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[乌克兰] 罗格维诺维奇 著，施红辉 译

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• 水动力学
• 自由表面流
• 流动边界
• 数值模拟
• 计算流体力学
• 水波
• 流体动力学
• 海洋工程
• 水利工程
• 环境流体力学

出版社： 上海交通大学出版社

ISBN：9787313088147

版次：1

商品编码：11138090

包装：平装

开本：16开

出版时间：2012-09-01

用纸：胶版纸

页数：187

字数：218000

正文语种：中文

内容简介

《自由边界流动的水动力学》论述了当物体在水中高速运动时，自由边界效应和表面不连续性的水动力学理论及各种渐进解法。第一章介绍自由边界的主要特性，引出了瓦格纳定理和其他定理；第二章介绍自由边界流动的势流理论；第三章介绍自由边界流动的基本实例；第四章介绍物体入水的浸没问题；第五章介绍充分发展的空化，给出了著名的空泡独立膨。胀原理；第六章和第七章分别介绍剖面方法的应用和空化水翼。
《自由边界流动的水动力学》可供船舶与海洋工程、海洋技术与工程、流体力学、空气动力学、计算流体力学、水中兵器设计、应用数学等相关专业的研究生、科研人员及工程技术人员参考。

目录

第1章 自由边界的主要特性
1.1 边界的动力学条件
1.2 边界的运动学条件
1.3 正交自由面
1.4 稳定自由边界
1.5 自相似自由边界
1.6 水花的根部
1.7 水花片的尖端

第2章 有势自由边界流动的一些普遍特性
2.1 速度势
2.2 流函数
2.3 边界条件和流动的普遍性质
2.4 自由边界的速度势
2.5 等势表面
2.6 流体内的压力
2.7 流体的动能
2.8 能量方程
2.9 动量定理
2.1 0零势表面
2.1 1通过零势表面的质量、动量和能量通量
2.1 2格林定理

