普通高等教育“十五”国家级规划教材：气体动力学基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王新月 著

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• 可压缩流
• 气体流动
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店铺： 友杰图书专营店

出版社： 西北工业大学出版社

ISBN：9787561221426

商品编码：10537943284

包装：01

开本：04

动力学前沿探索与流体力学新视野 一部聚焦于宏观与微观世界交汇点的力学巨著，深入解析高速、高温、稀薄等极端条件下的物质运动规律。 本书并非《普通高等教育“十五”国家级规划教材：气体动力学基础》，而是一本面向高年级本科生、研究生以及相关领域工程技术人员的、具有前瞻性和深度广度的流体力学进阶读物。它旨在弥补传统热力学和经典流体力学教材在处理非平衡态、高稀薄度以及复杂分子间相互作用问题时的不足，为读者构建一个更完备、更接近真实物理过程的动力学分析框架。 第一部分：超越连续介质假设的藩篱——稀薄气体动力学与分子输运 本书的开篇便毅然决然地离开了经典流体力学所依赖的连续介质假设的舒适区。我们深知，在航空航天、微电子制造（如等离子体刻蚀）、真空技术以及生物医学工程（如血液流动模拟的某些极端情况）中，分子平均自由程与特征尺度相当或更大，此时，将气体视为连续流体已然失效。 第一章：气体运动的微观基石——玻尔兹曼方程的再审视。 我们不满足于仅仅介绍玻尔兹曼方程的积分形式。本章将深入探讨其物理意义，重点解析碰撞项的数学结构，并详细阐述如何利用查普曼-恩斯科格（Chapman-Enskog）方法和十年（Grad）矩方法从该方程中推导出现代动力学所需的各种本构关系。尤其关注推导过程中对“局部平衡”假设的讨论及其适用范围的边界。 第二章：稀薄流动的数学工具——非平衡态统计力学。 本章引入了分子动力学模拟（Molecular Dynamics, MD）和蒙特卡罗方法（Direct Simulation Monte Carlo, DSMC）作为解决玻尔兹曼方程的数值工具。我们将详细剖析DSMC方法中的关键技术点：抽样技术（如对流与碰撞的解耦）、物理时间步长的选择原则，以及如何有效地处理能量弛豫和组分混合问题。对于对偶性（Velocity Verlet、Leapfrog等）在模拟中的应用，我们提供具体的代码实现思路和陷阱分析。 第三章：界面与边界的复杂性——气体-固体相互作用。 在稀薄气体中，壁面边界条件不再是简单的无滑移条件。本章核心探讨反射模型，从朗之万模型到更精确的菲斯克（Fischer）反射系数模型。重点分析切向和法向的能量交换效率，以及如何根据实验数据或量子化学计算结果来修正宏观模型中的粘滞系数和热导系数在边界层附近的剧烈变化。 第二部分：高速与高温效应——气体动力学的热力学极限 当气体速度接近音速甚至更高，或温度达到数千开尔文以上时，气体的热力学性质和化学组分会发生显著变化。本书的第二部分将聚焦于这些非理想、非绝热流动。 第四章：激波结构与非等熵效应。 摒弃仅使用欧拉方程求解弱激波的传统做法，本章深入分析激波的内部结构，即从连续介质到分子间相互作用的过渡区。通过分析普朗特单变量本性（Prandtl's one-parameter characterization），我们探讨了激波厚度与马赫数的关系，并引入了基于动理学理论推导的更精确的粘性应力张量和热流矢量在激波内部的分布函数。 第五章：化学反应动力学与非平衡态热力学。 在再入大气层、火箭喷管或高焓风洞中，分子离解和化学反应是主流。本章将气体动力学与化学动力学紧密结合。我们详细介绍了反应速率常数（如阿累尼乌斯公式及其修正）、激发态的建立与弛豫，并引入了化学反应流（Reacting Flow）的控制方程组，强调了能量方程中化学热源项的精确处理方法，特别是对于强放热反应的数值稳定化技术。 第六章：高焓流动的输运特性——组分扩散与电离现象。 在超高温下，气体电离形成等离子体。本章探讨了多组分扩散（Fick定律的推广）在强温度梯度下的修正，以及电场与磁场对导电气体输运性质的影响。我们将推导用于描述部分电离等离子体的比雷（Birkeland）方程，并分析等离子体中电荷载流子（电子、离子）的输运过程，这对于磁流体力学（MHD）的底层理解至关重要。 第三部分：现代计算方法与应用前沿 本书的最后一部分将视野投向实际工程应用和先进的数值计算技术，展示如何利用前述理论解决复杂问题。 第七章：求解 Navier-Stokes 方程的高级数值技术。 虽然本书不以传统CFD为核心，但掌握高效的数值求解器是必要的。本章重点介绍用于处理高马赫数、强梯度流动的有限体积法（FVM）框架。我们将详细分析空间离散化格式（如TVD、ENO、WENO）的构建原理，并深入探讨时间推进策略（如隐式、半隐式方法）在耦合了复杂化学反应源项时的稳定性要求。 第八章：气体动力学的跨尺度耦合挑战。 现代研究越来越关注不同尺度的物理过程如何相互耦合。本章探讨如何有效地在宏观（CFD）、介观（DSMC）和微观（MD/量子化学）尺度之间传递信息。我们重点介绍了多尺度建模（Coupled-Solver Approaches）中的信息桥接策略，例如，如何利用MD计算的壁面热流数据来校正CFD中的边界条件，以及如何利用平均场信息来指导DSMC的粒子权重分配。 第九章：前沿应用案例分析。 本章选取了气体动力学理论的尖端应用作为案例，包括： 1. 分子筛与气体分离：基于稀薄流动理论对多孔介质中气体选择性传输的精确模拟。 2. 微型飞行器（MEMS/NEMS）中的气体效应：分析极小尺度下气体粘滞力和惯性力的相对变化。 3. 高超声速飞行器热防护系统设计：结合化学反应与表面烧蚀的耦合分析。 总结： 本书旨在为读者提供一个坚实的、能够应对复杂物理情境的动力学分析工具箱。它要求读者具备扎实的流体力学和热力学基础，并鼓励他们以更宏观与微观结合的视角去理解气体的复杂运动世界。全书强调理论推导的严谨性与计算方法的实用性，避免了对基础概念的重复介绍，而着重于如何利用现代工具解决经典理论难以触及的难题。

