稀薄氣體動力學矩方法及數值模擬 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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陳偉芳 著

圖書標籤:

• 稀薄氣體動力學
• 矩方法
• 數值模擬
• 氣體流動
• 計算物理
• 物理學
• 工程
• 流體力學
• Boltzmann方程
• DSMC方法

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030554390

版次：01

商品編碼：12331924

包裝：精裝

叢書名： “十三五”國傢重點齣版物齣版規劃項目·重大齣版工程·高速聲速齣版工程

開本：32開

齣版時間：2017-11-01

頁數：352

正文語種：中文

內容簡介

本書共分為五章。第一章為緒論，闡述瞭Boltzmann方程與矩方程的研究意義、發展曆程、工程應用背景及麵臨的挑戰。第二章詳細介紹瞭稀薄氣體動力學中的基本概念，氣體宏觀屬性與微觀統計量之間的聯係，Boltzmann方程的基本假設與推導，基於Boltzmann方程的守恒定律及熱力學定律推導和矩方程的一般形式。第三章針對經典Chapmann-Enskog展開推導瞭不同類型二階矩方程--Burnett方程的一維與高維形式。

好的，以下是一份關於“稀薄氣體動力學矩方法及數值模擬”的圖書簡介，著重於該領域的核心內容和技術，旨在吸引對氣體動力學、計算物理和相關工程應用感興趣的讀者。 --- 圖書簡介：稀薄氣體動力學矩方法及數值模擬 深入探索稀薄氣體流動的計算前沿 本書聚焦於現代流體力學研究中的一個關鍵領域——稀薄氣體動力學。在微納尺度、高超聲速飛行、空間環境等復雜工況下，傳統基於連續介質假設的納維-斯托剋斯（Navier-Stokes）方程往往失效，需要更為精細的動力學模型來描述氣體行為。本書係統地闡述瞭如何運用矩方法（Moment Methods）來解決這些挑戰性的稀薄氣體問題，並結閤先進的數值模擬技術，提供瞭從理論基礎到實際應用的全麵指導。 核心內容與結構 本書圍繞稀薄氣體動力學的核心挑戰——從玻爾茲曼方程（Boltzmann Equation）到可解模型方程的構建與求解——展開。全書結構嚴謹，層次分明，旨在為讀者提供一個紮實的理論框架和實用的計算工具。 第一部分：理論基礎與稀薄氣體描述 本部分奠定瞭稀薄氣體動力學的基礎。首先，迴顧瞭氣體動力學的基本原理，重點介紹瞭玻爾茲曼方程及其在描述氣體微觀狀態分布函數方麵的核心作用。隨後，深入剖析瞭稀薄氣體流動的特徵，包括剋努森數（Knudsen Number, Kn）在不同流動 regimes 中的意義，以及連續介質模型（如Navier-Stokes方程）的適用邊界。 第二部分：矩方法的構建與應用 本書的核心在於對矩方法的詳盡闡述。矩方法是玻爾茲曼方程的一種降階技術，通過對分布函數進行矩展開或矩閉閤，將其轉化為一組有限的偏微分方程組。 矩展開理論： 詳細講解瞭如何通過選擇閤適的基函數（如多項式展開、指數截斷等）來構建矩方法體係。書中闡釋瞭不同階數矩展開的物理意義和局限性。 矩閉閤問題： 矩方法的核心難題在於高階矩的缺失，即“閉閤問題”。本書係統討論瞭常見的閉閤策略，包括最大熵原理（Maximum Entropy Principle）、Chapman-Enskog理論的推廣形式，以及基於物理洞察的半經驗閉閤模型。重點探討瞭如何確保閉閤模型在物理上保持一緻性，例如守恒律的保持和熱力學穩定性的滿足。 典型矩模型介紹： 涵蓋瞭從低階到高階的典型模型，如流綫法（DSMC的矩等價形式）、Grad的矩方法以及更高階的擴散模型。 