第3章 自由边界流动的基本实例
第4章 物体对流体的对称浸没
第5章 充分发展了的空化
第6章 剖面方法及其在计算水动力中的应用
第7章 空化水翼
参考文献

前言/序言

自由边界流动的水动力学 本书深入探讨了自由边界流动现象，这是一类流体运动中，其边界在空间和时间上随流体运动而变化。这类流动广泛存在于自然界和工程实践中，例如海浪拍击海岸、水在多孔介质中的渗透、液滴的形成与破碎、以及各种工程设备中的界面迁移过程。理解和预测这些自由边界流动的行为，对于解决诸多实际问题至关重要。 核心内容与研究方法： 本书系统地阐述了自由边界流动背后的基本物理原理和数学模型。我们从流体力学的基本方程出发，重点关注纳维-斯托克斯方程及其在自由边界流动问题中的适用性。随后，本书将详细介绍几种处理自由边界问题的关键数学方法。 表面张力模型： 在许多自由边界流动中，表面张力起着决定性作用，尤其是在液滴、射流以及细长通道内的流动。本书将深入分析表面张力对界面形状和动力学的影响，并介绍如何将其纳入数学模型。我们将探讨Young-Laplace方程以及它在不同尺度下的应用。 界面追踪方法（Interface Tracking Methods）： 这类方法旨在直接模拟流体界面的演化。本书将重点介绍两种主要的技术： 标记粒子法（Lagrangian Methods），如光滑粒子流体动力学（SPH）： 在这种方法中，流体被离散为一系列相互作用的粒子，粒子的运动直接追踪流体的运动以及界面的位置。我们将在书中详细解析SPH方法的理论基础、算法实现以及其在自由边界流动模拟中的优势和局限性。 固定网格法（Eulerian Methods）与界面捕捉技术： 这类方法在固定的计算网格上求解流体方程，并利用特定的技术来识别和追踪界面。我们将重点介绍： 水平集方法（Level Set Method）： 这种方法使用一个光滑的有符号距离函数来表示界面，通过追踪该函数演化来隐式地捕捉界面。本书将详细讲解水平集方法的数学原理、数值实现以及其在复杂几何和拓扑变化问题中的强大能力。 体积方法（Volume of Fluid, VOF）： 这种方法通过跟踪一个表示单元格内流体体积比例的变量来定义界面。我们将深入分析VOF方法的建模思想、处理不连续界面的技术以及其在模拟大范围流动和相变过程中的应用。 多相流模型（Multiphase Flow Models）： 自由边界流动通常涉及两种或多种不同流体（如液体与气体，或两种不混溶液体）之间的界面。本书将讨论适用于描述此类多相流动的模型，包括如何处理相界面上的动量、质量和能量守恒。 粘弹性流体与自由边界： 除了牛顿流体，本书还将扩展到粘弹性流体在自由边界流动中的行为。例如，聚合物溶液或熔体在挤出、喷射过程中的非牛顿效应，以及其如何影响自由边界的形成和稳定性。我们将介绍描述粘弹性流体的本构方程，以及在自由边界问题中应用这些方程的挑战。 数值模拟的挑战与技巧： 自由边界流动的数值模拟面临诸多挑战，例如网格畸变、界面捕捉的精度、数值稳定性和计算效率。本书将详细讨论这些挑战，并提供解决这些问题的实用技巧和最新的研究进展。我们将介绍网格自适应技术、高阶精度数值格式以及并行计算策略。 应用领域： 本书的研究成果和方法论在众多领域具有重要的实际应用价值： 海洋工程： 海浪传播、破碎，船舶激起的波浪，水下结构物的受力分析。 生物医学工程： 血液流动（如动脉瘤中的血流），细胞变形，药物递送系统中的液滴行为。 材料科学与制造： 液滴喷射打印，薄膜的形成，半导体制造中的化学机械抛光。 石油与天然气工业： 油气开采过程中的多相流，注入过程。 环境科学： 污染物在水体中的扩散，地下水渗透，土壤中的水分运动。 微流控技术： 在微通道内产生和控制液滴，微反应器的设计。 本书特色： 本书力求在理论深度与实践应用之间取得平衡。通过清晰的数学推导和翔实的算例分析，读者将能够深刻理解自由边界流动背后的物理机制，并掌握利用现代计算工具进行模拟和预测的方法。本书旨在为从事流体力学、计算数学、工程科学等领域的研究人员、工程师和高年级本科生提供一个全面而权威的参考。本书的编写遵循严谨的学术规范，力求内容的准确性和前沿性，确保读者能够掌握最前沿的知识和技术。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对仿生学和微流控技术感兴趣的研究者，《自由边界流动的水动力学》这本书为我打开了新的视野。我一直对生物体在水中的运动方式，以及微尺度下流体的特殊行为感到好奇。这本书在“自由边界”这一概念上的独特视角，让我看到了问题的关键。作者在书中深入探讨了表面张力在微尺度流动中的重要作用，以及它如何影响液体的运动和形变。我特别喜欢书中关于液体微滴的生成、操纵和融合的章节。作者通过解释表面张力、惯性力和粘性力之间的竞争关系，详细阐述了如何精确地控制微滴的大小、形状和轨迹。这对于我设计微流控芯片、实现精确的液体操控，例如药物输送、生物芯片分析等，具有非常直接的指导意义。书中还涉及了一些关于生物体在水中运动的仿生学研究，例如鱼类游动时产生的涡旋，以及昆虫在水面上滑行的原理。作者通过流体力学原理，解释了这些生物体是如何利用自由边界来减小阻力、提高效率的。这让我意识到，大自然是流体力学研究最宝贵的灵感来源。我之前一直试图寻找能够解释微尺度下流体行为的书籍，而这本书恰恰满足了我的需求。它让我认识到，理解自由边界的动态变化，是掌握微流控技术和仿生学设计的关键。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对环境水力学感兴趣的研究者，《自由边界流动的水动力学》这本书简直是我研究道路上的“灯塔”。我长期以来一直在研究河流中的污染物输运和沉积过程，但总是觉得理论模型与实际观察之间存在较大差距。这本书在“自由边界”这个概念上的深入剖析，让我看到了问题的关键。作者不仅仅将自由边界视为一个简单的界面，而是将其视为一个动态的、参与能量和物质交换的区域。我特别喜欢书中关于河床演变和泥沙运动的章节。作者从基本的水力侵蚀和沉积理论出发，解释了水流速度、剪切应力以及泥沙颗粒的特性如何共同决定了河床的形态。他详细阐述了例如冲刷、填埋、以及坡度调整等过程，并给出了相应的数学模型。我印象深刻的是，作者在书中引入了考虑自由边界变化的数值模型，例如追踪河床高程变化，并根据高程变化来重新计算水流状态。这对于模拟河流的长期演变，例如河道裁弯取直、或者水库淤积等问题，提供了非常强大的工具。书中还探讨了污染物在自由边界流动中的分布和扩散，例如污染物如何随着水流在河床的起伏处聚集，或者如何被卷入到涡流中进行混合。这对于我理解污染物在水体中的迁移和转化过程，具有非常直接的指导意义。我一直试图寻找能够解释复杂地形下水流行为的书籍，而这本书恰恰满足了我的需求。它让我认识到，理解自由边界的动态变化，是准确模拟环境水力学现象的关键。

