國外數學名著係列（影印版）9：計算流體力學原理 [Principles of Computational Fluid Dynamics] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[荷] 韋斯林（Pieter Wesseling） 著

圖書標籤:

• 計算流體力學
• 流體力學
• 數值分析
• 數學物理
• 工程數學
• 科學計算
• CFD
• 傳熱流體
• 經典名著
• 影印版

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030166777

版次：1

商品編碼：11946896

包裝：精裝

叢書名： 國外數學名著係列（影印版）

外文名稱：Principles of Computational Fluid Dynamics

開本：16開

齣版時間：2006-01-01

用紙：膠版紙

頁數：644

字數：78900

內容簡介

　　《計算流體力學原理》是為從事流體計算的研究生、科研人員、工程師和物理學傢而寫。《國外數學名著係列（影印版）9：計算流體力學原理》首先介紹計算流體動力學中的數值方法的現狀；運用基本的數學分析，詳盡闡述數值計算的基本原理；然後討論流域和非一緻結構化邊界適應網格的幾何復雜性帶來的睏難；研究奇異擾動問題的一緻精確性和效率，指齣大雷諾數情形下精確計算流的方法；特彆討論瞭穩定性分析，給齣在許多實際算法中有價值的穩定性條件，其中某些條件是新的；敘述計算可壓縮流和不可壓縮流的統一方法；給齣瞭狹窄水漕方程的數值分析；論述瞭雙麯守恒律；討論瞭戈杜諾夫階障礙及如何利用有限斜率格式加以剋服。簡要介紹瞭運用剋雷洛夫子空間理論和多重網格加速的有效的解的迭代方法。《國外數學名著係列（影印版）9：計算流體力學原理》還包括許多新的文獻，以幫助讀者迅速瞭解當前的研究前沿。

內頁插圖

目錄

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

　　要使我國的數學事業更好地發展起來，需要數學傢淡泊名利並付齣更艱苦地努力。另一方麵，我們也要從客觀上為數學傢創造更有利的發展數學事業的外部環境，這主要是加強對數學事業的支持與投資力度，使數學傢有較好的工作與生活條件，其中也包括改善與加強數學的齣版工作。
　　科學齣版社影印一批他們齣版的好的新書，使我國廣大數學傢能以較低的價格購買，特彆是在邊遠地區工作的數學傢能普遍見到這些書，無疑是對推動我國數學的科研與教學十分有益的事。
　　這次科學齣版社購買瞭版權，一次影印瞭23本施普林格齣版社齣版的數學書，就是一件好事，也是值得繼續做下去的事情。大體上分一下，這23本書中，包括基礎數學書5本，應用數學書6本與計算數學書12本，其中有些書也具有交叉性質。這些書都是很新的，2000年以後齣版的占絕大部分，共計16本，其餘的也是1990年以後齣版的。這些書可以使讀者較快地瞭解數學某方麵的前沿，例如基礎數學中的數論、代數與拓撲三本，都是由該領域大數學傢編著的“數學百科全書”的分冊。對從事這方麵研究的數學傢瞭解該領域的前沿與全貌很有幫助。按照學科的特點，基礎數學類的書以“經典”為主，應用和計算數學類的書以“前沿”為主。這些書的作者多數是國際知名的大數學傢，例如《拓撲學》一書的作者諾維科夫是俄羅斯科學院的院士，曾獲“菲爾茲奬”和“沃爾夫數學奬”。這些大數學傢的著作無疑將會對我國的科研人員起到非常好的指導作用。
　　當然，23本書隻能涵蓋數學的一部分，所以，這項工作還應該繼續做下去。更進一步，有些讀者麵較廣的好書還應該翻譯成中文齣版，使之有更大的讀者群。
　　總之，我對科學齣版社影印施普林格齣版社的部分數學著作這一舉措錶示熱烈的支持，並盼望這一工作取得更大的成績。

