普通高等教育“十五”國傢級規劃教材：氣體動力學基礎 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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王新月 著

圖書標籤:

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• 工程流體
• 可壓縮流
• 氣體流動
• 傳熱學
• 物理學

店鋪： 友傑圖書專營店

齣版社： 西北工業大學齣版社

ISBN：9787561221426

商品編碼：10537943284

包裝：01

開本：04

動力學前沿探索與流體力學新視野 一部聚焦於宏觀與微觀世界交匯點的力學巨著，深入解析高速、高溫、稀薄等極端條件下的物質運動規律。 本書並非《普通高等教育“十五”國傢級規劃教材：氣體動力學基礎》，而是一本麵嚮高年級本科生、研究生以及相關領域工程技術人員的、具有前瞻性和深度廣度的流體力學進階讀物。它旨在彌補傳統熱力學和經典流體力學教材在處理非平衡態、高稀薄度以及復雜分子間相互作用問題時的不足，為讀者構建一個更完備、更接近真實物理過程的動力學分析框架。 第一部分：超越連續介質假設的藩籬——稀薄氣體動力學與分子輸運 本書的開篇便毅然決然地離開瞭經典流體力學所依賴的連續介質假設的舒適區。我們深知，在航空航天、微電子製造（如等離子體刻蝕）、真空技術以及生物醫學工程（如血液流動模擬的某些極端情況）中，分子平均自由程與特徵尺度相當或更大，此時，將氣體視為連續流體已然失效。 第一章：氣體運動的微觀基石——玻爾茲曼方程的再審視。 我們不滿足於僅僅介紹玻爾茲曼方程的積分形式。本章將深入探討其物理意義，重點解析碰撞項的數學結構，並詳細闡述如何利用查普曼-恩斯科格（Chapman-Enskog）方法和十年（Grad）矩方法從該方程中推導齣現代動力學所需的各種本構關係。尤其關注推導過程中對“局部平衡”假設的討論及其適用範圍的邊界。 第二章：稀薄流動的數學工具——非平衡態統計力學。 本章引入瞭分子動力學模擬（Molecular Dynamics, MD）和濛特卡羅方法（Direct Simulation Monte Carlo, DSMC）作為解決玻爾茲曼方程的數值工具。我們將詳細剖析DSMC方法中的關鍵技術點：抽樣技術（如對流與碰撞的解耦）、物理時間步長的選擇原則，以及如何有效地處理能量弛豫和組分混閤問題。對於對偶性（Velocity Verlet、Leapfrog等）在模擬中的應用，我們提供具體的代碼實現思路和陷阱分析。 第三章：界麵與邊界的復雜性——氣體-固體相互作用。 在稀薄氣體中，壁麵邊界條件不再是簡單的無滑移條件。本章核心探討反射模型，從朗之萬模型到更精確的菲斯剋（Fischer）反射係數模型。重點分析切嚮和法嚮的能量交換效率，以及如何根據實驗數據或量子化學計算結果來修正宏觀模型中的粘滯係數和熱導係數在邊界層附近的劇烈變化。 第二部分：高速與高溫效應——氣體動力學的熱力學極限 當氣體速度接近音速甚至更高，或溫度達到數韆開爾文以上時，氣體的熱力學性質和化學組分會發生顯著變化。本書的第二部分將聚焦於這些非理想、非絕熱流動。 第四章：激波結構與非等熵效應。 摒棄僅使用歐拉方程求解弱激波的傳統做法，本章深入分析激波的內部結構，即從連續介質到分子間相互作用的過渡區。通過分析普朗特單變量本性（Prandtl's one-parameter characterization），我們探討瞭激波厚度與馬赫數的關係，並引入瞭基於動理學理論推導的更精確的粘性應力張量和熱流矢量在激波內部的分布函數。 第五章：化學反應動力學與非平衡態熱力學。 在再入大氣層、火箭噴管或高焓風洞中，分子離解和化學反應是主流。本章將氣體動力學與化學動力學緊密結閤。我們詳細介紹瞭反應速率常數（如阿纍尼烏斯公式及其修正）、激發態的建立與弛豫，並引入瞭化學反應流（Reacting Flow）的控製方程組，強調瞭能量方程中化學熱源項的精確處理方法，特彆是對於強放熱反應的數值穩定化技術。 第六章：高焓流動的輸運特性——組分擴散與電離現象。 在超高溫下，氣體電離形成等離子體。本章探討瞭多組分擴散（Fick定律的推廣）在強溫度梯度下的修正，以及電場與磁場對導電氣體輸運性質的影響。我們將推導用於描述部分電離等離子體的比雷（Birkeland）方程，並分析等離子體中電荷載流子（電子、離子）的輸運過程，這對於磁流體力學（MHD）的底層理解至關重要。 第三部分：現代計算方法與應用前沿 本書的最後一部分將視野投嚮實際工程應用和先進的數值計算技術，展示如何利用前述理論解決復雜問題。 第七章：求解 Navier-Stokes 方程的高級數值技術。 雖然本書不以傳統CFD為核心，但掌握高效的數值求解器是必要的。本章重點介紹用於處理高馬赫數、強梯度流動的有限體積法（FVM）框架。我們將詳細分析空間離散化格式（如TVD、ENO、WENO）的構建原理，並深入探討時間推進策略（如隱式、半隱式方法）在耦閤瞭復雜化學反應源項時的穩定性要求。 第八章：氣體動力學的跨尺度耦閤挑戰。 現代研究越來越關注不同尺度的物理過程如何相互耦閤。本章探討如何有效地在宏觀（CFD）、介觀（DSMC）和微觀（MD/量子化學）尺度之間傳遞信息。我們重點介紹瞭多尺度建模（Coupled-Solver Approaches）中的信息橋接策略，例如，如何利用MD計算的壁麵熱流數據來校正CFD中的邊界條件，以及如何利用平均場信息來指導DSMC的粒子權重分配。 第九章：前沿應用案例分析。 本章選取瞭氣體動力學理論的尖端應用作為案例，包括： 1. 分子篩與氣體分離：基於稀薄流動理論對多孔介質中氣體選擇性傳輸的精確模擬。 2. 微型飛行器（MEMS/NEMS）中的氣體效應：分析極小尺度下氣體粘滯力和慣性力的相對變化。 3. 高超聲速飛行器熱防護係統設計：結閤化學反應與錶麵燒蝕的耦閤分析。 總結： 本書旨在為讀者提供一個堅實的、能夠應對復雜物理情境的動力學分析工具箱。它要求讀者具備紮實的流體力學和熱力學基礎，並鼓勵他們以更宏觀與微觀結閤的視角去理解氣體的復雜運動世界。全書強調理論推導的嚴謹性與計算方法的實用性，避免瞭對基礎概念的重復介紹，而著重於如何利用現代工具解決經典理論難以觸及的難題。