评分☆☆☆☆☆

我最近在研究水利工程中关于水库溃坝和洪水传播的模拟技术，一直苦于找不到一本能够系统性地介绍相关水动力学原理的书籍。偶然间发现了这本《自由边界流动的水动力学》，这简直是为我量身定做的！书中关于非线性波动的章节，特别是对孤立波（solitons）的详细分析，让我眼前一亮。我之前对孤立波只停留在模糊的概念层面，这本书不仅解释了孤立波的形成机理，还深入探讨了它们在浅水波和长波近似下的行为特征。作者通过对 KdV 方程的推导和解释，清晰地展示了非线性效应如何能够抵消色散效应，从而使得波包在传播过程中保持形状不变。这对于理解洪水波的传播特性至关重要，因为洪水波往往具有很强的非线性特征。书中还引入了数值模拟的方法，例如有限差分法和有限元法在自由边界流动模拟中的应用，这对我来说是极大的帮助。作者详细介绍了如何处理自由边界的追踪和网格变形问题，以及在求解 Navier-Stokes 方程时如何考虑边界条件的变化。我尤其欣赏作者在书中给出的几个典型算例，比如对突发性大坝溃决后水流演进过程的模拟，以及对河流弯道处冲刷过程的分析。这些算例不仅仅是理论的验证，更是对实际工程问题的深刻剖析，让我能够将书本上的理论知识与实际工程应用紧密结合起来。我之前尝试过一些现有的数值模拟软件，但总觉得缺乏对底层物理原理的深刻理解，这本书正好弥补了我的这一不足。我深信，通过对这本书的学习，我将能够更准确、更深入地理解和模拟复杂的自由边界流动现象，为我的研究工作提供坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我是一位对海洋工程有浓厚兴趣的学生，一直希望能够深入了解船舶在波浪中运动的物理原理。《自由边界流动的水动力学》这本书在这方面为我提供了绝佳的指导。书中关于船舶兴波阻力的分析，让我茅塞顿开。我之前一直以为船舶的阻力主要是由摩擦和形状决定的，但这本书揭示了船舶在运动过程中，其周围的水体所形成的复杂波系，对船舶的航行性能有着至关重要的影响。作者首先从理想流体的假设出发，推导了船舶运动时产生的势流波，并解释了这些波是如何影响船体的升力和力矩的。接着，他引入了粘性效应，分析了船体周围的边界层和尾涡，以及这些因素如何与势流波相互作用，最终形成总的兴波阻力。我尤其欣赏作者对不同船型（例如圆柱形物体、平板以及更复杂的船体形状）在不同航速下的兴波特性的对比分析。他详细解释了如何通过改变船体的形状来减小兴波阻力，例如引入球鼻艏、改变船体宽度和吃水深度等。书中还涉及了一些关于船舶在非线性波浪中的运动分析，这对于理解船舶在恶劣海况下的稳定性非常重要。作者通过引入一些非线性方程组，并结合数值方法，来模拟船舶的摇摆、俯仰等运动。这让我深刻体会到，船舶的航行安全，很大程度上取决于对自由边界流动现象的精确理解和预测。这本书的专业性和深度，让我感觉自己仿佛置身于一个真正的海洋工程实验室，在与最前沿的知识对话。