评分☆☆☆☆☆

对于我而言，这本书最宝贵的地方在于它所提供的解决问题的思路和方法。它不仅仅是知识的传授，更是一种思维方式的培养。书中很多章节都强调了如何运用基本原理来分析和解决问题，而不是死记硬背公式。例如，在处理边界层流动时，作者首先引导读者理解粘性力和惯性力之间的平衡，然后在此基础上推导出布拉修斯方程。这种由浅入深、由现象到本质的分析方法，让我受益匪浅。书中的习题设计也十分巧妙，有些是计算题，有些是分析题，有些甚至需要读者结合所学知识提出自己的解决方案。我发现，通过解决这些习题，我能够更好地巩固所学内容，并学会如何灵活运用各种理论工具。更重要的是，这本书让我认识到，气体动力学并非一门孤立的学科，它与热力学、流体力学、传热学等多个学科紧密相连，只有建立起跨学科的联系，才能更好地理解和解决复杂的工程问题。这本书无疑为我打开了一扇新的大门，让我对气体动力学这门学科有了更全面、更深刻的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本书的实用性超出了我的预期。作为一名刚刚接触气体动力学课程的学生，我最担心的是理论知识过于抽象，难以与实际工程应用联系起来。然而，这本书在这一点上做得非常出色。它在讲解理论的同时，穿插了大量的工程实例，例如火箭发动机的喷管设计、飞机翼型的气动布局、以及风洞实验的原理等等。这些实例的引入，让我能够直观地理解气体动力学理论是如何在现实世界中发挥作用的。我尤其对书中关于相似性原理和量纲分析的章节印象深刻，这部分内容对于设计和优化复杂的流体机械设备至关重要，也为我在后续的科研工作中提供了重要的思路。书中的插图和图表也起到了画龙点睛的作用，它们清晰地展示了流场的分布、激波的形态以及其他重要的物理现象，大大增强了我的理解能力。阅读过程中，我经常会停下来仔细研究这些图示，并尝试在脑海中构建相应的物理场景。这本书就像一位经验丰富的工程师，不仅教会我“怎么做”，更重要的是教会我“为什么这样做”，这对于培养我的工程思维至关重要。

