多介质流体界面问题的数值模拟 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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赵宁，王东红 著

图书标签:

• 多介质流体
• 界面追踪
• 数值模拟
• 计算流体力学
• VOF法
• Level Set法
• 表面张力
• 相变
• 多相流
• 传热传质

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030498403

版次：1

商品编码：12056380

包装：平装

开本：32开

出版时间：2016-10-01

用纸：胶版纸

页数：324

正文语种：中文

内容简介

　　《多介质流体界面问题的数值模拟》详细介绍作者赵宁、王东红以及课题组成员多年来在流体力学多介质流动界面问题的数值模拟方法的研究成果。对于多介质流动界面问题的数值模拟，给出一系列高精度、有效实用的方法，包括Lagrange方法及ALE方法、界面捕捉方法和界面追踪方法，并进行大量的数值试验；重点介绍交错网格下的Lagrange高精度有限体积格式、格心型Lagrange高精度有限体积格式、守恒重映方法与ALE方法数值模拟、自适应ALE方法、Level-Set重新初始化新方法、多介质流动的高分辨γ-mode。

目录

前言

第一部分 基础知识
第1章 计算流体力学基础
1.1 流体力学方程
1.1.1 基本的Navier-Stokes方程
1.1.2 状态方程的一般形式
1.1.3 直角坐标系下的Navier-Stokes方程和Euler方程
1.1.4 任意Lagrange-Euler守恒方程
1.2 间断条件、弱解以及熵条件
1.2.1 间断条件
1.2.2 弱解以及熵条件
1.3 Riemann问题
参考文献
……

好的，这是一份关于“多介质流体界面问题的数值模拟”的图书简介，旨在全面介绍该领域的核心内容、研究方法、挑战与未来方向，同时避免提及您给出的书名或与其直接相关的具体内容。 --- 流体动力学前沿：复杂界面现象的计算建模与仿真 内容简介 本书聚焦于现代流体力学领域中一个极具挑战性且应用广泛的分支——多相流体系统中的界面动力学。随着工程技术对流体行为理解的不断深入，特别是在涉及不同物态或不同化学性质流体共存的复杂系统中，如何精确捕捉和模拟这些界面在动态过程中的演化，已成为理论研究和工程应用的关键瓶颈。本书系统性地梳理了描述和解析这类复杂界面问题的理论基础、先进的数值方法及其在实际工程中的应用，为研究人员和工程师提供了一套全面的认知框架和实用工具。 理论基础与模型构建 理解多介质流体界面问题，首先需要扎实的理论基础。本书深入探讨了描述界面行为的守恒律方程组，包括质量、动量和能量的连续性方程，以及在不同介质区域内这些方程的特定形式。重点分析了界面处的控制条件，如界面张力梯度驱动的Marangoni效应、界面动量传递机制以及相变过程中的能量交换。 在模型构建方面，本书详细阐述了如何对界面进行精确表征。不同于对均质流体的处理，界面处理是此类问题的核心难点。我们区分并比较了界面捕捉技术（如VOF方法、水平集方法）和界面追踪方法（如浸入边界法），并讨论了它们各自在处理剧烈变形、拓扑结构变化（如液滴破碎、射流形成）时的优势与局限性。此外，对于涉及化学反应或电磁场耦合的界面问题，本书也提供了相应的耦合模型构建指南。 数值方法的核心技术 现代高性能计算为解决复杂的界面问题提供了强大的支撑。本书将大量的篇幅用于介绍当前主流的数值模拟技术。 1. 界面重构与演化： 详细解析了基于网格的方法（如VOF的界面函数重构、水平集方法的符号距离函数演化）以及无网格方法（如SPH、DFM）在界面模拟中的实现细节。特别关注了如何保持界面在长时间演化过程中的几何精度和拓扑正确性，避免数值扩散对界面精度的侵蚀。 2. 动量方程的求解： 针对流体间相互作用，本书阐述了如何有效求解动量方程，特别是处理界面处的压力跳跃条件和粘性应力连续性。讨论了针对不同尺度的流动现象（从微重力环境下的毛细驱动流到高雷诺数的湍流界面混合），适用的压力泊松方程求解策略，如基于迭代法的预条件子技术。 3. 界面张力与相变处理： 界面张力是驱动许多界面现象的根本力量。本书介绍了不同精度的界面张力模型，包括基于梯度或曲率的计算方法，以及如何在数值格式中稳定地引入这些力项。对于涉及相变的界面问题（如气液相变、固液熔化/凝固），本书探讨了相场方法（Phase Field Method）以及其与界面动力学的耦合，以统一处理界面传输过程。 4. 湍流与界面耦合： 在高雷诺数流动中，湍流对界面结构的影响至关重要。本书介绍了适用于界面问题的湍流建模策略，如RANS、LES等，并着重分析了LES在捕捉界面附近湍流脉动和剪切层结构方面的优势，以及如何准确地将湍流效应传递至界面动力学方程中。 计算挑战与误差分析 本书不仅提供了方法，更深入剖析了在数值模拟过程中必须面对的挑战。这些挑战包括：如何保证界面两侧的数值解在高梯度区域的精度和稳定性；如何高效处理计算域内不同介质体积比随时间的变化；以及如何平衡计算效率与物理准确性。书中提供了详细的误差分析框架，指导读者评估数值格式（如空间离散格式、时间积分方案）对最终结果的影响，特别关注了质量守恒和界面能量守恒的校验。 应用领域与未来展望 复杂界面流动的数值模拟已渗透到国民经济的多个重要领域。本书通过一系列案例研究，展示了这些技术在以下领域的强大威力： 航空航天： 燃料箱中的流体晃动、推进剂在微重力下的管理与转移。 新能源技术： 燃料电池中的电解质膜内多相传输、锂离子电池电极界面的化学反应与形貌演变。 生物医学工程： 血液流动中的细胞团聚与界面剪切、微流控芯片中液滴的生成与输运。 环境科学： 油水乳化物的分散与沉积、污染物在地下水中的迁移。 展望未来，本书指出多介质界面模拟的发展趋势将集中在提高模型的物理完备性（如纳入更精细的化学动力学和微观效应）、开发更高效的自适应网格技术以应对复杂几何，以及结合机器学习方法来加速特定模型的求解和参数优化。 读者对象 本书适合于流体力学、计算物理、化学工程、航空航天工程等相关专业的博士研究生、高级本科生，以及从事计算流体力学研究和应用开发的专业工程师。阅读本书需要具备常微分方程、偏微分方程和流体力学基础知识。 ---