評分☆☆☆☆☆

這本書確實給我的學習帶來瞭巨大的改變。在接觸這本書之前，我對氣體動力學的理解一直停留在比較錶麵的概念層麵，很多理論和公式雖然見過，但總覺得缺乏一個清晰、係統的脈絡。這本書就像一位經驗豐富的嚮導，帶領我一步步深入到氣體動力學的核心。首先，它從最基礎的物理概念講起，將流體靜力學、熱力學等相關知識點梳理得井井有條，讓我能夠理解氣體行為的根本原因。接著，它花瞭大量篇幅講解瞭氣體動力學的基本方程組，並且對這些方程的推導過程進行瞭非常詳盡的解釋，這一點對於我這種喜歡刨根問底的讀者來說簡直是福音。書中並沒有簡單地羅列公式，而是強調瞭各個物理量之間的關聯，以及方程背後所蘊含的物理意義。我尤其喜歡其中關於激波和膨脹波的章節，作者用清晰的圖示和生動的語言，將這些原本抽象的概念變得易於理解。通過閱讀，我不僅掌握瞭計算激波和膨脹波參數的方法，更重要的是，我對這些現象的發生機理有瞭深刻的認識，這對我後續學習超音速流動和高超聲速流動的研究打下瞭堅實的基礎。書中的例題設計也非常精巧，涵蓋瞭各種典型情況，而且講解詳細，讓我能夠融會貫通，舉一反三。

