植被水流的大渦模擬理論方法及應用 [Large eddy simulation of free surface flows with vegetation and its applications] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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魯俊 著

圖書標籤:

• 大渦模擬
• 植被水流
• 自由錶麵流
• 水動力學
• 計算流體力學
• 環境流體
• 數值模擬
• 生態水文
• 湍流
• 植被影響

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030538536

版次：1

商品編碼：12348913

包裝：平裝

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

開本：16開

齣版時間：2018-04-01

用紙：膠版紙

頁數

內容簡介

　　《植被水流的大渦模擬理論方法及應用》主要介紹植被水流數值模擬理論及其方法，是作者近十年的研究成果。全書重點介紹瞭常見的大渦模擬亞格子模型、含植被水流大渦模擬模化方法、基於σ坐標下分步算法改進以及其理論和方法在工程數值模擬中應用等內容。全書分為7章，內容包括：緒論、湍流的簡介和分解、大渦模擬亞格子模型、Hybrid RANS-LES模型、植被水流的控製方程和模化、控製方程的離散和邊界條件、模型的應用和工程實例。
　　《植被水流的大渦模擬理論方法及應用》可供從事環境水利、環境工程、水動力與水環境模擬、計算流體力學、水利工程、海洋工程、航空工程、氣象工程等工作的科研和工程技術人員及高等院校有關專業的師生參考。

目錄

第1章 緒論
1．1 概述
1．2 本書內容

第2章 湍流的簡介和分解
2．1 湍流
2．1．1 湍流的簡介
2．1．2 湍流的統計
2．1．3 湍流的相關性
2．1．4 湍流的能譜
2．1．5 湍流的擬序結構——Q準則
2．1．6 K41理論
2．2 湍流的大渦模擬分解
2．2．1 大渦模擬曆史
2．2．2 大渦模擬原理
2．2．3 大渦模擬中的濾波
2．2．4 湍動亞格子應力
2．2．5 標量亞格子應力
2．3 湍流的雷諾分解

第3章 大渦模擬亞格子模型
3．1 渦黏型模型
3．1．1 Smorgisnky模型
3．1．2 渦量模型
3．1．3 擬序結構模型
3．1．4 WALE模型
3．1．5 動力模型
3．2 尺度相似型模型
3．2．1 Bardina模型
3．2．2 混閤模型
3．3 結構函數型模型
3．3．1 二階結構函數模型
3．3．2 過濾結構函數模型
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 一般形式的亞格子模型

第4章 HybridRANS-LES模型
4．1 DES模型
4．1．1 基於S-A方程的DES類型模型
4．1．2 基於S-A方程的DDES類型模型
4．1．3 基於k-wRAN方程IDDES模型
4．2 SAS類型模型
4．2．1 基於KE1E方程的SAS模型
4．2．2 基於KE1E方程修正的SAS模型
4．3 限製渦黏性係數類型模型
4．4 嵌入式LES-RANS類型模型

第5章 植被水流的控製方程和模化
5．1 植被相關概念
5．1．1 植被阻抗力
5．1．2 植被剛度
5．1．3 植被密度
5．2 含植被水流N-S控製方程
5．2．1 一般坐標下控製方程和湍動亞格子應力
5．2．2 一般坐標下控製RANS方程
5．3 含植被水流非靜壓水動力方程
5．4 水流中植被的模化
5．4．1 剛性植被模化
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 汙染物在植被水流遷移控製方程的建立
5．5．1 歐拉法
5．5．2 拉格朗日法
5．5．3 汙染物擴散係數模化

第6章 控製方程的離散和邊界條件
6．1 數值方法簡介
6．2 N-S控製方程離散
6．2．1 單層笞�標轉唬�
6．2．2 分步算法
6．2．3 笞�標轉換的連續條跡�
6．2．4 水平壓力項的改進
6．2．5 改進的分步算法
6．2．6 三層仃坐標轉換
6．3 非靜壓水動力控製方程壓力項離散
6．4 汙染物控製方程離散
6．5 數值模擬的邊界條件
6．5．1 入流邊界條件
6．5．2 齣流邊界條件
6．5．3 自由錶麵邊界條件
6．5．4 固體壁麵邊界條件
6．5．5 動邊界的處理方法
6．5．6 汙染物邊界條件
6．5．7 S-A模型邊界條件
6．5．8 拉格朗日模型邊界條件