评分☆☆☆☆☆

一本关于多介质流体界面问题的数值模拟的书籍，光看书名就足以让那些长期在流体力学、传热传质、或者材料科学领域深耕的科研工作者眼前一亮。我所在的实验室，就长期致力于研发高性能的薄膜材料，而薄膜的制备过程，无论是气相沉积还是液相涂布，都离不开对复杂多介质流体界面的精确控制和理解。想象一下，在真空室内，原子团像雨点一样落在基底上，形成一层薄薄的晶体，每一个原子团的轨迹、碰撞、附着，都受到气流、温度梯度以及等离子体电离等多种因素的影响，这些因素共同作用，塑造了最终薄膜的微观结构和宏观性能。又或者，在工业生产中，为了获得均匀致密的涂层，需要精确控制涂料在基底上的铺展行为，这涉及到表面张力、粘度和基底润湿性的协同作用，任何一个环节的偏差，都可能导致最终产品的缺陷。因此，能够提供一套可靠的数值模拟方法，来揭示这些复杂界面行为背后的物理机制，对于我们突破现有技术瓶颈，开发出更先进的材料，具有至关重要的意义。这本书的出现，无疑为我们提供了一个强有力的理论和工具支撑。我们非常期待书中能够详细介绍各种数值方法，比如有限元法、有限差分法、或者更加前沿的格子玻尔兹曼方法，并阐述它们在处理表面张力、相变、界面拖曳等复杂物理现象时的优势与局限。同时，对于如何高效地构建和处理非结构化网格，如何处理不同介质之间的相互作用，以及如何保证模拟结果的稳定性和精度，这些也是我们在实际应用中常常遇到的难题，如果书中能够提供详实的解决方案，那就再好不过了。

