植被水流的大涡模拟理论方法及应用 [Large eddy simulation of free surface flows with vegetation and its applications] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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鲁俊 著

图书标签:

• 大涡模拟
• 植被水流
• 自由表面流
• 水动力学
• 计算流体力学
• 环境流体
• 数值模拟
• 生态水文
• 湍流
• 植被影响

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030538536

版次：1

商品编码：12348913

包装：平装

外文名称：Large eddy simulation of free surface flows with vegetation and its applications

开本：16开

出版时间：2018-04-01

用纸：胶版纸

页数

内容简介

　　《植被水流的大涡模拟理论方法及应用》主要介绍植被水流数值模拟理论及其方法，是作者近十年的研究成果。全书重点介绍了常见的大涡模拟亚格子模型、含植被水流大涡模拟模化方法、基于σ坐标下分步算法改进以及其理论和方法在工程数值模拟中应用等内容。全书分为7章，内容包括：绪论、湍流的简介和分解、大涡模拟亚格子模型、Hybrid RANS-LES模型、植被水流的控制方程和模化、控制方程的离散和边界条件、模型的应用和工程实例。
　　《植被水流的大涡模拟理论方法及应用》可供从事环境水利、环境工程、水动力与水环境模拟、计算流体力学、水利工程、海洋工程、航空工程、气象工程等工作的科研和工程技术人员及高等院校有关专业的师生参考。

目录

第1章 绪论
1．1 概述
1．2 本书内容

第2章 湍流的简介和分解
2．1 湍流
2．1．1 湍流的简介
2．1．2 湍流的统计
2．1．3 湍流的相关性
2．1．4 湍流的能谱
2．1．5 湍流的拟序结构——Q准则
2．1．6 K41理论
2．2 湍流的大涡模拟分解
2．2．1 大涡模拟历史
2．2．2 大涡模拟原理
2．2．3 大涡模拟中的滤波
2．2．4 湍动亚格子应力
2．2．5 标量亚格子应力
2．3 湍流的雷诺分解

第3章 大涡模拟亚格子模型
3．1 涡黏型模型
3．1．1 Smorgisnky模型
3．1．2 涡量模型
3．1．3 拟序结构模型
3．1．4 WALE模型
3．1．5 动力模型
3．2 尺度相似型模型
3．2．1 Bardina模型
3．2．2 混合模型
3．3 结构函数型模型
3．3．1 二阶结构函数模型
3．3．2 过滤结构函数模型
3．4 能量型模型
3．4．1 Yishizawa模型
3．4．2 Inagaki模型
3．4．3 Sagaut模型
3．5 一般形式的亚格子模型

第4章 HybridRANS-LES模型
4．1 DES模型
4．1．1 基于S-A方程的DES类型模型
4．1．2 基于S-A方程的DDES类型模型
4．1．3 基于k-wRAN方程IDDES模型
4．2 SAS类型模型
4．2．1 基于KE1E方程的SAS模型
4．2．2 基于KE1E方程修正的SAS模型
4．3 限制涡黏性系数类型模型
4．4 嵌入式LES-RANS类型模型

第5章 植被水流的控制方程和模化
5．1 植被相关概念
5．1．1 植被阻抗力
5．1．2 植被刚度
5．1．3 植被密度
5．2 含植被水流N-S控制方程
5．2．1 一般坐标下控制方程和湍动亚格子应力
5．2．2 一般坐标下控制RANS方程
5．3 含植被水流非静压水动力方程
5．4 水流中植被的模化
5．4．1 刚性植被模化
5．4．2 柔性植被模化
5．4．3 波浪中植被的模化
5．4．4 湍流模型模化
5．5 污染物在植被水流迁移控制方程的建立
5．5．1 欧拉法
5．5．2 拉格朗日法
5．5．3 污染物扩散系数模化

第6章 控制方程的离散和边界条件
6．1 数值方法简介
6．2 N-S控制方程离散
6．2．1 单层笞�标转唬�
6．2．2 分步算法
6．2．3 笞�标转换的连续条迹�
6．2．4 水平压力项的改进
6．2．5 改进的分步算法
6．2．6 三层仃坐标转换
6．3 非静压水动力控制方程压力项离散
6．4 污染物控制方程离散
6．5 数值模拟的边界条件
6．5．1 入流边界条件
6．5．2 出流边界条件
6．5．3 自由表面边界条件
6．5．4 固体壁面边界条件
6．5．5 动边界的处理方法
6．5．6 污染物边界条件
6．5．7 S-A模型边界条件
6．5．8 拉格朗日模型边界条件