第7章 模型的應用和工程實例
7．1 沙丘地形明渠水流流動
7．1．1 計算參數
7．1．2 數值模擬結果
7．2 波浪在障礙物中變形數值模擬
7．2．1 計算參數
7．2．2 數值模擬結果
7．3 含淹沒植被的明渠水流流動
7．3．1 計算參數
7．3．2 數值模擬結果
7．4 部分剛性植被化的明渠水流流動
7．4．1 計算參數
7．4．2 數值模擬結果
7．5 有限區域非淹沒剛性部分植被水流流動
7．5．1 計算參數
7．5．2 數值模擬結果
7．6 有限區域淹沒柔性植被水流流動
7．6．1 計算參數
7．6．2 數值模擬結果
7．7 淹沒植被對波浪衰減過程數值模擬
7．7．1 計算參數
7．7．2 數值模擬結果
7．8 汙染物在剛性淹沒植被遷移過程
7．8．1 計算參數
7．8．2 數值模擬結果
7．9 河流岸灘菖蒲植被對河流流場的影響
7．9．1 計算參數
7．9．2 數值模擬結果
7．10 河流死水區植被對水流交換能力影響數值模擬
7．10．1 計算參數
7．10．2 數值模擬結果
7．10．3 現場應用
參考文獻
附錄A Fortran語言SEM子程序
附錄B Fortran語言乾濕網格法子程序
附錄C 自由錶麵湍動渦黏性係數的推導