评分☆☆☆☆☆

《自由边界流动的水动力学》这本书以其独特的视角和深入的分析，让我耳目一新。我之前对水体动力学的理解，很大程度上局限于教科书中的理想化模型，例如光滑无阻的水流，或者只考虑重力和惯性力的简单情况。这本书则将我带入了一个更加真实、更加复杂的世界。我最感兴趣的是关于“自由边界”本身的研究，它不仅仅是流体和空气的交界面，而是一个动态的、受多种因素影响的边界。书中对波浪与结构物相互作用的章节，让我对海岸工程中防波堤的设计有了全新的认识。作者不仅仅停留在简单的冲刷和反射理论，而是深入分析了波浪的破碎机理，以及破碎波浪对海底沉积物的影响。他对波浪能量耗散的几种主要方式，比如空气卷吸、波浪破碎以及与海底的摩擦，都进行了详细的论述。我特别欣赏作者对不同类型波浪（例如规则波、不规则波）以及不同结构物（例如直立墙、斜坡堤）在面对这些波浪时的响应分析。书中通过引入一些无量纲参数，比如福汝德数（Froude number）和韦伯数（Weber number），来判断不同力场的主导作用，这对于工程师来说是非常实用的工具。此外，书中还涉及了一些关于气象因素对自由边界流动影响的探讨，例如风浪的形成和传播，以及风压在抬升海平面中的作用。这让我意识到，水动力学研究从来都不是孤立的，它与大气科学、海洋学等其他学科有着千丝万缕的联系。这本书的叙述方式非常严谨，但又不失逻辑性和条理性，让我能够一步步地理解那些复杂的物理过程。

