畸形波的模擬方法 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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圖書標籤:

• 畸形波
• 波形分析
• 模擬技術
• 信號處理
• 數值計算
• MATLAB
• Simulink
• 電路仿真
• 電磁兼容性
• 高等工程數學

齣版社： 上海交通大學齣版社

ISBN：9787313181732

版次：1

商品編碼：12364667

包裝：平裝

齣版時間：2017-12-01

《流體動力學中的數值計算》 內容簡介 本書深入探討瞭流體動力學領域中至關重要的數值計算方法。我們將從基礎的離散化技術齣發，逐步引導讀者理解如何將連續的偏微分方程轉化為可在計算機上求解的代數方程組。全書內容涵蓋瞭數值方法的原理、算法設計、精度分析以及在實際工程問題中的應用，旨在為讀者提供一套係統而全麵的流體動力學數值計算知識體係。 第一部分：數值計算基礎 在本書的第一部分，我們將奠定堅實的數值計算基礎。我們將首先迴顧流體動力學研究中常見的偏微分方程，例如納維-斯托剋斯方程組，它們是描述流體運動的基本定律。隨後，我們將詳細介紹幾種核心的離散化技術，包括有限差分法（Finite Difference Method, FDM）、有限體積法（Finite Volume Method, FVM）和有限元法（Finite Element Method, FEM）。 有限差分法（FDM）：我們將介紹如何通過泰勒展開來近似微分算子，以及如何構建網格點上的差分格式。重點將放在不同階數的差分格式（如二階中心差分、嚮前差分、嚮後差分）的推導和比較，並分析其數值精度和穩定性。我們將探討如何處理邊界條件，以及在不規則幾何形狀上的FDM應用挑戰。 有限體積法（FVM）：FVM是目前在流體動力學模擬中應用最為廣泛的方法之一。本書將詳細闡述其核心思想：積分守恒。我們將通過對控製體進行積分，然後使用數值積分技術來近似積分值，從而導齣離散方程。重點將放在通量計算（如中心通量、迎風通量、Lax-Friedrichs、Roe、Steger-Warming等通量分裂方法）的設計，以及如何保證物理量的守恒性。我們將討論FVM在處理復雜幾何形狀和非結構網格上的優勢。 有限元法（FEM）：FEM則是一種基於變分原理的方法。我們將介紹基函數（shape functions）的概念，以及如何使用它們來近似求解域內的未知函數。本書將詳細講解Galerkin方法，並將FEM與FVM和FDM進行比較，討論它們在不同類型問題上的適用性和優缺點。 除瞭上述核心離散化方法，第一部分還將涉及數值綫性代數。我們將介紹求解大型稀疏綫性方程組的迭代方法，如雅可比迭代、高斯-賽德爾迭代、共軛梯度法（Conjugate Gradient, CG）以及廣義最小殘量法（Generalized Minimum Residual, GMRES）等。這些方法對於處理大規模流體模擬至關重要。 第二部分：數值求解算法與穩定性分析 在掌握瞭基本的離散化技術後，第二部分將重點關注如何求解離散後的代數方程組，以及保證數值模擬的穩定性和準確性。 求解算法：我們將深入研究各種求解器，包括顯式方法和隱式方法。對於顯式方法，如歐拉嚮前法、龍格-庫塔法，我們將分析其時間步長限製（CFL條件）以及它們在處理某些物理現象時的局限性。對於隱式方法，如歐拉嚮後法、Crank-Nicolson法，我們將探討它們如何允許更大的時間步長，但同時需要求解隱式方程組，並分析其穩定性優勢。 穩定性分析：數值穩定性的概念是任何數值模擬的基石。我們將介紹幾種重要的穩定性分析技術，包括馮·諾依曼穩定性分析（Von Neumann stability analysis）和矩陣譜分析。我們將詳細講解如何通過分析放大因子（amplification factor）或特徵值來判斷數值格式是否穩定，並探討數值擴散（numerical diffusion）和數值振蕩（numerical oscillations）的産生原因及其緩解方法。 壓力-速度耦閤：在求解不可壓縮流體的納維-斯托剋斯方程時，壓力和速度的耦閤是關鍵挑戰。本書將詳細介紹幾種常用的壓力-速度耦閤算法，如SIMPLER係列算法（SIMPLE, SIMPLER, SIMPLIC), PISO算法（Pressure-Implicit with Splitting of Operators）。我們將分析這些算法的工作原理，以及它們如何在迭代求解過程中滿足連續性方程。 高精度格式與湍流模型：為瞭提高計算精度，我們將探討一些高精度數值格式，例如WENO（Weighted Essentially Non-Oscillatory）格式，並討論它們在捕捉激波和高梯度區域的優勢。此外，對於涉及湍流的流動，我們將介紹常用的湍流模型，如RANS（Reynolds-Averaged Navier-Stokes）模型（如Spalart-Allmaras, $k-epsilon$, $k-omega$ 模型）和LES（Large Eddy Simulation）模型，並討論如何將這些模型與數值方法相結閤。 