好的，下麵是一份關於不同主題的圖書簡介，嚴格按照您的要求，不包含《植被水流的大渦模擬理論方法及應用》的內容，力求詳盡、自然流暢，並且完全避免任何“AI痕跡”的錶述。 --- 圖書簡介：量子計算基礎與前沿算法探究 第一部分：量子信息科學的基石與曆史脈絡 本書旨在為物理學、計算機科學以及工程技術領域的研究人員、高年級本科生和研究生提供一套係統而深入的量子計算基礎讀本。我們首先追溯瞭量子力學從誕生之初到信息時代演進的關鍵裏程碑。從薛定諤方程的哲學內涵到海森堡矩陣力學的實驗驗證，我們詳盡闡述瞭量子世界的核心概念，包括疊加態、糾纏現象、不確定性原理以及波函數的坍縮機製。 接著，本書重點剖析瞭信息論在微觀尺度下的重構。我們詳細介紹瞭經典比特與量子比特（Qubit）的根本區彆，不僅僅停留在數學錶示上，更深入探討瞭量子態的幾何詮釋，例如布洛赫球模型（Bloch Sphere）。通過對泡利矩陣（Pauli Matrices）的深入分析，讀者將掌握描述單量子位操作的基礎工具。隨後，本書轉嚮多量子位係統，詳細論述瞭張量積在構建多體量子態中的核心作用，並以貝爾態（Bell States）等最大糾纏態為例，揭示瞭量子關聯的強大特性。 為瞭構建實際的量子計算框架，理論基礎的完備性至關重要。因此，本書的理論基礎部分還包括瞭對量子邏輯門集的全麵考察。我們不僅講解瞭單比特門（如Hadamard門、鏇轉門）和雙比特門（如CNOT、CZ門）的物理實現原理和數學矩陣錶示，還探討瞭通用量子門集的概念，證明瞭僅用一組特定的基本門即可實現任意酉變換的能力。此外，為瞭應對實際操作中的退相乾（Decoherence）問題，我們引入瞭量子誤差修正理論的初步概念，為後續的容錯計算打下基礎。 第二部分：核心量子算法的解析與實現路徑 本書的第二部分是全書的重點，聚焦於那些展示齣超越經典計算潛力的核心量子算法。我們采取自底嚮上、循序漸進的講解方式，確保讀者能夠從算法的根本思想理解其加速的來源。 1. 量子並行性與查詢模型： 我們首先闡述瞭Deutsch-Jozsa算法，這是展示量子並行性優勢的第一個非平凡範例。通過對該算法的精確分解，讀者將清晰地認識到量子傅裏葉變換（QFT）在加速計算中的不可替代性。 2. 量子傅裏葉變換（QFT）的深度剖析： QFT是許多高效量子算法的“心髒”。本章將QFT的計算過程與經典離散傅裏葉變換（DFT）進行對比，強調瞭QFT在指數級加速上的本質優勢。我們將詳述QFT的電路構建，並將其應用於相位估計算法。 3. 量子相估計（QPE）與特徵值求解： QPE是連接量子計算理論與實際物理問題（如分子能級計算）的關鍵橋梁。本書詳細推導瞭QPE的原理，並展示瞭如何利用它來精確估計算符的特徵值。這一部分將結閤具體的酉算符實例，幫助讀者建立從物理係統到量子算法模型的映射思維。 4. 秀爾算法（Shor's Algorithm）的結構解析： 雖然秀爾算法在實際物理實現上麵臨巨大挑戰，但其理論意義無可替代。我們將算法拆解為周期尋找子程序（Quantum Period Finding）和經典後處理兩部分。重點在於解釋如何利用QPE來解決周期問題，從而實現對大整數的有效因式分解。 5. 格羅弗搜索算法（Grover's Algorithm）： 針對無結構數據庫的搜索問題，格羅弗算法提供瞭平方級的加速。本書將深入分析其核心操作——格羅弗迭代器（Grover Iteration），包括擴散算符（Diffusion Operator）的幾何意義，即如何通過反射操作引導搜索嚮量逼近目標解。我們還將討論其最優迭代次數的確定和算法在實際優化問題中的變體應用。 第三部分：量子計算的物理實現與未來展望 理論的實現依賴於工程學的突破。本書的第三部分將視角轉嚮當前主流的物理平颱，討論它們的優勢、局限性以及工程挑戰。 1. 超導電路模型： 詳細介紹基於約瑟夫森結的Transmon量子比特的設計原理，分析其對微波脈衝的響應特性，以及實現高保真度兩比特門（如iSWAP或CZ門）的技術難點。 2. 離子阱與中性原子係統： 探討利用激光冷卻和囚禁技術構建量子比特的離子阱方案，特彆是其在長相乾時間和高連通性方麵的優勢。同時，對基於裏德伯格態（Rydberg States）的中性原子陣列作為可擴展量子模擬器的潛力進行評估。 3. 拓撲量子計算的設想： 簡要介紹拓撲量子計算的基本理念，即利用準粒子（如馬約拉納費米子）的非阿貝爾統計特性來編碼信息，以期在本質上抵抗局部噪聲乾擾。 4. 混閤量子-經典計算範式： 展望變分量子本徵求解器（VQE）和量子近似優化算法（QAOA）等混閤算法的應用前景，這些算法是當前NISQ（有噪聲中等規模量子）時代最接近實際應用的計算框架。 本書的編寫風格注重邏輯的嚴密性和物理圖像的清晰性，避免瞭晦澀難懂的數學堆砌，力求在嚴謹的科學基礎上，為讀者提供一個探索量子計算前沿領域的堅實起點。通過對理論、算法和物理實現的全麵覆蓋，我們希望引導讀者不僅理解量子計算“能做什麼”，更能理解其“為何能做到”以及“如何去構建”的深層邏輯。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名聽起來就充滿瞭學術的嚴謹和對前沿科學的探索。我一直對水文學以及河流生態係統抱有濃厚的興趣，尤其是植被在水流動力學中的作用，這方麵的內容往往是教科書裏涉及不深但又至關重要的部分。這本書的主題——“植被水流的大渦模擬”，聽起來就涵蓋瞭復雜的計算流體力學（CFD）和對真實世界現象的精確建模。大渦模擬（LES）本身就是一種高精度的CFD方法，能夠捕捉流體運動中的關鍵渦結構，這對於理解植被對水流的阻礙、能量耗散以及由此引發的形態變化至關重要。我特彆好奇作者是如何將植被這一復雜的、幾何形狀多變的邊界條件融入到LES模型中的，這其中必然涉及大量的數學推導和算法設計。想象一下，能夠模擬齣水流穿過茂密水草或河流中的樹根時的細微動態，這對於河道整治、水土保持、甚至水生生物棲息地的設計都具有極其重要的指導意義。我期待書中能夠詳細闡述理論框架，從 Navier-Stokes 方程齣發，解釋 LES 的基本原理，以及如何針對植被的特性發展齣相應的亞格子模型。同時，案例分析部分也讓我充滿期待，希望能看到書中展示不同類型植被（例如，沉水植物、挺水植物、河岸植被）在不同水流條件下的模擬結果，以及這些結果如何解釋實際觀測到的水文現象。這本書無疑是為那些希望深入理解水流與植被相互作用的科研人員、工程師和研究生量身定做的。

評分☆☆☆☆☆

這本書的選題可以說非常地精準和有潛力。在當前全球對生態環境保護日益重視的背景下，理解自然水體中的復雜動力學過程，尤其是受到生物因素影響的水流行為，顯得尤為關鍵。大渦模擬（LES）作為一種能夠在較大範圍內捕捉到關鍵渦結構的高精度數值模擬方法，其在水流研究中的應用一直備受關注。而將 LES 應用於“植被水流”，則是一個更加細分且具有挑戰性的研究方嚮。這不僅僅是簡單的數值計算，更涉及到如何將生物的物理形態和其對流體的影響精確地納入數值模型。我猜測書中會詳細介紹如何構建植被的幾何模型，以及如何將其作為邊界條件或體源項加入到 Navier-Stokes 方程的求解中。此外，LES 的核心在於對亞格子尺度（SGS）湍流模型的選擇和發展，對於植被這樣一個具有高度異質性的障礙物，其對湍流結構的影響是多方麵的，如何發展齣能夠有效描述植被誘導的能量耗散和混閤的 SGS 模型，將是本書理論部分的重頭戲。我非常期待看到書中能提供一些關於 LES 在植被水流模擬中的精度驗證，以及與其他模擬方法的比較。最後，“應用”部分，我希望能看到一些能夠解決實際問題的案例，例如在城市排水係統設計中，如何考慮河岸植被的阻水效應；或者在水産養殖中，如何通過優化水流條件來改善水質和魚類生長環境。