评分☆☆☆☆☆

这本《自由边界流动的水动力学》真是让我大开眼界！我一直对流体，尤其是那些有自由表面的流动现象抱有浓厚兴趣，但总觉得很多文献过于抽象，要么是纯数学的推导让人望而却步，要么是过于简化的模型难以触及真实世界的复杂性。这本书就像是一座桥梁，巧妙地连接了理论的严谨性和实际应用的直观性。书中的开篇就以几个极具代表性的例子——比如海浪的形成与传播、河流的侵蚀与沉积、甚至是一些工程上的应用如水坝泄洪的局部空化现象——来引入自由边界流动的概念，这瞬间就抓住了我的注意力。作者并没有一开始就抛出复杂的微分方程，而是循序渐进地从基本的水力学原理出发，比如伯努利方程和连续性方程在自由边界问题中的适用性，以及它们在面对复杂几何形状和非线性效应时会遇到的挑战。我特别喜欢作者对“自由边界”这个概念的阐述，它不仅仅是一个简单的几何约束，更是影响整个流动形态和能量传递的关键因素。书中对表面张力、重力、惯性力以及粘性力之间相互作用的分析，用非常形象的比喻和图示，让我对这些力的竞争与合作有了更深刻的理解。比如，在描述喷泉的形成时，作者不仅解释了喷射速度和角度的影响，还深入探讨了空气动力学和表面张力如何在微小尺度上塑造水滴的轨迹。这不仅仅是理论知识的堆砌，更是对自然现象的深刻洞察，让我觉得作者真的非常用心，并且有着极其丰富的实践经验。我迫不及待地想继续深入，了解作者是如何一步步构建更复杂的模型，并将其应用于解决实际的水动力学难题的。这本书的叙述风格非常引人入胜，感觉作者像是在和我面对面交流，分享他的知识和见解。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对流体力学有着浓厚兴趣的工科学生，虽然接触过一些基本的流体力学教材，但总觉得在处理一些复杂问题时，缺乏系统性的指导。《自由边界流动的水动力学》这本书，正好填补了我的知识空白。我特别欣赏作者在书中对“自由边界”这一概念的深入挖掘。它不仅仅是一个数学上的边界条件，更是影响整个流动行为的关键因素。书中关于自由表面流动的数值模拟技术，对我来说是尤为宝贵的。作者详细介绍了各种数值方法，例如Level Set方法、Volume of Fluid (VOF) 方法以及Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) 方法在自由边界流动模拟中的应用，并对这些方法的优缺点进行了比较。我之前尝试过一些数值模拟软件，但总是难以理解其背后的物理原理，而这本书则让我能够更深入地了解这些方法的数学基础和物理含义。书中还给出了许多具体的算例，例如对液滴碰撞、射流破碎、以及水射流切割等现象的模拟。这些算例不仅仅是理论的验证，更是对实际工程问题的深刻洞察，让我能够将书本上的理论知识与实际工程应用紧密结合起来。我迫不及待地想继续深入，了解作者是如何一步步构建更复杂的模型，并将其应用于解决实际的水动力学难题的。这本书的叙述风格非常严谨，但又不失逻辑性和条理性，让我能够一步步地理解那些复杂的物理过程。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我对水动力学这个领域之前只有非常粗浅的了解，但被《自由边界流动的水动力学》这本书深深地吸引了。我的背景是材料科学，但工作中经常会涉及到一些液体处理的环节，比如涂层、注塑等等，这些过程中的液体行为对我来说一直是“黑箱”。这本书的独特之处在于，它并非仅仅局限于宏观的河流湖泊，而是从更基础的物理层面，比如流体在不同尺度下的表现。作者对界面现象，特别是表面张力的作用，有着非常细腻的阐述。我之前一直以为表面张力只是让水珠成型，但书中解释了它如何在微小通道内的毛细流动、以及在高精度打印中的墨滴形成中扮演着决定性角色。更让我惊喜的是，书中引入了非牛顿流体在自由边界问题中的一些探讨，虽然篇幅不多，但足以让我意识到，在许多实际应用中，传统的牛顿流体假设是远远不够的。例如，在某些高分子溶液的加工过程中，流体的粘度会随着剪切速率的变化而变化，这会极大地影响其自由表面的稳定性。作者通过一些简化的模型，比如幂律流体模型，来解释这种现象，并给出了一些判断流体行为的关键参数。这对于我理解和优化相关的材料加工过程非常有启发。书中的一些图示，比如用彩色的流线和压力分布来展示不同力场的影响，非常直观，即使是非专业人士也能快速抓住核心概念。我感觉这本书就像是一位经验丰富的工程师在耐心教导一个初学者，既有理论深度，又不失实践指导意义。我迫不及待地想继续阅读，看看书中是如何将这些基础概念延伸到更复杂的水动力学场景的。

评分☆☆☆☆☆

我一直对那些看起来“随意”但又遵循某种规律的自然现象充满好奇，比如水滴的溅射、瀑布的形成，以及雨水在不同表面的流动。《自由边界流动的水动力学》这本书，就像一本揭示这些现象背后秘密的“魔法书”。我最着迷的是关于液体溅射和破碎的章节。作者从最基本的液体动力学原理出发，解释了当液体受到撞击或者快速运动时，是如何产生复杂的表面形变，并最终形成飞溅的液滴。他详细分析了表面张力、惯性力以及空气动力学在这其中扮演的角色，并给出了判断液体是否会溅射的关键参数。我之前一直以为，液滴的形成是随机的，但这本书让我明白，这背后有着精密的物理规律。作者还讨论了液体在不同表面上的润湿和非润湿现象，以及这些现象如何影响液体的铺展和流动。这对于我理解油污在水面上的扩散、或者药物在人体表面的吸收等问题，提供了理论基础。书中对“空化”（cavitation）现象的解释，也让我大开眼界。我之前只知道空化会对机械设备造成损害，但这本书让我理解了空化是如何在高速流动的液体中产生的，以及它对流体本身的行为有何影响。书中通过详细的图示和案例，展示了空泡的形成、生长和溃灭过程，以及其产生的冲击波。这让我对许多高速流体应用中的潜在风险有了更深的认识。这本书的叙述风格非常生动形象，充满了对自然现象的敬畏之情，让我在学习知识的同时，也感受到了科学的魅力。