第7章 模型的应用和工程实例
7．1 沙丘地形明渠水流流动
7．1．1 计算参数
7．1．2 数值模拟结果
7．2 波浪在障碍物中变形数值模拟
7．2．1 计算参数
7．2．2 数值模拟结果
7．3 含淹没植被的明渠水流流动
7．3．1 计算参数
7．3．2 数值模拟结果
7．4 部分刚性植被化的明渠水流流动
7．4．1 计算参数
7．4．2 数值模拟结果
7．5 有限区域非淹没刚性部分植被水流流动
7．5．1 计算参数
7．5．2 数值模拟结果
7．6 有限区域淹没柔性植被水流流动
7．6．1 计算参数
7．6．2 数值模拟结果
7．7 淹没植被对波浪衰减过程数值模拟
7．7．1 计算参数
7．7．2 数值模拟结果
7．8 污染物在刚性淹没植被迁移过程
7．8．1 计算参数
7．8．2 数值模拟结果
7．9 河流岸滩菖蒲植被对河流流场的影响
7．9．1 计算参数
7．9．2 数值模拟结果
7．10 河流死水区植被对水流交换能力影响数值模拟
7．10．1 计算参数
7．10．2 数值模拟结果
7．10．3 现场应用
参考文献
附录A Fortran语言SEM子程序
附录B Fortran语言干湿网格法子程序
附录C 自由表面湍动涡黏性系数的推导

好的，下面是一份关于不同主题的图书简介，严格按照您的要求，不包含《植被水流的大涡模拟理论方法及应用》的内容，力求详尽、自然流畅，并且完全避免任何“AI痕迹”的表述。 --- 图书简介：量子计算基础与前沿算法探究 第一部分：量子信息科学的基石与历史脉络 本书旨在为物理学、计算机科学以及工程技术领域的研究人员、高年级本科生和研究生提供一套系统而深入的量子计算基础读本。我们首先追溯了量子力学从诞生之初到信息时代演进的关键里程碑。从薛定谔方程的哲学内涵到海森堡矩阵力学的实验验证，我们详尽阐述了量子世界的核心概念，包括叠加态、纠缠现象、不确定性原理以及波函数的坍缩机制。 接着，本书重点剖析了信息论在微观尺度下的重构。我们详细介绍了经典比特与量子比特（Qubit）的根本区别，不仅仅停留在数学表示上，更深入探讨了量子态的几何诠释，例如布洛赫球模型（Bloch Sphere）。通过对泡利矩阵（Pauli Matrices）的深入分析，读者将掌握描述单量子位操作的基础工具。随后，本书转向多量子位系统，详细论述了张量积在构建多体量子态中的核心作用，并以贝尔态（Bell States）等最大纠缠态为例，揭示了量子关联的强大特性。 为了构建实际的量子计算框架，理论基础的完备性至关重要。因此，本书的理论基础部分还包括了对量子逻辑门集的全面考察。我们不仅讲解了单比特门（如Hadamard门、旋转门）和双比特门（如CNOT、CZ门）的物理实现原理和数学矩阵表示，还探讨了通用量子门集的概念，证明了仅用一组特定的基本门即可实现任意酉变换的能力。此外，为了应对实际操作中的退相干（Decoherence）问题，我们引入了量子误差修正理论的初步概念，为后续的容错计算打下基础。 第二部分：核心量子算法的解析与实现路径 本书的第二部分是全书的重点，聚焦于那些展示出超越经典计算潜力的核心量子算法。我们采取自底向上、循序渐进的讲解方式，确保读者能够从算法的根本思想理解其加速的来源。 1. 量子并行性与查询模型： 我们首先阐述了Deutsch-Jozsa算法，这是展示量子并行性优势的第一个非平凡范例。通过对该算法的精确分解，读者将清晰地认识到量子傅里叶变换（QFT）在加速计算中的不可替代性。 2. 量子傅里叶变换（QFT）的深度剖析： QFT是许多高效量子算法的“心脏”。本章将QFT的计算过程与经典离散傅里叶变换（DFT）进行对比，强调了QFT在指数级加速上的本质优势。我们将详述QFT的电路构建，并将其应用于相位估计算法。 3. 量子相估计（QPE）与特征值求解： QPE是连接量子计算理论与实际物理问题（如分子能级计算）的关键桥梁。本书详细推导了QPE的原理，并展示了如何利用它来精确估计算符的特征值。这一部分将结合具体的酉算符实例，帮助读者建立从物理系统到量子算法模型的映射思维。 4. 秀尔算法（Shor's Algorithm）的结构解析： 虽然秀尔算法在实际物理实现上面临巨大挑战，但其理论意义无可替代。我们将算法拆解为周期寻找子程序（Quantum Period Finding）和经典后处理两部分。重点在于解释如何利用QPE来解决周期问题，从而实现对大整数的有效因式分解。 5. 格罗弗搜索算法（Grover's Algorithm）： 针对无结构数据库的搜索问题，格罗弗算法提供了平方级的加速。本书将深入分析其核心操作——格罗弗迭代器（Grover Iteration），包括扩散算符（Diffusion Operator）的几何意义，即如何通过反射操作引导搜索向量逼近目标解。我们还将讨论其最优迭代次数的确定和算法在实际优化问题中的变体应用。 第三部分：量子计算的物理实现与未来展望 理论的实现依赖于工程学的突破。本书的第三部分将视角转向当前主流的物理平台，讨论它们的优势、局限性以及工程挑战。 1. 超导电路模型： 详细介绍基于约瑟夫森结的Transmon量子比特的设计原理，分析其对微波脉冲的响应特性，以及实现高保真度两比特门（如iSWAP或CZ门）的技术难点。 2. 离子阱与中性原子系统： 探讨利用激光冷却和囚禁技术构建量子比特的离子阱方案，特别是其在长相干时间和高连通性方面的优势。同时，对基于里德伯格态（Rydberg States）的中性原子阵列作为可扩展量子模拟器的潜力进行评估。 3. 拓扑量子计算的设想： 简要介绍拓扑量子计算的基本理念，即利用准粒子（如马约拉纳费米子）的非阿贝尔统计特性来编码信息，以期在本质上抵抗局部噪声干扰。 4. 混合量子-经典计算范式： 展望变分量子本征求解器（VQE）和量子近似优化算法（QAOA）等混合算法的应用前景，这些算法是当前NISQ（有噪声中等规模量子）时代最接近实际应用的计算框架。 本书的编写风格注重逻辑的严密性和物理图像的清晰性，避免了晦涩难懂的数学堆砌，力求在严谨的科学基础上，为读者提供一个探索量子计算前沿领域的坚实起点。通过对理论、算法和物理实现的全面覆盖，我们希望引导读者不仅理解量子计算“能做什么”，更能理解其“为何能做到”以及“如何去构建”的深层逻辑。

