計算流體力學入門(國際力學圖書——翻譯版係列) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[美] 安德森 著

圖書標籤:

• 計算流體力學
• CFD
• 流體力學
• 數值分析
• 工程計算
• 科學計算
• 傳熱
• 流體動力學
• 計算方法
• 入門教材

店鋪： 蘭興達圖書專營店

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302234876

商品編碼：10645070706

包裝：平裝

齣版時間：2010-12-01

基本信息

書名：計算流體力學入門(國際力學圖書——翻譯版係列)

作者：安德森

齣版社：清華大學齣版社

齣版日期：2010-12-01

ISBN：9787302234876

字數：523000

頁碼：409

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.540kg

編輯推薦

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本書**特色是把知識麵很廣、專業知識深、數學要求高的計算流體力學用*通俗易懂的語言、生動形象的圖錶，深入淺齣地錶達齣來。作者用談話的方式、啓發的方法來引爭讀者從基本術語和概念齣發，一步一步地深入到計算流體力學整個領域，使讀者在閱讀過程中逐步瞭解和掌握計算流體力學的基本原理、主要方法和應用技巧。其次，作者特彆強調應用和實踐，讓讀者通過實踐理解計算流體力學的要點，增強學習的興趣和信心，鼓勵讀者進一步去探索計算流體力學更深層次的知識。因此本書*適閤於那些過去對計算流體力學從來沒有接觸過或接觸很少，但又渴望瞭解和學習，並期望短期內能掌握和應用計算流體力學的讀者。

內容提要

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本書是計算流體力學的入門教材，係統地介紹瞭計算流體力學的基本原理、控製方程、數值分析、計算方法、網格生成及其在工程中的應用，對計算流體力學現狀和發展前景也作瞭概要綜述。全書分成4部分：第l部分是基本原理和方程；第2部分是數值分析基礎；第3部分是應用實例；第4部分是現代計算流體力學概述。本書適閤作為力學、計算數學及工程科學的大學生，非力學專業的研究生以及有關領域的科研、工程技術人員學習計算流體力學的本書。

目錄

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第Ⅰ部分 基本思想和方程
第1章 計算流體力學的基本定律
1.1 計算流體力學：為什麼?
1.2 計算流體力學：研究工具
1.3 計算流體力學：設計工具
1.4 計算流體力學的影響：一些應用舉例
1.4.1 在汽車和發動機中的應用
1.4.2 在製造工業中的應用
1.4.3 在土木工程中的應用
1.4.4 在環境工程中的應用
1.4.5 在造船業中的應用(以潛艇為例)
1.5 計算流體力學到底是什麼?
1.6 本書的目的
第2章 流體力學控製方程：推導、物理含義，和適用於CFD計算的錶達形式
2.1簡介
2.2流動模型
2.2.1有限控製體
2.2.2無窮小流體元
2.2.3一些注釋
2.3物質導數(隨運動流體元的時間變化率)
2.4速度的散度及其物理意義
2.5連續方程
2.5.1空間固定的有限控製體模型
2.5.2隨流體一起運動的有限控製體模型
……
第Ⅱ部分 數值學基礎
第Ⅲ部分 應用實例
第Ⅳ部分 其他專題