第三部分：網格生成與自適應技術 為瞭有效地模擬復雜幾何形狀的流動，一個良好的網格係統至關重要。第三部分將探討網格生成技術以及如何通過網格自適應來提高計算效率和精度。 網格類型：我們將介紹結構網格（structured grids）和非結構網格（unstructured grids）的特點。結構網格易於生成和管理，但難以適應復雜幾何。非結構網格則具有高度的靈活性，能夠更好地貼閤復雜邊界，但計算實現也更復雜。 網格生成方法：我們將介紹幾種常用的網格生成方法，包括疊氮法（advancing front method）、 Delaunay 三角剖分、以及基於代數構造的網格生成方法。對於復雜的三維幾何，我們還將討論如何生成混閤網格（hybrid meshes），即在不同區域使用不同類型的網格。 網格自適應：為瞭提高計算效率，我們希望在流動特徵明顯（如激波、渦）的區域使用更精細的網格，而在流動平緩的區域使用較粗的網格。本書將介紹基於誤差估計的網格自適應方法，包括傳感器（error indicators）的設計，以及如何根據誤差估計對網格進行局部加密或粗化。我們將討論網格自適應在降低計算成本和提高模擬精度方麵的重要作用。 第四部分：工程應用與案例研究 在掌握瞭理論和方法之後，第四部分將展示流體動力學數值計算在實際工程問題中的廣泛應用，並通過具體案例進行深入剖析。 航空航天工程：我們將探討計算流體力學（CFD）在飛機翼型設計、發動機內部流動模擬、火箭發射過程中空氣動力學分析等方麵的應用。例如，如何通過CFD預測翼型在不同攻角下的升阻特性，以及如何模擬超音速流動中的激波現象。 汽車工程：本書將展示CFD在汽車空氣動力學設計中的作用，如降低風阻、改善冷卻效率、優化車內氣流分布等。我們將分析如何通過CFD優化車身造型，以減少燃油消耗並提高駕駛舒適性。 環境工程：我們將探討CFD在汙染物擴散模擬、河流湖泊水動力學分析、城市通風研究等方麵的應用。例如，如何模擬有毒氣體在大氣中的擴散過程，以及如何預測汙水排放對水體的影響。 生物醫學工程：我們將展示CFD在血流動力學模擬、藥物輸送研究、呼吸係統模型等方麵的應用。例如，如何模擬心髒瓣膜的流動特性，以及如何分析藥物在血管中的分布。 工業過程模擬：我們將涉及CFD在工業攪拌器設計、化工反應器模擬、換熱器優化等領域的應用。例如，如何通過CFD優化攪拌器的槳葉形狀，以實現高效的混閤。 在每個案例研究中，我們將詳細介紹問題的背景、所采用的數值方法、網格生成策略、邊界條件設置、求解器選擇以及結果的解釋和驗證。我們將強調數值模擬結果與實驗數據或理論預測的對比，以評估模擬的可靠性。 總結 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的流體動力學數值計算指南。通過學習本書，讀者將能夠理解各種數值方法的原理，掌握求解復雜流體問題的計算技術，並能夠獨立地進行數值模擬，從而為解決實際工程和科學問題提供有力的工具。本書適閤高等院校的本科生、研究生以及從事相關研究和工程開發的專業人士閱讀。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對科學普及內容有較高要求的讀者，我發現《畸形波的模擬方法》這本書提供瞭一種絕佳的體驗。它能夠讓你在不具備深厚專業背景的情況下，也能逐步理解一個相對復雜的科學領域。本書的敘述方式非常巧妙，作者似乎懂得如何平衡科學的嚴謹性和讀者的接受度。書中並沒有上來就拋齣晦澀難懂的公式，而是先從一些直觀的現象入手，例如日常生活中可能觀察到的不規則波浪，然後逐步引入背後的科學原理。我尤其欣賞書中對於“畸形波”的定義和分類，這讓原本模糊的概念變得清晰起來。作者通過生動的比喻和形象的圖示，將復雜的模擬過程可視化，讓讀者仿佛置身於計算機模擬的海洋之中。讀完這本書，我對海浪的認識不再是韆篇一律的“波浪”，而是能理解其背後豐富的多樣性和變化性。它不僅滿足瞭我對科學知識的渴望，更激發瞭我對海洋科學更進一步探索的興趣，讓我覺得學習這些知識是一件充滿樂趣的事情。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是我近期閱讀過的最令人耳目一新的學術著作瞭！作為一名海洋科學專業的學生，我一直對那些看似混亂卻又遵循某種內在規律的海浪著迷。傳統教材往往聚焦於理想波，而《畸形波的模擬方法》則大膽地將目光投嚮瞭那些不那麼“規整”的波浪形態。從書名就能感受到一種挑戰傳統、探索未知的魅力。作者並沒有迴避復雜性，而是用一種非常係統的方式，從理論基礎齣發，逐步引入各種模擬技術。我尤其喜歡書中對不同數值模型的優缺點分析，這讓我明白瞭為什麼在模擬不同的畸形波現象時，需要選擇特定的方法。而且，書中的圖錶和仿真結果都非常直觀，即使是對某些復雜的數值算法不太熟悉的讀者，也能通過這些可視化呈現，大緻理解其模擬效果。我嘗試著書中介紹的一些基本方法，發現在自己的研究課題上，通過模擬一些簡單的畸形波，的確能獲得比以往更貼近實際的觀察結果。這本書不僅提升瞭我的理論認知，更在實踐層麵給瞭我很大的啓發。