评分☆☆☆☆☆

这本书确实给我的学习带来了巨大的改变。在接触这本书之前，我对气体动力学的理解一直停留在比较表面的概念层面，很多理论和公式虽然见过，但总觉得缺乏一个清晰、系统的脉络。这本书就像一位经验丰富的向导，带领我一步步深入到气体动力学的核心。首先，它从最基础的物理概念讲起，将流体静力学、热力学等相关知识点梳理得井井有条，让我能够理解气体行为的根本原因。接着，它花了大量篇幅讲解了气体动力学的基本方程组，并且对这些方程的推导过程进行了非常详尽的解释，这一点对于我这种喜欢刨根问底的读者来说简直是福音。书中并没有简单地罗列公式，而是强调了各个物理量之间的关联，以及方程背后所蕴含的物理意义。我尤其喜欢其中关于激波和膨胀波的章节，作者用清晰的图示和生动的语言，将这些原本抽象的概念变得易于理解。通过阅读，我不仅掌握了计算激波和膨胀波参数的方法，更重要的是，我对这些现象的发生机理有了深刻的认识，这对我后续学习超音速流动和高超声速流动的研究打下了坚实的基础。书中的例题设计也非常精巧，涵盖了各种典型情况，而且讲解详细，让我能够融会贯通，举一反三。

评分☆☆☆☆☆

我不得不说，这本《气体动力学基础》在理论的深度和广度上都给我留下了深刻的印象。它不仅仅是一本教科书，更像是一部气体动力学领域的百科全书。书中对各种复杂问题的分析，例如非定常流动、粘性流动的影响、以及湍流的初步概念，都做了深入的探讨。我特别欣赏作者在处理复杂数学模型时的严谨性，以及对各种近似方法的讨论，这让我能够理解在实际工程应用中，哪些简化是可行的，以及它们的局限性。书中引用了大量的经典文献和研究成果，这为我进一步拓展学习方向提供了宝贵的线索。我曾经在阅读某些文献时遇到过难以理解的术语或概念，但回顾书中相应的章节，往往能够找到清晰的解释。此外，书中对实验数据和理论预测的对比分析也让我印象深刻，这让我认识到理论的价值在于指导实践，而实践又反过来验证和修正理论。对于那些希望在气体动力学领域进行深入研究的读者来说，这本书无疑是一本不可或缺的参考书。它提供的知识体系非常完整，能够帮助读者建立起一个扎实的理论框架，从而能够自信地 tackling 更加前沿和复杂的问题。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，刚拿到这本书的时候，我被它的厚度和密集的公式所震撼，一度有些畏惧。然而，随着阅读的深入，我发现作者的叙述方式非常有条理，循序渐进，即使是比较困难的章节，也能在他的引导下逐步理解。书中的数学推导虽然严谨，但每一步都解释得非常清楚，不会让人感到突兀。我特别喜欢作者在解释数学模型时，会回归到基本的物理原理，这让我能够始终把握住问题的核心，而不是被复杂的数学符号所迷惑。此外，书中的一些“旁征博引”也很有趣，比如对一些经典实验的介绍，或者对某些理论的演进历史的简述，这些都能帮助我从更宏观的视角来理解气体动力学这门学科。这本书让我体会到了理论知识的魅力，也激发了我对气体动力学更深入的探索欲望。我之前对一些流动现象只有模糊的认识，但通过阅读这本书，我能够用精确的物理概念和数学工具来描述和分析它们，这是一种巨大的进步。