作者介紹

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文摘

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序言

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國際力學圖書——翻譯版係列：流體力學基礎與應用 本書聚焦於現代工程科學與物理學前沿領域，深入剖析流體運動的理論基礎、數值模擬方法及其在工程實踐中的廣泛應用。本係列翻譯版圖書旨在為讀者提供一套係統、嚴謹且與國際前沿接軌的力學知識體係，尤其側重於那些對解決復雜工程問題至關重要的高級主題。 --- 第一部分：流體力學理論基石的深化理解 本捲旨在鞏固和提升讀者對經典流體力學原理的掌握深度，超越基礎教科書的範疇，直擊問題的本質。 第一章：連續介質力學的再審視與張量分析的嚴格應用 本章首先迴顧瞭流體運動的守恒律——質量、動量和能量——在張量形式下的精確錶達。重點在於拉格朗日和歐拉描述之間的張量變換關係，以及描述流體變形的有限應變理論在處理高精度問題時的必要性。我們將詳細探討柯西應力張量、速率的梯度張量（Deformation Rate Tensor）及其與渦鏇度的關係，為後續的非牛頓流體和湍流模型打下堅實的數學基礎。特彆關注邊界層理論的最新發展，包括高階邊界層方程的推導及其在分離流分析中的作用。 第二章：復雜流體的本構關係與非牛頓流體動力學 傳統的牛頓流體假設在許多現代工業過程中不再適用，如聚閤物加工、血液流動、泥漿輸送等。本章係統介紹瞭粘彈性流體、剪切增稠/稀化流體、粘塑性流體（如Bingham流體）的廣義本構方程。通過對微觀結構與宏觀流動行為的關聯分析，讀者將學習如何選擇和應用閤適的本構模型（如Maxwell模型、Oldroyd-B模型、Power-Law模型）。此外，本章還探討瞭這些流體在復雜幾何形狀（如管道收縮、閥門開啓）中的流動特性和特有的流動不穩定現象。 第三章：可壓縮流動的跨音速與高超音速理論 針對涉及速度遠超聲速的飛行器設計和燃氣輪機內部流動，本章提供瞭深入的理論分析。從激波理論齣發，詳細分析瞭斜激波、正激波的形成條件與結構。重點討論瞭基於小擾動理論的跨音速勢流理論，如Garabedian-Kohlmann方程的應用。在高超音速部分，內容涵蓋瞭氣動熱效應、化學反應流（Chemical Reacting Flow）的建模，以及如何利用簡化模型（如薄層方程）處理高馬赫數下的稀薄氣體效應。 --- 第二部分：數值計算方法與高性能求解技術 本部分專注於將理論轉化為可執行的計算方案，覆蓋瞭現代計算流體力學（CFD）的核心算法和工程實現技巧。 第四章：有限體積法的深入剖析與離散化技術 本書強調有限體積法（FVM）作為工業界主流方法的原因，並對其進行細緻入微的講解。內容涵蓋瞭通量守恒的數學保證，以及不同空間離散化格式（如二階迎風格式、中心差分格式、高分辨率格式如MUSCL）的精度、穩定性和耗散性比較。對於對流項的離散，本章深入探討瞭Riemann求解器（如Roe、AUSM+）在處理激波和接觸間斷時的優勢與局限。 第五章：求解壓力-速度耦閤問題的先進算法 壓力-速度耦閤是求解不可壓縮流納維-斯托剋斯（Navier-Stokes, N-S）方程的關鍵難點。本章詳細介紹瞭SIMPLE族算法（SIMPLE, SIMPLER, PISO）的演進，並重點闡述瞭基於壓力的耦閤方法（如二次迭代法）的收斂性增強技術。此外，本章還引入瞭基於速度-壓力耦閤的耦閤求解器（如Coupled Scheme）的理論框架，分析瞭其在復雜幾何和湍流模型下的性能提升。 第六章：處理時間依賴性與時空並行算法 對於瞬態問題的求解，時間離散化方法至關重要。本章對比分析瞭顯式（如Runge-Kutta族）和隱式（如Crank-Nicolson）方法的適用性與計算成本。更重要的是，本章介紹瞭現代CFD求解器中使用的先進時間推進策略，包括單步時間步長控製、局部時間步長的優化，以及為適應大規模並行計算環境而設計的時間域分解（Time Domain Decomposition）方法，這對於模擬長時間尺度的物理過程至關重要。 --- 第三部分：湍流建模的精進與多相流的挑戰 湍流和多相流是工程領域中公認的兩大“聖杯”問題，本捲提供瞭前沿的建模方法和解決方案。 第七章：雷諾平均納維-斯托剋斯（RANS）模型的精煉與應用 RANS模型仍是工業界的主流工具。本章不僅迴顧瞭經典的 $k-epsilon$ 和 $k-omega$ 模型，更側重於高精度、高梯度修正模型的深入探討，如SST $k-omega$ 模型對逆壓梯度流動的改進機製。內容涵蓋瞭二階矩模型（Second-Moment Closure, SMC）的基本原理，分析瞭其相較於渦流粘性假設模型的優越性，以及在預測流場各嚮異性時的挑戰。此外，還探討瞭壁麵函數（Wall Functions）的非綫性修正方法，以提高近壁麵區域的模擬準確性。 第八章：大渦模擬（LES）的濾波技術與亞網格尺度（SGS）建模 LES方法提供瞭比RANS更細緻的流動結構信息。本章詳細分析瞭空間濾波和時間濾波的數學特性。重點講解瞭Smagorinsky模型、動態Smagorinsky模型以及非平衡SGS模型的構建原理。針對邊界層內部的網格依賴性問題，本章提齣瞭混閤RANS/LES（如Detached Eddy Simulation, DES）模型的優化策略，分析瞭DES模型中從RANS到LES的過渡區域的精確控製技術。 第九章：氣液/氣固多相流的耦閤方法論 本章係統性地介紹瞭處理復雜多相流的計算框架。對於氣固兩相流，深入剖析瞭歐拉-歐拉（Euler-Euler）模型中對顆粒相的動量和能量方程的求解，以及顆粒-顆粒碰撞模型的修正。對於氣液兩相流，對比瞭歐拉-拉格朗日（Euler-Lagrange）模型（用於稀疏分散相）和相場法（Phase-Field Method, PFM）及水平集法（Level Set Method, LSM）在處理自由界麵（如液滴破碎、液膜流動）時的數學基礎和數值實現細節，強調瞭界麵捕捉技術的精度對整體模擬結果的決定性影響。 --- 本書適用於流體力學、航空航天工程、機械工程、土木工程及化學工程等領域的在職工程師、高級研究人員以及緻力於深入理解計算流體力學理論的碩士和博士研究生。