評分☆☆☆☆☆

我是一位在工程領域工作的資深研究員，經常需要處理涉及到流體動力學問題的項目。當我初次接觸到《畸形波的模擬方法》這本書時，就對其主題産生瞭濃厚的興趣。市麵上關於波浪模擬的書籍不少，但真正能夠係統性地探討“畸形波”這一細分領域，並提供實用模擬方法的卻不多見。這本書的價值在於其前沿性和專業性。作者對各種數值方法的深入剖析，包括有限元法、有限差分法以及近年來興起的基於粒子方法的模擬，都進行瞭詳盡的闡述和比較。我特彆對書中關於如何處理波浪破碎、湧浪以及孤立波等非綫性現象的算法部分印象深刻，這些內容對於我在實際工程設計中，例如海岸防護、海上平颱穩定性分析等方麵，具有極高的參考價值。書中的公式推導嚴謹，邏輯性強，對於有一定數學和物理基礎的讀者來說，能夠從中獲得寶貴的知識。雖然某些章節的數學深度需要一定的專業背景來消化，但總體而言，這本書無疑為我提供瞭一個更加全麵和深入理解波浪動力學的視角，並為我今後的研究方嚮提供瞭新的啓發。

評分☆☆☆☆☆

這本《畸形波的模擬方法》絕對是那些對海洋物理學和流體力學有著深刻好奇心的讀者的福音。作為一名業餘愛好者，我一直被海浪的復雜性和不可預測性所吸引，但傳統的描述往往過於簡化，無法捕捉到那些令人著迷的“畸形”浪型。這本書則不同，它深入淺齣地介紹瞭如何通過數學模型和數值模擬來重現這些非同尋常的海浪現象。作者的敘述清晰流暢，即便是一些復雜的公式和算法，也能被巧妙地解釋得易於理解。我尤其欣賞書中關於非綫性效應的討論，它揭示瞭為什麼簡單的疊加原理在許多情況下會失效，以及為什麼會形成那些看似“違反常理”的波形。書中的案例研究非常生動，例如對風浪破碎過程的模擬，讓我得以窺見那些在實際海洋中難以觀察到的細節。讀完這本書，我對海洋的理解不再停留在錶麵，而是開始能用一種更科學、更嚴謹的視角去審視那些壯麗又危險的波浪。它不僅僅是一本技術指南，更像是一扇打開瞭新世界大門的鑰匙，讓我對未來的海洋探索充滿瞭期待。

評分☆☆☆☆☆

我是一名對海洋環境變化及其對人類活動影響感興趣的評論員，近期有幸拜讀瞭《畸形波的模擬方法》一書。在當今全球氣候變化日益加劇的背景下，對極端天氣事件，尤其是極端海浪的預測和理解，變得尤為重要。本書以其獨特的視角，聚焦於那些“非典型”或“畸形”的波浪，這恰恰是引發海洋災害的潛在因素之一。作者在書中詳細闡述瞭如何利用先進的計算方法來模擬這些復雜波浪的生成、演變和傳播過程，這對於災害預警、風險評估以及相關的工程設計都具有深遠的意義。我瞭解到，許多看似異常的海浪現象，例如巨浪的形成，其實都隱藏著復雜的物理機製，而這本書正是試圖揭示這些機製的奧秘。書中對於不同模擬模型的選擇和應用進行瞭深入探討，這錶明瞭作者在技術層麵的嚴謹性。雖然我並非直接的技術操作者，但從書中展現的科學研究方法和嚴謹的邏輯推理，我能感受到其背後所蘊含的巨大科學價值，以及其對我們應對未來海洋挑戰的積極意義。