国外数学名著系列（影印版）9：计算流体力学原理 [Principles of Computational Fluid Dynamics] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[荷] 韦斯林（Pieter Wesseling） 著

图书标签:

• 计算流体力学
• 流体力学
• 数值分析
• 数学物理
• 工程数学
• 科学计算
• CFD
• 传热流体
• 经典名著
• 影印版

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030166777

版次：1

商品编码：11946896

包装：精装

丛书名： 国外数学名著系列（影印版）

外文名称：Principles of Computational Fluid Dynamics

开本：16开

出版时间：2006-01-01

用纸：胶版纸

页数：644

字数：78900

内容简介

　　《计算流体力学原理》是为从事流体计算的研究生、科研人员、工程师和物理学家而写。《国外数学名著系列（影印版）9：计算流体力学原理》首先介绍计算流体动力学中的数值方法的现状；运用基本的数学分析，详尽阐述数值计算的基本原理；然后讨论流域和非一致结构化边界适应网格的几何复杂性带来的困难；研究奇异扰动问题的一致精确性和效率，指出大雷诺数情形下精确计算流的方法；特别讨论了稳定性分析，给出在许多实际算法中有价值的稳定性条件，其中某些条件是新的；叙述计算可压缩流和不可压缩流的统一方法；给出了狭窄水漕方程的数值分析；论述了双曲守恒律；讨论了戈杜诺夫阶障碍及如何利用有限斜率格式加以克服。简要介绍了运用克雷洛夫子空间理论和多重网格加速的有效的解的迭代方法。《国外数学名著系列（影印版）9：计算流体力学原理》还包括许多新的文献，以帮助读者迅速了解当前的研究前沿。

内页插图

目录

Preface
1．The basic equations of fluid dynamics
1．1 Introduction
1．2 Vector analysis
1．3 The total derivative and the transport theorem
1．4 Conservation of mass
1．5 Conservation of momentum
1．6 Conservation of energy
1．7 Thermodynamic aspects
1．8 Bernoulli's theorem
1．9 Kelvin's circulation theorem and potential flow
1．10 The Euler equations
1．11 The convection-diffusion equation
1．12 Conditions for incompressible flow
1．13 Turbulence
1．14 Stratified flow and free convection
1．15 Moving frame of reference
1．16 The shallow-water equations

2．Partial differential equations： analytic aspects
2．1 Introduction
2．2 Classification of partial differential equations
2．3 Boundary conditions
2．4 Maximum principles
2．5 Boundary layer theory

3．Finite volume and finite difference discretization on nonuniform grids
3．1 Introduction
3．2 An elliptic equation
3．3 A one-dimensional example
3．4 Vertex-centered discretization
3．5 Cell-centered discretization
3．6 Upwind discretization
3．7 Nonuniform grids in one dimension

4．The stationary convection-diffusion equation
4．1 Introduction
4．2 Finite volume discretization of the stationary convection diffusion equation in one dimension
4．3 Numerical experiments on locally refined one-dimensional grid
4．4 Schemes of positive type
4．5 Upwind discretization
4．6 Defect correction
4．7 Peclet-independent accuracy in two dimensions
4．8 More accurate discretization of the convection term

5．The nonstationary convection-diffusion equation
5．1 Introduction
5．2 Example of instability
5．3 Stability definitions
5．4 The discrete maximum principle
5．5 Fourier stability analysis
5．6 Principles of von Neumann stability analysis
5．7 Useful properties of the symbol
5．8 Derivation of von Neumann stability conditions
5．9 Numerical experiments
5．10 Strong stability

6．The incompressible Navier-Stokes equations
6．1 Introduction
6．2 Equations of motion and boundary conditions
6．3 Spatial discretization on colocated grid
6．4 Spatial discretization on staggered grid
6．5 On the choice of boundary conditions
6．6 Temporal discretization on staggered grid
6．7 Temporal discretization on colocated grid

7．Iterative methods
7．1 Introduction
7．2 Stationary iterative methods
7．3 Krylov subspace methods
7．4 Multigrid methods
7．5 Fast Poisson solvers
7．6 Iterative methods for the incompressible Navier-Stokes equations

8．The shallow-water equations
9．Scalar conservation laws
10．The Euler equations in one space dimension
11．Discretization in general domains
12．Numerical solution of the Euler equations in general domains
13．Numerical solution of the Navier-Stokes equations in general domains
14．Unified methods for computing incompressible and compressible flow
References
Index