第三部分：數值模擬技術與算法 理論模型的有效性依賴於可靠的數值求解技術。本部分專注於稀薄氣體動力學矩模型的數值實現。 數值方法的選擇： 針對矩方法産生的偏微分方程組（通常是雙麯型或混閤型的），係統介紹瞭適用於求解這些方程的數值格式。這包括有限體積法（Finite Volume Method）、有限差分法（Finite Difference Method）和有限元法（Finite Element Method）在處理復雜幾何和邊界條件時的應用。 時空離散化： 探討瞭處理雙麯方程（如守恒型方程）時，保證數值穩定性和精度的關鍵技術，如TVD（Total Variation Diminishing）格式、WENO（Weighted Essentially Non-Oscillatory）格式等。 邊界條件處理： 稀薄氣體流動中，邊界層的復雜性使得邊界條件的準確處理至關重要。書中詳細討論瞭不同類型的物理邊界（如壁麵、自由流齣口）的數學描述和數值映射方法。 高效計算策略： 針對矩方法導齣的方程組規模較大、耦閤性強等特點，本書探討瞭並行計算策略，以實現對復雜三維流場的有效模擬。 第四部分：應用案例與工程挑戰 本書通過一係列實際算例，展示瞭矩方法在解決工程實際問題中的強大能力。 微流控與MEMS： 闡述瞭矩方法在微通道內氣體流動、氣體軸承等微尺度應用中的優勢，尤其是在氣體滑移和溫度跳躍效應顯著的區域。 高超聲速與再入大氣層： 探討瞭在極高馬赫數下，氣體稀薄化導緻的激波結構變化、分離流和熱物理效應，以及矩方法如何提供比傳統CFD更精確的物理描述。 真空技術與空間環境模擬： 針對低密度氣體排放、衛星錶麵氣體再解吸等問題，展示瞭矩模型在模擬稀疏背景流中的應用潛力。 本書的特色與價值 本書的特色在於將嚴謹的理論推導與前沿的數值技術緊密結閤。它不僅是對稀薄氣體動力學模型的綜述，更是一部關於如何將這些模型轉化為可操作、可驗證的計算工具的實用指南。 理論的深度： 對矩方法背後的物理和數學基礎進行瞭深入的剖析，特彆是對閉閤問題的討論，有助於讀者理解不同模型的內在聯係和適用範圍。 方法的廣度： 涵蓋瞭從基礎玻爾茲曼方程到具體數值實現的完整流程，為研究人員和工程師提供瞭一套完整的解決問題的思路。 麵嚮實踐： 通過豐富的工程案例，讀者能夠清晰地認識到矩方法在剋服連續介質模型局限性方麵的獨特價值。 適用對象 本書適閤以下群體閱讀和參考： 1. 研究生及科研人員： 緻力於計算流體力學、氣體動力學、物理學及應用數學領域的研究人員，可作為高級教材或研究參考書。 2. 航空航天與微納技術工程師： 需要處理高超聲速流動、真空環境或微機電係統（MEMS）中氣體動力學問題的工程技術人員。 3. 計算科學專業人士： 尋求將高級數學工具應用於復雜物理係統建模的數值分析專傢。 通過本書的學習，讀者將能夠全麵掌握稀薄氣體動力學矩方法的理論精髓和數值實現技巧，為解決前沿的工程和科學問題奠定堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

就技術內容的深度而言，這本書在特定章節的處理上展現齣瞭極高的前沿性。我特彆留意瞭關於非平衡態係統的處理部分，作者對近年來發展起來的某些高階矩近似的修正項的討論，深度遠超我預期的標準。他不僅介紹瞭這些方法的標準形式，更深入地探討瞭它們在處理強非均勻性或高馬赫數流動時所遇到的奇異性和截斷誤差的來源。這一點非常關鍵，因為它直接關係到模型在實際工程應用中的可靠性邊界。從專業角度來看，這部分內容對於從事相關計算流體力學或等離子體物理研究的人員而言，無疑具有極高的參考價值，它提供的不僅是“怎麼算”，更是“為什麼這樣算可能齣錯”的深刻洞察，是檢驗模型魯棒性的重要依據。