评分☆☆☆☆☆

从应用工程的角度来看，一本关于多介质流体界面问题的数值模拟的书，其价值在于能否为解决实际工程难题提供行之有效的工具和方法。在很多工业过程中，比如化工反应器中的多相混合、油气开采中的油水两相流动、或者航空发动机中的燃烧过程，流体界面的行为都直接影响着过程的效率和安全性。以炼油厂为例，原油在管道中的流动，常常涉及到原油、天然气、水以及可能的固体颗粒等多相流体的混合与分离，这些界面之间的相互作用，会产生复杂的流动阻力，影响输送效率，甚至引发垢下腐蚀等问题。而如果能通过精确的数值模拟，预测不同工况下这些界面的形态和演化趋势，我们就能优化管道设计、控制进料参数，从而提高生产效率，降低能耗。再比如，在海上油气平台的开发中，如何有效分离油水混合物，降低含水量，是至关重要的环节。通过对油水界面的数值模拟，我们可以深入理解重力、表面张力、以及动量交换在分离过程中的作用机制，从而设计出更高效的分离器。因此，我期待这本书能够提供一些与实际工业应用紧密相关的案例研究，并且所介绍的数值方法能够具备一定的通用性和可扩展性，能够适应不同尺度和不同复杂度的工程问题。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对计算物理充满热情的科研人员，我对《多介质流体界面问题的数值模拟》这本书充满了好奇。在我的研究领域，例如颗粒材料的流动与团聚，或者软物质（如胶体、聚合物溶液）在不同环境下的自组装行为，都离不开对介质界面物理化学性质的深刻理解。以颗粒材料为例，当细小的颗粒在流体中悬浮、沉降或碰撞时，颗粒与颗粒之间、颗粒与流体之间都存在着复杂的界面相互作用，这些相互作用不仅影响颗粒的运动轨迹，还会导致颗粒的团聚或分散，进而影响材料的宏观性质。而对于软物质，其界面行为更是其功能性的关键，比如液晶的相变、生物膜的形成，都与复杂的界面动力学密切相关。因此，一本能够提供系统性的数值模拟方法，来刻画和预测这些界面行为的书籍，对于我们深入理解其背后的微观机制，设计和调控新型功能材料，具有不可替代的价值。我特别关注书中是否能对不同尺度的模拟方法进行讨论，比如从分子动力学到介观模拟，再到连续介质模型，以及如何有效地连接这些不同尺度的模型，这对于解决复杂的多尺度问题至关重要。

评分☆☆☆☆☆

对于我这样一个刚入门流体力学数值模拟领域的学生来说，《多介质流体界面问题的数值模拟》这个名字听起来既有挑战性又充满了吸引力。我的本科毕业设计课题就涉及到一些关于微尺度下液体在粗糙表面上铺展的问题，当时查阅了很多文献，发现这个领域的研究非常深入，涉及到的数学模型和数值算法也相当复杂。很多时候，我只是理解了物理过程的表象，但对其背后的数值实现原理却感到茫然。所以，我非常渴望能够找到一本能够系统性地讲解如何将这些复杂的物理模型转化为计算机可执行程序的书籍。我希望这本书不仅仅是罗列公式和算法，更能深入浅出地解释这些算法是如何处理多介质界面的特殊性，比如界面的连续性条件、守恒律的离散化等等。尤其是在涉及自由界面的情况下，如何追踪和更新界面位置，如何避免网格畸变，这些都是困扰我的关键技术。如果书中能够提供一些实际的算例，比如两相流的界面追踪、液滴的破碎与合并、或者表面活性剂对界面行为的影响，并详细展示其数值求解过程，那对我来说将是宝贵的学习资源。我也会关注书中是否对不同数值方法的适用范围和计算效率进行了比较分析，这有助于我根据具体的工程问题选择最合适的算法。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我是一位比较“实用主义”的读者，我购买一本技术书籍，最看重的是它能否直接解决我工作中遇到的实际问题，或者为我指明一个切实可行的解决方案。我目前的工作单位是一家做水处理设备的工程公司，我们经常会遇到一些复杂的水流问题，比如膜分离过程中的污染物在膜表面的吸附与传输，或者絮凝剂在水中混合与沉淀的过程。在膜分离中，污染物在膜表面的富集会导致膜污染，降低分离效率，而污染物与膜表面的相互作用，本质上就是一种界面现象，涉及到溶质在液膜中的扩散、界面吸附的动力学以及化学反应等。如果我们能通过数值模拟，精确地描绘污染物在膜表面的分布和演变过程，就能更好地设计膜材料和优化操作条件，延长膜的使用寿命。同样，在絮凝过程中，小颗粒在水中如何聚集形成更大的絮体，也涉及到颗粒之间的界面粘附力和流体的剪切力等复杂因素。因此，一本真正能够提供可操作性强的数值模拟框架，并且有大量贴近实际工程的案例分析的书籍，对我来说是极具吸引力的。我希望能看到书中对于如何构建符合工程实际的几何模型，如何进行网格划分，如何设置边界条件，以及如何对模拟结果进行工程上的解读和验证等方面的详尽阐述。

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非常给力，活到老，学到老！

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内容很专业，送货速度也很快。适合具有一定流体力学基础的人学习。

评分☆☆☆☆☆

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