前言/序言

　　要使我国的数学事业更好地发展起来，需要数学家淡泊名利并付出更艰苦地努力。另一方面，我们也要从客观上为数学家创造更有利的发展数学事业的外部环境，这主要是加强对数学事业的支持与投资力度，使数学家有较好的工作与生活条件，其中也包括改善与加强数学的出版工作。
　　科学出版社影印一批他们出版的好的新书，使我国广大数学家能以较低的价格购买，特别是在边远地区工作的数学家能普遍见到这些书，无疑是对推动我国数学的科研与教学十分有益的事。
　　这次科学出版社购买了版权，一次影印了23本施普林格出版社出版的数学书，就是一件好事，也是值得继续做下去的事情。大体上分一下，这23本书中，包括基础数学书5本，应用数学书6本与计算数学书12本，其中有些书也具有交叉性质。这些书都是很新的，2000年以后出版的占绝大部分，共计16本，其余的也是1990年以后出版的。这些书可以使读者较快地了解数学某方面的前沿，例如基础数学中的数论、代数与拓扑三本，都是由该领域大数学家编著的“数学百科全书”的分册。对从事这方面研究的数学家了解该领域的前沿与全貌很有帮助。按照学科的特点，基础数学类的书以“经典”为主，应用和计算数学类的书以“前沿”为主。这些书的作者多数是国际知名的大数学家，例如《拓扑学》一书的作者诺维科夫是俄罗斯科学院的院士，曾获“菲尔兹奖”和“沃尔夫数学奖”。这些大数学家的著作无疑将会对我国的科研人员起到非常好的指导作用。
　　当然，23本书只能涵盖数学的一部分，所以，这项工作还应该继续做下去。更进一步，有些读者面较广的好书还应该翻译成中文出版，使之有更大的读者群。
　　总之，我对科学出版社影印施普林格出版社的部分数学著作这一举措表示热烈的支持，并盼望这一工作取得更大的成绩。

国外数学名著系列（影印版）9：计算流体力学原理 内容简介 本卷《国外数学名著系列（影印版）9：计算流体力学原理 [Principles of Computational Fluid Dynamics]》精选自国际公认的、在计算流体力学（CFD）领域具有里程碑意义的经典著作。该书系统、深入地阐述了描述、模拟和求解流体动力学问题的数值方法与计算技术。本书旨在为读者提供坚实的理论基础和实用的计算工具，以应对复杂的流体力学工程挑战。 全书的结构设计遵循了从基础理论到高级应用的逻辑递进路线。首先，它对流体力学基本方程——纳维-斯托克斯（Navier-Stokes）方程组——进行了详尽的复习和推导，强调了其在不同流态和边界条件下的数学特性。对于初学者而言，这部分内容是理解后续数值离散化的前提。 随后，本书的核心内容聚焦于离散化技术。作者细致地探讨了求解偏微分方程的几种主流方法，特别是有限差分法（FDM）、有限体积法（FVM）和有限元法（FEM）在处理对流-扩散型方程时的具体实施细节和优缺点对比。对于FVM，本书投入了大量篇幅讲解其在动量守恒和质量守恒方面的内在优势，这在处理复杂的非结构化网格和流场不连续性时尤为关键。 在离散化完成后，如何高效地求解由此产生的代数方程组成为另一个关键挑战。本书对线性代数求解器的介绍非常详尽，涵盖了从经典的迭代方法（如雅可比法、高斯-赛德尔法）到更先进的预条件共轭梯度法（PCG）和双共轭梯度法（BiCGSTAB）的原理和收敛性分析。特别值得一提的是，本书对压力-速度耦合算法的处理，如SIMPLE系列算法（SIMPLE, SIMPLER, PISO）的数学框架和工程应用进行了深入剖析，这是解决不可压缩流体流动模拟中稳定性和准确性矛盾的核心技术。 本书的深度体现在其对高精度和稳定性的追求上。在处理强对流主导问题时，数值格式的迎风格式（Upwinding）容易引入数值耗散，导致物理现象失真。作者系统地介绍了TVD（Total Variation Diminishing）格式、ENO（Essentially Non-Oscillatory）格式等高分辨率格式的构建思想，并结合了通量限制器（Flux Limiters）的使用，旨在实现在保持解的尖锐性和抑制数值振荡之间的最佳平衡。 此外，对于湍流模型的选择与实现是CFD实践中的难点。本书并未停留于理论介绍，而是详细讨论了从零方程模型到$k-epsilon$、$k-omega$等两方程模型的建立、网格依赖性以及在近壁面区域的网格划分策略（如壁面函数法与低雷诺数模型）。这些内容对于进行工业级气动、热力学仿真至关重要。 在计算的实施与验证方面，本书提供了丰富的案例研究和实践指导。它讨论了关于网格生成（Mesh Generation）的必要性、质量评估标准，以及计算结果的后处理和物理验证方法（如与实验数据的对比、网格收敛性分析）。 总而言之，本影印版著作不仅是一本理论教科书，更是一本指导工程师和研究人员掌握现代CFD工具箱的实用手册。它为读者搭建了一个从基础数学到复杂工程应用之间的完整知识桥梁，是计算流体力学领域不可或缺的经典参考资料。