评分☆☆☆☆☆

这本书名《植被水流的大涡模拟理论方法及应用》传递出一种高度专业化和前沿的研究方向。对于我这个在水工结构设计领域工作的工程师来说，能够精确模拟水流与各种复杂边界的相互作用，一直是追求的目标。尤其是河流中的植被，它们不仅是景观的重要组成部分，更在水流动力学中扮演着不可忽视的角色，它们会显著改变水流的速度分布、能量耗散以及泥沙输移过程。大涡模拟（LES）是一种非常强大的计算流体力学（CFD）工具，它能够捕捉流体中的主要涡结构，这对于理解植被如何诱导和影响流体中的湍流过程至关重要。我特别感兴趣的是书中如何将植被这种非均质、动态变化的边界条件，有效地融入到 LES 模型中。这是否涉及到对植被进行精细的三维建模，还是会采用一些简化的参数化方法？而且，LES 对计算资源要求很高，书中是如何在保证精度的前提下，兼顾计算效率的？我期待书中能够提供关于 LES 模型在植被水流模拟中的验证过程，例如与实验数据或更简单的数值模型进行对比。在应用方面，我希望能看到书中展示如何利用这种模拟技术来指导实际工程问题，比如如何通过优化河道内植被的种植密度和类型，来达到减缓洪水压力、改善水质、或者保护河岸的目的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的选题可以说非常地精准和有潜力。在当前全球对生态环境保护日益重视的背景下，理解自然水体中的复杂动力学过程，尤其是受到生物因素影响的水流行为，显得尤为关键。大涡模拟（LES）作为一种能够在较大范围内捕捉到关键涡结构的高精度数值模拟方法，其在水流研究中的应用一直备受关注。而将 LES 应用于“植被水流”，则是一个更加细分且具有挑战性的研究方向。这不仅仅是简单的数值计算，更涉及到如何将生物的物理形态和其对流体的影响精确地纳入数值模型。我猜测书中会详细介绍如何构建植被的几何模型，以及如何将其作为边界条件或体源项加入到 Navier-Stokes 方程的求解中。此外，LES 的核心在于对亚格子尺度（SGS）湍流模型的选择和发展，对于植被这样一个具有高度异质性的障碍物，其对湍流结构的影响是多方面的，如何发展出能够有效描述植被诱导的能量耗散和混合的 SGS 模型，将是本书理论部分的重头戏。我非常期待看到书中能提供一些关于 LES 在植被水流模拟中的精度验证，以及与其他模拟方法的比较。最后，“应用”部分，我希望能看到一些能够解决实际问题的案例，例如在城市排水系统设计中，如何考虑河岸植被的阻水效应；或者在水产养殖中，如何通过优化水流条件来改善水质和鱼类生长环境。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对环境工程领域有浓厚兴趣的本科生，我最近在寻找一些能够拓宽我视野的专业书籍。偶然间看到了《植被水流的大涡模拟理论方法及应用》这本书，虽然“大涡模拟”听起来有些高深，但“植被水流”这个概念立刻吸引了我。我一直对河流治理和湿地保护很感兴趣，而植被在其中扮演的角色至关重要，它不仅影响水流的速度，还会影响泥沙的输移和水质。这本书的名字预示着它将提供一种非常先进的工具来研究这些复杂问题。我特别好奇的是，书中的“理论方法”部分将如何解释大涡模拟的原理，以及如何将其应用到有植被存在的水流中。