内容简介

计算多物理场-有限体积方法应用
根据作者多年从事数值计算的经验和开展计算多物理场教学的体会而编写，尽量避免复杂的数学理论推导，侧重数值计算实现的方式、方法；作为多物理场计算程序开发的教材，满足当前多场耦合计算技术教学的需要，内容尽量涵盖近年来多物理场方面研究的最新进展。全书共分9章，前5章为数值计算基本方法，包括基本控制方程、网格生成、离散方法基础以及代数方程组求解；后4章为耦合计算方法，包括热流耦合、流声耦合、结构声耦合以及热应力耦合计算方法。
本书内容丰富，涉及多种物理场耦合模拟方法。它可以作为高等院校动力工程及工程热物理、轮机工程等专业的研究生教材，也可以供相关专业的教师、科研人员和工程技术人员参考。

目录

第1章　绪　论
1.1　计算多物理场应用
1.1.1　热应力耦合
1.1.2　结构声耦合
1.1.3　流声耦合
1.2　数值方法的组成部分
1.2.1　数学模型
1.2.2　离散方法
1.2.3　坐标及向量系统
1.2.4　数值网格
1.2.5　有限近似
1.2.6　求解过程
1.2.7　收敛标准
1.3　数值求解方法的性质
1.3.1　一致性
1.3.2　稳定性
1.3.3　收敛性
1.3.4　守恒性
1.3.5　有界性
1.3.6　可靠性
1.3.7　精确性
1.4　离散方法
1.4.1　有限差分法
1.4.2　有限元法
1.4.3　有限体积法
参考文献
第2章　物理问题的数学模型
2.1　连续介质定义
2.2　连续介质力学
2.2.1　质量守恒方程
2.2.2　动量守恒方程
2.2.3　能量守恒方程
2.3　流体动力学基本方程
2.4　固体动力学基本方程
2.5　流体中的声波方程
2.6　各向同性弹性体中的应力波方程
2.7　状态方程
2.8　基本数学公式
参考文献

前言/序言

随着制造业数字化时代的到来，软件的重要性日趋显现，并起着举足轻重的作用，计算科学发展成为影响国家利益与国家安全的战略性问题。一些国家将计算机建模与仿真列为优先发展的服务于国家利益的关键技术。有国内学者指出，应将自主CAE软件的开发提高到战略发展的高度。关于计算多物理场方法及软件开发的相关著作较少，因此作者及团队在多年研究和积累的基础上撰写了本教材。本教材最初为团队内从事软件开发的研究生培训材料，2011年开始在哈尔滨工程大学内为研究生开设计算多物理场课程，并形成初稿。
一般来说，物理现象中各种作用都不是单独存在的，物理系统的耦合就是我们所说的多物理场相互作用，其分析比单独一个物理场要复杂得多。常见的耦合问题有热流耦合、流固耦合、热应力耦合、结构声耦合、流声耦合等。物理系统中每增加一个耦合的物理场，就意味着数值计算时增加一个或多个未知的物理变量，同样的离散条件下，自由度数将会扩大。20世纪90年代以前，由于计算机资源的缺乏，多物理场模拟仅仅停留在理论阶段，仿真建模也局限于单个物理场，最常见的是力学、传热、流体以及电磁场模拟。经过数十年的努力，计算科学的发展为我们提供了更灵巧、更简洁而又更快速的算法，强劲的硬件配置，使得对多物理场的模拟成为可能。新兴的有限体积方法为多物理场分析提供了一个新的机遇，满足了工程师对真实物理系统的求解需要。以流固耦合来说，它是流体力学与固体力学两者之间相互作用产生的，其研究对象是固体在流场作用下的各种行为以及固体变形或运动对流场的影响。
多物理场耦合计算方法是一门交叉学科，到目前为止，还未见到相关的教材。本教材尽量避免复杂的数学理论推导，侧重数值计算实现的方式、方法；作为多物理场计算程序开发教材，它可满足当前多场耦合计算技术教学的需要，内容尽量涵盖近年来多物理场方面研究的最新进展。
全书共分9章，前5章为数值计算基本方法，包括基本控制方程、网格生成、离散方法基础以及代数方程组求解；后4章为耦合计算方法，包括热流耦合、流声耦合、结构声耦合以及热应力耦合计算方法。
本书的出版得到了工业和信息化部“十二五”规划教材出版基金的资助，同时部分内容由国家自然科学基金(51206031、51479038)、国库基本科研业务费(HEUCF100307、HEUCF130302)等项目资助完成，在此深表谢意！作者还要特别感谢倪大明博士、宣领宽博士和龚京风博士在流声耦合、声固耦合以及热应力耦合计算方法研究方面开展的相关工作。感谢团队中已毕业及在读的研究生为本书的出版付出的辛勤劳动！
由于计算多物理场涉及多个学科，计算方法发展速度较快，编写内容难免挂一漏万；另外，作者学识水平有限，书中难免出现谬误和不妥之处，恳请读者及同行批评指正。
明平剑
于哈尔滨工程大学
2015年4月

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