评分☆☆☆☆☆

这套“国外数学名著系列”的影印版选书眼光向来独到，这次的《计算流体力学原理》引进得非常及时。我记得我读它的时候，正值我对数值模拟从理论到实践的转变期。这本书的排版虽然是影印的，纸张质量也只能说中规中矩，但内容上的深度和广度是无可挑剔的。它没有像一些入门教材那样把复杂的物理背景一笔带过，而是花了相当大的篇幅去铺陈流体力学的基础方程，从纳维-斯托克斯方程的推导到能量方程的引入，每一步都走得扎实而严谨。对于那些想真正理解CFD背后数学机制的读者来说，这本书简直是座宝库。它不是那种速成指南，你得准备好和偏微分方程、数值分析这些“老朋友”打上几个星期的交道。我尤其欣赏它对不同数值格式（比如有限差分法、有限体积法）的深入对比，那种对稳定性和收敛性的细致探讨，是现在很多新书里为了追求篇幅而简化掉的关键部分。读完它，你才算真正摸到了这门学科的门槛。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书时，第一感觉是它承载了那个时代对计算科学的严谨态度。它仿佛是作者几十年来学术生涯的结晶，而不是为了满足教学大纲而匆忙赶工的产品。内容上，它对迭代法的收敛性分析达到了教科书级别的严苛标准，读者需要具备扎实的数值分析背景才能完全领会其精髓。我特别喜欢其中关于处理非线性问题的章节，那种逐步剖析、层层递进的逻辑推演，让人感觉每解决一个数学难题，就离最终的物理理解近了一步。虽然影印版在阅读体验上确实不如现代的排版印刷品，但那种原汁原味的感觉，让我仿佛在直接阅读那位大师在书房里写下的手稿。这本书对于希望从事CFD算法研发工作的人员，是绕不开的“圣经”之一，它给予的知识深度，远超一般应用性教材所能提供的范畴。

评分☆☆☆☆☆

这本书的年代感是很明显的，它的理论框架主要建立在经典的有限差分和有限体积方法之上，对于近年来新兴的诸如格子玻尔兹曼方法（LBM）或更高阶的谱方法着墨不多，这可以看作是它在时代面前的局限性。然而，正是因为聚焦于这些基石，它才显得如此宝贵。作者对“守恒律”在数值实现中的重要性强调得无微不至，这对于保证大尺度模拟的物理一致性至关重要。它教会你如何设计一个在任何网格畸变下都能保持物理守恒的解法框架。我用这本书的思路去改进了我自己编写的一个二维传热求解器，效果立竿见影，计算结果的物理合理性得到了极大的提升。它不是一本“时髦”的书，但它是一本奠定“内功”的书，这些内功一旦练成，应对未来任何新的CFD框架都能触类旁通。

评分☆☆☆☆☆

说实话，初次捧起这本影印版时，我差点被它的厚度和密集的公式吓退。这书的风格，用现在的话来说，就是“硬核”的代名词。它完全没有现在流行的那种“友好”的图文并茂的风格，几乎全靠文字和公式在对话。但正是这种不加修饰的、纯粹的学术语言，才让它展现出无与伦比的力量。它更像是一本经典的数学教科书，而不是一本工程应用手册。我花了好几个周末才啃完关于离散化误差分析的那几章，感觉自己的线性代数和泛函分析的知识都得到了一个前所未有的强化训练。这本书的价值并不在于教你如何操作某个特定的商业软件，而是让你拥有独立分析和开发算法的能力。如果你只是想快速跑个算例，那可能要选别的书。但如果你对“为什么这个格式收敛”、“这个迭代求解器背后的理论基础是什么”这类问题感兴趣，这本书就是你的终极导师。

评分☆☆☆☆☆

我是在读研期间接触到这本书的，当时我的导师强烈推荐我把它当作工具书来翻阅，而不是从头读到尾。这个建议非常中肯。这本书的结构是高度模块化的，每一章都像是一个独立的专题研讨会。例如，关于边界条件处理的那部分，它详尽地讨论了壁面边界层、自由表面和远场边界的数学表述及其在数值求解中的具体挑战。相比市面上那些将所有内容塞进一个框架的教材，这本书在处理特定物理现象时的深度简直令人咋舌。我记得我当时为了解决一个复杂的湍流边界层的分离问题，就是回翻到这本书中关于动量方程离散化稳定性的那一节，才豁然开朗。影印版的缺陷是存在的，比如有些公式中的下标可能不是特别清晰，但这反而迫使读者必须更专注地去理解每一个符号的物理意义，这或许也是一种“磨砺”吧。