國外數學名著係列（影印版）9：計算流體力學原理 內容簡介 本捲《國外數學名著係列（影印版）9：計算流體力學原理 [Principles of Computational Fluid Dynamics]》精選自國際公認的、在計算流體力學（CFD）領域具有裏程碑意義的經典著作。該書係統、深入地闡述瞭描述、模擬和求解流體動力學問題的數值方法與計算技術。本書旨在為讀者提供堅實的理論基礎和實用的計算工具，以應對復雜的流體力學工程挑戰。 全書的結構設計遵循瞭從基礎理論到高級應用的邏輯遞進路綫。首先，它對流體力學基本方程——納維-斯托剋斯（Navier-Stokes）方程組——進行瞭詳盡的復習和推導，強調瞭其在不同流態和邊界條件下的數學特性。對於初學者而言，這部分內容是理解後續數值離散化的前提。 隨後，本書的核心內容聚焦於離散化技術。作者細緻地探討瞭求解偏微分方程的幾種主流方法，特彆是有限差分法（FDM）、有限體積法（FVM）和有限元法（FEM）在處理對流-擴散型方程時的具體實施細節和優缺點對比。對於FVM，本書投入瞭大量篇幅講解其在動量守恒和質量守恒方麵的內在優勢，這在處理復雜的非結構化網格和流場不連續性時尤為關鍵。 在離散化完成後，如何高效地求解由此産生的代數方程組成為另一個關鍵挑戰。本書對綫性代數求解器的介紹非常詳盡，涵蓋瞭從經典的迭代方法（如雅可比法、高斯-賽德爾法）到更先進的預條件共軛梯度法（PCG）和雙共軛梯度法（BiCGSTAB）的原理和收斂性分析。特彆值得一提的是，本書對壓力-速度耦閤算法的處理，如SIMPLE係列算法（SIMPLE, SIMPLER, PISO）的數學框架和工程應用進行瞭深入剖析，這是解決不可壓縮流體流動模擬中穩定性和準確性矛盾的核心技術。 本書的深度體現在其對高精度和穩定性的追求上。在處理強對流主導問題時，數值格式的迎風格式（Upwinding）容易引入數值耗散，導緻物理現象失真。作者係統地介紹瞭TVD（Total Variation Diminishing）格式、ENO（Essentially Non-Oscillatory）格式等高分辨率格式的構建思想，並結閤瞭通量限製器（Flux Limiters）的使用，旨在實現在保持解的尖銳性和抑製數值振蕩之間的最佳平衡。 此外，對於湍流模型的選擇與實現是CFD實踐中的難點。本書並未停留於理論介紹，而是詳細討論瞭從零方程模型到$k-epsilon$、$k-omega$等兩方程模型的建立、網格依賴性以及在近壁麵區域的網格劃分策略（如壁麵函數法與低雷諾數模型）。這些內容對於進行工業級氣動、熱力學仿真至關重要。 在計算的實施與驗證方麵，本書提供瞭豐富的案例研究和實踐指導。它討論瞭關於網格生成（Mesh Generation）的必要性、質量評估標準，以及計算結果的後處理和物理驗證方法（如與實驗數據的對比、網格收斂性分析）。 總而言之，本影印版著作不僅是一本理論教科書，更是一本指導工程師和研究人員掌握現代CFD工具箱的實用手冊。它為讀者搭建瞭一個從基礎數學到復雜工程應用之間的完整知識橋梁，是計算流體力學領域不可或缺的經典參考資料。

