結構中的傳播效率。特彆關注的是“共振斷裂”現象:當群體內部分子對同一事件産生極度相似的情緒反應時,其內部的批判性思維(“斷裂”)被集體熱度所壓製,從而形成一種看似統一、實則脆弱的集體心境。 第二部分:中觀層麵的耦閤——群體動力學的非理性轉嚮 將視角從個體轉移到小型群體及組織,探討社會互動中的非綫性放大效應。 第四章:微觀行動的宏觀湧現——“沉默的螺鏇”的新變種 傳統的“沉默的螺鏇”強調公開意見的錶達壓力。在本書中,我們探討瞭數字時代的“反嚮螺鏇”:由於匿名性和迴音室效應,那些原本占少數的、極端化的觀點,通過高效的在綫動員,可以迅速形成一種“虛擬多數”,從而威懾瞭溫和派的錶達。這種機製如何影響基層組織的決策過程,是本章重點。 第五章:信任的碎片化與“去中心化懷疑論” 信任是社會資本的基礎。我們分析瞭全球範圍內對傳統權威(媒體、科學、政府)信任度下降的深層結構原因。這不僅僅是政治上的分歧,更是一種深植於信息獲取路徑的結構性變化。當信任被分解成無數個針對特定個體的、基於經驗而非結構的“微信任”時,係統性的閤作基礎受到侵蝕。 第六章:文化記憶的爭奪與“時間軸的衝突” 文化記憶並非固定不變的檔案,而是在不斷被重新敘事的戰場。本書選取瞭近代史中數個爭議性事件作為分析對象,探討不同群體如何圍繞“過去的事實”進行鬥爭,以爭奪對“當下意義”的解釋權。這種記憶的爭奪往往是引發群體衝突的最有效催化劑。 第三部分:宏觀係統的遠期效應——韌性與衰變 在本書的收尾部分,我們將目光投嚮社會係統的長期健康和韌性。 第七章:社會慣性的阻力與範式轉變的滯後性 一個成熟的社會係統具有強大的“慣性”,這在穩定時期是優點,但在需要快速適應根本性變革(如氣候變化、技術革命)時則成為巨大的障礙。我們研究瞭維持現狀的認知和製度成本,以及“最優反應路徑”與“係統生存路徑”之間産生的巨大偏差。 第八章:脆弱的平衡:復雜係統中的蝴蝶效應 藉鑒復雜係統理論,本書探討瞭社會係統中極小擾動如何被放大至係統性危機。我們建立瞭一個基於社會網絡和情緒反饋的模擬模型,展示瞭社會韌性是如何被係統性地侵蝕。這裏的“危機”並非指突發的災難,而是指係統在麵對日常壓力時,恢復平衡的能力逐漸喪失。 結論:重構意義的途徑 《寂靜的漩渦》最終呼籲我們正視現代生活中潛藏的非理性動力。理解這些漩渦的生成機製,並非為瞭操控或消除它們,而是為瞭學會與它們共存,並構建更具彈性的、能夠容納認知差異和情緒波動的社會結構。真正的社會進步,也許不在於達成錶麵的和諧,而在於提高對內在不確定性的承受力。 --- 讀者對象: 社會學、心理學、人類學、政治傳播學及曆史學領域的研究者、政策製定者,以及對現代社會運行機製感到睏惑的公眾。本書提供瞭批判性的工具,用以審視我們身處的世界,理解那些無聲卻有力的變革力量。