評分☆☆☆☆☆

這本書的編排風格非常具有啓發性，它不是那種綫性、死闆的知識傳遞方式。更像是一係列精心設計的研討會筆記，每一章都建立在前一章的基礎上，但又提供瞭足夠多的知識點讓你去進一步探索。對於我個人而言，它成功地激發瞭我對湍流模型理解的興趣。書中對RANS模型的介紹深入淺齣，清晰地解釋瞭湍流帶來的挑戰以及各種模型的假設前提。我尤其欣賞作者在討論算法效率和計算資源消耗時錶現齣的務實態度，這在學術性的著作中是比較少見的。它提醒我們，在追求高精度的同時，必須考慮計算的可行性。這本書無疑為我後續深入學習更高級的CFD內容，如LES或DNS，鋪平瞭最堅實、最平坦的道路。

評分☆☆☆☆☆

說實話，剛拿到這本書的時候，我對“國際力學圖書——翻譯版係列”這個副標題是有點保留態度的，生怕翻譯質量不過關影響理解。但實際閱讀下來，完全打消瞭我的顧慮。譯者顯然對CFD領域非常熟悉，用詞精準到位，成功地傳達瞭原作者的精髓。這本書最吸引我的地方在於，它不僅僅停留在理論層麵，還穿插瞭許多實際工程中的案例分析和常見問題的排查思路。比如，當你的模擬結果齣現振蕩或者不收斂時，這本書裏能幫你快速定位問題可能齣在哪裏，是網格問題、時間步長問題還是物理模型選擇不當。這種“實戰”的視角，對於想將CFD應用於實際工程項目的讀者來說，價值無可估量。它讓CFD從一個純粹的數學工具，變成瞭一個可靠的工程分析利器。

評分☆☆☆☆☆

我花瞭很長時間尋找一本既能講清楚理論深度，又不會讓讀者迷失在數學細節中的CFD入門書籍，終於讓我找到瞭這本！與其他動輒幾百頁、把所有高級話題都塞進去的參考書不同，這本書的結構非常清晰，邏輯層次分明。它沒有試圖讓你在短時間內成為專傢，而是腳踏實地地為你打下堅實的理論基礎。書中對有限體積法的介紹尤其到位，從離散化的過程到求解器的選擇，每一步的動機都解釋得非常清楚。我印象最深的是它對邊界條件處理的討論，這是初學者最容易犯錯的地方，但這本書給齣瞭非常詳盡的指導和對比分析。總的來說，它更像是一位經驗豐富的導師在手把手教你如何思考和解決問題，而不是冷冰冰的知識點羅列。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是打開瞭我對流體力學理解的新世界大門！我之前一直覺得CFD這塊兒特彆高深莫測，各種復雜的偏微分方程看著就頭疼，但這本書的敘述方式卻非常平易近人。它不是那種堆砌公式的教科書，而是非常注重從物理直覺齣發，一步步引導你理解CFD背後的數學模型是如何構建起來的。特彆是對於那些基礎概念的解釋，比如網格劃分的原理、數值格式的收斂性分析，作者用瞭很多生動的例子來闡述，讓我這個初學者也能很快抓住重點。讀完前幾章，我感覺自己對那些復雜的流場模擬不再那麼畏懼瞭，甚至有點躍躍欲試想自己動手試試看。這本書的翻譯質量也相當不錯，語言流暢自然，沒有那種生硬的直譯感，讀起來很舒服，確實是入門的絕佳選擇。

評分☆☆☆☆☆

我發現很多現有的CFD入門書籍要麼過於側重數學推導，要麼乾脆淪為某個特定商業軟件的操作手冊。這本書的偉大之處就在於它找到瞭一個完美的平衡點。它既沒有迴避那些必要的數學基礎，比如守恒律的推導和離散化過程的嚴謹性，但同時，它非常注重讓讀者理解“為什麼這麼做”，而不是僅僅“如何套公式”。作者巧妙地將各種數值方法（如迎風格式、中心差分）的優缺點放在一起進行對比，讓讀者能夠清晰地認識到不同選擇背後的物理妥協。讀完之後，我感覺自己對各種求解器（如SIMPLE、PISO算法）的內在工作機製有瞭更深刻的洞察力，不再是盲目地點擊“運行”按鈕，而是真正理解瞭計算機內部是如何“思考”流體運動的。