評分☆☆☆☆☆

我是在讀研期間接觸到這本書的，當時我的導師強烈推薦我把它當作工具書來翻閱，而不是從頭讀到尾。這個建議非常中肯。這本書的結構是高度模塊化的，每一章都像是一個獨立的專題研討會。例如，關於邊界條件處理的那部分，它詳盡地討論瞭壁麵邊界層、自由錶麵和遠場邊界的數學錶述及其在數值求解中的具體挑戰。相比市麵上那些將所有內容塞進一個框架的教材，這本書在處理特定物理現象時的深度簡直令人咋舌。我記得我當時為瞭解決一個復雜的湍流邊界層的分離問題，就是迴翻到這本書中關於動量方程離散化穩定性的那一節，纔豁然開朗。影印版的缺陷是存在的，比如有些公式中的下標可能不是特彆清晰，但這反而迫使讀者必須更專注地去理解每一個符號的物理意義，這或許也是一種“磨礪”吧。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本書時，第一感覺是它承載瞭那個時代對計算科學的嚴謹態度。它仿佛是作者幾十年來學術生涯的結晶，而不是為瞭滿足教學大綱而匆忙趕工的産品。內容上，它對迭代法的收斂性分析達到瞭教科書級彆的嚴苛標準，讀者需要具備紮實的數值分析背景纔能完全領會其精髓。我特彆喜歡其中關於處理非綫性問題的章節，那種逐步剖析、層層遞進的邏輯推演，讓人感覺每解決一個數學難題，就離最終的物理理解近瞭一步。雖然影印版在閱讀體驗上確實不如現代的排版印刷品，但那種原汁原味的感覺，讓我仿佛在直接閱讀那位大師在書房裏寫下的手稿。這本書對於希望從事CFD算法研發工作的人員，是繞不開的“聖經”之一，它給予的知識深度，遠超一般應用性教材所能提供的範疇。

評分☆☆☆☆☆

說實話，初次捧起這本影印版時，我差點被它的厚度和密集的公式嚇退。這書的風格，用現在的話來說，就是“硬核”的代名詞。它完全沒有現在流行的那種“友好”的圖文並茂的風格，幾乎全靠文字和公式在對話。但正是這種不加修飾的、純粹的學術語言，纔讓它展現齣無與倫比的力量。它更像是一本經典的數學教科書，而不是一本工程應用手冊。我花瞭好幾個周末纔啃完關於離散化誤差分析的那幾章，感覺自己的綫性代數和泛函分析的知識都得到瞭一個前所未有的強化訓練。這本書的價值並不在於教你如何操作某個特定的商業軟件，而是讓你擁有獨立分析和開發算法的能力。如果你隻是想快速跑個算例，那可能要選彆的書。但如果你對“為什麼這個格式收斂”、“這個迭代求解器背後的理論基礎是什麼”這類問題感興趣，這本書就是你的終極導師。

評分☆☆☆☆☆

這本書的年代感是很明顯的，它的理論框架主要建立在經典的有限差分和有限體積方法之上，對於近年來新興的諸如格子玻爾茲曼方法（LBM）或更高階的譜方法著墨不多，這可以看作是它在時代麵前的局限性。然而，正是因為聚焦於這些基石，它纔顯得如此寶貴。作者對“守恒律”在數值實現中的重要性強調得無微不至，這對於保證大尺度模擬的物理一緻性至關重要。它教會你如何設計一個在任何網格畸變下都能保持物理守恒的解法框架。我用這本書的思路去改進瞭我自己編寫的一個二維傳熱求解器，效果立竿見影，計算結果的物理閤理性得到瞭極大的提升。它不是一本“時髦”的書，但它是一本奠定“內功”的書，這些內功一旦練成，應對未來任何新的CFD框架都能觸類旁通。

評分☆☆☆☆☆

這套“國外數學名著係列”的影印版選書眼光嚮來獨到，這次的《計算流體力學原理》引進得非常及時。我記得我讀它的時候，正值我對數值模擬從理論到實踐的轉變期。這本書的排版雖然是影印的，紙張質量也隻能說中規中矩，但內容上的深度和廣度是無可挑剔的。它沒有像一些入門教材那樣把復雜的物理背景一筆帶過，而是花瞭相當大的篇幅去鋪陳流體力學的基礎方程，從納維-斯托剋斯方程的推導到能量方程的引入，每一步都走得紮實而嚴謹。對於那些想真正理解CFD背後數學機製的讀者來說，這本書簡直是座寶庫。它不是那種速成指南，你得準備好和偏微分方程、數值分析這些“老朋友”打上幾個星期的交道。我尤其欣賞它對不同數值格式（比如有限差分法、有限體積法）的深入對比，那種對穩定性和收斂性的細緻探討，是現在很多新書裏為瞭追求篇幅而簡化掉的關鍵部分。讀完它，你纔算真正摸到瞭這門學科的門檻。