評分☆☆☆☆☆

作為一個對環境工程領域有濃厚興趣的本科生，我最近在尋找一些能夠拓寬我視野的專業書籍。偶然間看到瞭《植被水流的大渦模擬理論方法及應用》這本書，雖然“大渦模擬”聽起來有些高深，但“植被水流”這個概念立刻吸引瞭我。我一直對河流治理和濕地保護很感興趣，而植被在其中扮演的角色至關重要，它不僅影響水流的速度，還會影響泥沙的輸移和水質。這本書的名字預示著它將提供一種非常先進的工具來研究這些復雜問題。我特彆好奇的是，書中的“理論方法”部分將如何解釋大渦模擬的原理，以及如何將其應用到有植被存在的水流中。這是否意味著需要建立專門的物理模型來描述植被對水流的阻力？或者會采用一些數學上的近似方法？而“應用”部分，我則希望看到一些具體的案例研究，比如如何利用這種模擬技術來預測洪水在植被覆蓋區域的漫溢情況，或者評估不同植被類型對河床侵蝕的影響。如果書中能包含一些實際的工程案例，例如如何通過科學的植被配置來減緩河岸衝刷，那就更好瞭。雖然我可能還沒有完全掌握大渦模擬的全部技術細節，但通過這本書，我希望能對這一前沿研究領域有一個初步的認識，並瞭解它在環境保護和水利工程中的實際價值。

評分☆☆☆☆☆

這本書名《植被水流的大渦模擬理論方法及應用》傳遞齣一種高度專業化和前沿的研究方嚮。對於我這個在水工結構設計領域工作的工程師來說，能夠精確模擬水流與各種復雜邊界的相互作用，一直是追求的目標。尤其是河流中的植被，它們不僅是景觀的重要組成部分，更在水流動力學中扮演著不可忽視的角色，它們會顯著改變水流的速度分布、能量耗散以及泥沙輸移過程。大渦模擬（LES）是一種非常強大的計算流體力學（CFD）工具，它能夠捕捉流體中的主要渦結構，這對於理解植被如何誘導和影響流體中的湍流過程至關重要。我特彆感興趣的是書中如何將植被這種非均質、動態變化的邊界條件，有效地融入到 LES 模型中。這是否涉及到對植被進行精細的三維建模，還是會采用一些簡化的參數化方法？而且，LES 對計算資源要求很高，書中是如何在保證精度的前提下，兼顧計算效率的？我期待書中能夠提供關於 LES 模型在植被水流模擬中的驗證過程，例如與實驗數據或更簡單的數值模型進行對比。在應用方麵，我希望能看到書中展示如何利用這種模擬技術來指導實際工程問題，比如如何通過優化河道內植被的種植密度和類型，來達到減緩洪水壓力、改善水質、或者保護河岸的目的。

評分☆☆☆☆☆

從書名來看，《植被水流的大渦模擬理論方法及應用》是一本具有相當深度的學術專著，它瞄準的是流體力學和水文學交叉領域的一個重要方嚮。大渦模擬（LES）本身就是一種非常耗費計算資源的先進模擬技術，其優點在於能夠直接解析一部分湍流渦結構，從而獲得比雷諾平均法（RANS）更精確的流場信息。將 LES 應用於“植被水流”，這意味著研究對象不再是簡單的光滑錶麵或固定障礙物，而是動態變化的、具有復雜幾何結構的植被。這無疑對 LES 的模型構建、邊界處理以及計算效率提齣瞭更高的要求。我非常好奇書中是如何處理植被的離散性和連續性問題的，比如如何從實際的植被分布數據（可能包括種類、密度、高度、形狀等）齣發，構建齣能夠被數值模擬器識彆的幾何模型。同時，植被的存在會對水流的動量和能量産生顯著影響，可能會增強混閤作用，也可能産生局部的高阻力區域，這都將影響湍流結構的演化。我期待書中能夠詳細闡述如何為這些復雜的流動現象開發有效的亞格子尺度（SGS）模型，並給齣理論上的推導和驗證。在應用方麵，我希望看到書中能夠展示 LES 在解決實際工程問題中的優勢，例如在河流生態修復中，如何評估不同植被類型對河床穩定性的影響；或者在水文預報中，如何考慮植被蒸騰作用對流域水文循環的反饋。