評分☆☆☆☆☆

初次翻閱時，我最直觀的感受是作者在梳理理論脈絡上的深厚功力。開篇對於宏觀動力學與微觀統計物理之間過渡的敘述，處理得極其精妙，仿佛是搭起瞭一座堅實的橋梁，讓那些初次接觸高階模型的讀者也能逐步跟上節奏。他沒有急於拋齣復雜的數學推導，而是先用清晰的物理圖像去錨定核心概念，比如對希爾伯特空間和玻爾茲曼方程的引入，都顯得循序漸進，邏輯鏈條清晰可見。令人印象深刻的是，書中對“守恒律”在不同尺度下的體現進行瞭詳盡的剖析，這一點是很多同類書籍中常常被一帶而過的地方。這種對基礎支撐的強調，使得後續章節中那些看似高深的數值求解方法，都有瞭堅實的理論依托，讓人在學習新知識的同時，也對已有的物理認知進行瞭鞏固和深化。

評分☆☆☆☆☆

從一個長期在相關領域摸索的學習者的角度來看，這本書的整體價值毋庸置疑，但它的實用性門檻確實不低。它更像是一部為你量身打造的“內功心法秘籍”，而非一本“即開即用”的工具手冊。書中提供瞭大量的理論框架和求解範式，但對於如何將這些復雜的解析解或半解析解轉化為高效、穩定的計算機代碼，這方麵的內容相對比較精簡。舉例來說，在討論有限體積法或有限元方法在離散化這些矩方程時的穩定性控製策略時，書中的描述更多停留在理論層麵，缺乏具體的算法實現細節或性能對比。對於希望直接上手進行大規模數值模擬的工程師而言，可能還需要大量參考其他側重於計算實現的文獻，纔能將書中的精妙理論真正落地為可運行的程序。

評分☆☆☆☆☆

關於其敘事風格，我得說，這本書的作者顯然更傾嚮於“嚴謹的數學傢”而非“熱情的演說傢”。行文風格極其剋製，幾乎沒有使用任何帶有主觀色彩或煽動性的語言，完全是陳述性的、論證性的。每一個段落的銜接都像是經過瞭極其精密的計算，生怕齣現任何邏輯上的鬆動。這對於已經有一定基礎的讀者來說，無疑是一種福音，因為信息傳遞的效率極高，閱讀過程中不需要反復迴溯來確認作者的意圖。然而，對於希望通過生動的案例或者曆史背景來輔助理解的讀者群體，這本書的“骨感”可能會稍顯不足。例如，在介紹某個特定矩近似方法的誕生背景時，如果能穿插一些當時科研環境的描述，或者引用一些早期研究者的睏惑與突破，我相信能讓理論的“溫度”提升一個層次，使其更具感染力和可讀性，而不僅僅是一套冰冷的數學工具集。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計確實是花瞭心思的，封麵那種深邃的藍與銀灰色的字體搭配，散發齣一種沉穩而專業的學術氣息。拿在手裏，那種厚實感就讓人覺得內容必然是經過瞭嚴謹打磨的。我特彆喜歡它內頁紙張的選擇，摸起來很有質感，即便是長時間閱讀，眼睛也不會感到特彆疲勞。不過，坦白說，它的排版風格略顯傳統，對於習慣瞭現代化、留白更多的設計的新一代讀者來說，初看可能會覺得略微有些擁擠。例如，公式和圖錶的插入位置處理得比較緊湊，這雖然保證瞭信息的密度，但偶爾也會讓人在快速翻閱時找不到重點。我個人認為，如果能在圖注和關鍵定義的字體上做一些微妙的變化，比如使用稍微醒目的斜體或加粗，而不是完全依賴上下文來區分，閱讀體驗會更加流暢。但總體而言，作為一本麵嚮專業領域的教材或專著，它的物理呈現絕對是上乘的，體現瞭齣版方對學術嚴肅性的尊重。