这是否意味着需要建立专门的物理模型来描述植被对水流的阻力？或者会采用一些数学上的近似方法？而“应用”部分，我则希望看到一些具体的案例研究，比如如何利用这种模拟技术来预测洪水在植被覆盖区域的漫溢情况，或者评估不同植被类型对河床侵蚀的影响。如果书中能包含一些实际的工程案例，例如如何通过科学的植被配置来减缓河岸冲刷，那就更好了。虽然我可能还没有完全掌握大涡模拟的全部技术细节，但通过这本书，我希望能对这一前沿研究领域有一个初步的认识，并了解它在环境保护和水利工程中的实际价值。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名听起来就充满了学术的严谨和对前沿科学的探索。我一直对水文学以及河流生态系统抱有浓厚的兴趣，尤其是植被在水流动力学中的作用，这方面的内容往往是教科书里涉及不深但又至关重要的部分。这本书的主题——“植被水流的大涡模拟”，听起来就涵盖了复杂的计算流体力学（CFD）和对真实世界现象的精确建模。大涡模拟（LES）本身就是一种高精度的CFD方法，能够捕捉流体运动中的关键涡结构，这对于理解植被对水流的阻碍、能量耗散以及由此引发的形态变化至关重要。我特别好奇作者是如何将植被这一复杂的、几何形状多变的边界条件融入到LES模型中的，这其中必然涉及大量的数学推导和算法设计。想象一下，能够模拟出水流穿过茂密水草或河流中的树根时的细微动态，这对于河道整治、水土保持、甚至水生生物栖息地的设计都具有极其重要的指导意义。我期待书中能够详细阐述理论框架，从 Navier-Stokes 方程出发，解释 LES 的基本原理，以及如何针对植被的特性发展出相应的亚格子模型。同时，案例分析部分也让我充满期待，希望能看到书中展示不同类型植被（例如，沉水植物、挺水植物、河岸植被）在不同水流条件下的模拟结果，以及这些结果如何解释实际观测到的水文现象。这本书无疑是为那些希望深入理解水流与植被相互作用的科研人员、工程师和研究生量身定做的。

评分☆☆☆☆☆

从书名来看，《植被水流的大涡模拟理论方法及应用》是一本具有相当深度的学术专著，它瞄准的是流体力学和水文学交叉领域的一个重要方向。大涡模拟（LES）本身就是一种非常耗费计算资源的先进模拟技术，其优点在于能够直接解析一部分湍流涡结构，从而获得比雷诺平均法（RANS）更精确的流场信息。将 LES 应用于“植被水流”，这意味着研究对象不再是简单的光滑表面或固定障碍物，而是动态变化的、具有复杂几何结构的植被。这无疑对 LES 的模型构建、边界处理以及计算效率提出了更高的要求。我非常好奇书中是如何处理植被的离散性和连续性问题的，比如如何从实际的植被分布数据（可能包括种类、密度、高度、形状等）出发，构建出能够被数值模拟器识别的几何模型。同时，植被的存在会对水流的动量和能量产生显著影响，可能会增强混合作用，也可能产生局部的高阻力区域，这都将影响湍流结构的演化。我期待书中能够详细阐述如何为这些复杂的流动现象开发有效的亚格子尺度（SGS）模型，并给出理论上的推导和验证。在应用方面，我希望看到书中能够展示 LES 在解决实际工程问题中的优势，例如在河流生态修复中，如何评估不同植被类型对河床稳定性的影响；或者在水文预报中，如何考虑植被蒸腾作用对流域水文循环的反馈。