評分☆☆☆☆☆

這本書的實用性超齣瞭我的預期。作為一名剛剛接觸氣體動力學課程的學生，我最擔心的是理論知識過於抽象，難以與實際工程應用聯係起來。然而，這本書在這一點上做得非常齣色。它在講解理論的同時，穿插瞭大量的工程實例，例如火箭發動機的噴管設計、飛機翼型的氣動布局、以及風洞實驗的原理等等。這些實例的引入，讓我能夠直觀地理解氣體動力學理論是如何在現實世界中發揮作用的。我尤其對書中關於相似性原理和量綱分析的章節印象深刻，這部分內容對於設計和優化復雜的流體機械設備至關重要，也為我在後續的科研工作中提供瞭重要的思路。書中的插圖和圖錶也起到瞭畫龍點睛的作用，它們清晰地展示瞭流場的分布、激波的形態以及其他重要的物理現象，大大增強瞭我的理解能力。閱讀過程中，我經常會停下來仔細研究這些圖示，並嘗試在腦海中構建相應的物理場景。這本書就像一位經驗豐富的工程師，不僅教會我“怎麼做”，更重要的是教會我“為什麼這樣做”，這對於培養我的工程思維至關重要。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，剛拿到這本書的時候，我被它的厚度和密集的公式所震撼，一度有些畏懼。然而，隨著閱讀的深入，我發現作者的敘述方式非常有條理，循序漸進，即使是比較睏難的章節，也能在他的引導下逐步理解。書中的數學推導雖然嚴謹，但每一步都解釋得非常清楚，不會讓人感到突兀。我特彆喜歡作者在解釋數學模型時，會迴歸到基本的物理原理，這讓我能夠始終把握住問題的核心，而不是被復雜的數學符號所迷惑。此外，書中的一些“旁徵博引”也很有趣，比如對一些經典實驗的介紹，或者對某些理論的演進曆史的簡述，這些都能幫助我從更宏觀的視角來理解氣體動力學這門學科。這本書讓我體會到瞭理論知識的魅力，也激發瞭我對氣體動力學更深入的探索欲望。我之前對一些流動現象隻有模糊的認識，但通過閱讀這本書，我能夠用精確的物理概念和數學工具來描述和分析它們，這是一種巨大的進步。

評分☆☆☆☆☆

對於我而言，這本書最寶貴的地方在於它所提供的解決問題的思路和方法。它不僅僅是知識的傳授，更是一種思維方式的培養。書中很多章節都強調瞭如何運用基本原理來分析和解決問題，而不是死記硬背公式。例如，在處理邊界層流動時，作者首先引導讀者理解粘性力和慣性力之間的平衡，然後在此基礎上推導齣布拉修斯方程。這種由淺入深、由現象到本質的分析方法，讓我受益匪淺。書中的習題設計也十分巧妙，有些是計算題，有些是分析題，有些甚至需要讀者結閤所學知識提齣自己的解決方案。我發現，通過解決這些習題，我能夠更好地鞏固所學內容，並學會如何靈活運用各種理論工具。更重要的是，這本書讓我認識到，氣體動力學並非一門孤立的學科，它與熱力學、流體力學、傳熱學等多個學科緊密相連，隻有建立起跨學科的聯係，纔能更好地理解和解決復雜的工程問題。這本書無疑為我打開瞭一扇新的大門，讓我對氣體動力學這門學科有瞭更全麵、更深刻的認識。

評分☆☆☆☆☆

我不得不說，這本《氣體動力學基礎》在理論的深度和廣度上都給我留下瞭深刻的印象。它不僅僅是一本教科書，更像是一部氣體動力學領域的百科全書。書中對各種復雜問題的分析，例如非定常流動、粘性流動的影響、以及湍流的初步概念，都做瞭深入的探討。我特彆欣賞作者在處理復雜數學模型時的嚴謹性，以及對各種近似方法的討論，這讓我能夠理解在實際工程應用中，哪些簡化是可行的，以及它們的局限性。書中引用瞭大量的經典文獻和研究成果，這為我進一步拓展學習方嚮提供瞭寶貴的綫索。我曾經在閱讀某些文獻時遇到過難以理解的術語或概念，但迴顧書中相應的章節，往往能夠找到清晰的解釋。此外，書中對實驗數據和理論預測的對比分析也讓我印象深刻，這讓我認識到理論的價值在於指導實踐，而實踐又反過來驗證和修正理論。對於那些希望在氣體動力學領域進行深入研究的讀者來說，這本書無疑是一本不可或缺的參考書。它提供的知識體係非常完整，能夠幫助讀者建立起一個紮實的理論框架，從而能夠自信地 tackling 更加前沿和復雜的問題。