评分☆☆☆☆☆

我一直对水体中的复杂流动现象，比如旋涡的形成和耗散，以及波浪的破碎和能量传递有着强烈的求知欲。《自由边界流动的水动力学》这本书，以其深刻的洞察力和丰富的案例，满足了我对这些问题的探索。我最着迷的是关于非线性波动的章节。作者从非线性薛定谔方程（NLSE）等基本方程出发，详细解释了孤立波的形成机理，以及它们在传播过程中如何保持形状不变。这让我对那些看似“稳定”但又包含巨大能量的波浪有了更深的理解。书中对海浪的形成和传播的分析，让我认识到，看似简单的海浪背后，蕴藏着复杂的能量转化和耗散过程。作者详细阐述了波浪的破碎机理，以及破碎波浪对海底沉积物的影响。我印象深刻的是，作者在书中引入了考虑自由边界变化的数值模型，例如追踪波浪的变形，并根据变形来重新计算水流状态。这对于模拟海浪的演变，例如海岸线的变化，或者海上结构的受力分析，提供了非常强大的工具。书中还探讨了旋涡在自由边界流动中的作用，例如旋涡如何影响水体的混合和物质输运。这对于我理解水体污染物扩散，或者河流中的水流动力学，具有非常直接的指导意义。我一直试图寻找能够解释复杂自由边界流动现象的书籍，而这本书恰恰满足了我的需求。它让我认识到，理解自由边界的动态变化，是掌握水动力学研究的关键。

评分☆☆☆☆☆

是正品，买的超值，?

评分☆☆☆☆☆

这方面书不多

评分☆☆☆☆☆

书籍不错，价格便宜，印刷质量精良

评分☆☆☆☆☆

还行……

评分☆☆☆☆☆

挺好的挺好的

评分☆☆☆☆☆

书籍不错，价格便宜，印刷质量精良

评分☆☆☆☆☆

到手几天，没时间看，不过手感很好

评分☆☆☆☆☆

挺好的挺好的

评分☆☆☆☆☆

在书店看上了这本书一直想买可惜太贵又不打折，回家决定上京东看看，果然有折扣。毫不犹豫的买下了，京东速度果然非常快的，从配货到送货也很具体，快递非常好，很快收到书了。书的包装非常好，没有拆开过，非常新，可以说无论自己阅读家人阅读，收藏还是送人都特别有面子的说，特别精美；各种十分美好虽然看着书本看着相对简单，但也不遑多让，塑封都很完整封面和封底的设计、绘图都十分好画让我觉得十分细腻具有收藏价值。书的封套非常精致推荐大家购买。 打开书本，书装帧精美，纸张很干净，文字排版看起来非常舒服非常的惊喜，让人看得欲罢不能，每每捧起这本书的时候 似乎能够感觉到作者毫无保留的把作品呈现在我面前。 作业深入浅出的写作手法能让本人犹如身临其境一般，好似一杯美式咖啡，看似快餐，其实值得回味 无论男女老少，第一印象最重要。”从你留给别人的第一印象中，就可以让别人看出你是什么样的人。所以多读书可以让人感觉你知书答礼，颇有风度。 多读书，可以让你多增加一些课外知识。培根先生说过：“知识就是力量。”不错，多读书，增长了课外知识，可以让你感到浑身充满了一股力量。这种力量可以激励着你不断地前进，不断地成长。从书中，你往往可以发现自己身上的不足之处，使你不断地改正错误，摆正自己前进的方向。所以，书也是我们的良师益友。 多读书，可以让你变聪明，变得有智慧去战胜对手。书让你变得更聪明，你就可以勇敢地面对困难。让你用自己的方法来解决这个问题。这样，你又向你自己的人生道路上迈出了一步。 多读书，也能使你的心情便得快乐。读书也是一种休闲，一种娱乐的方式。读书可以调节身体的血管流动，使你身心健康。所以在书的海洋里遨游也是一种无限快乐的事情。用读书来为自己放松心情也是一种十分明智的。 读书能陶冶人的情操，给人知识和智慧。所以，我们应该多读书，为我们以后的人生道路打下好的、扎实的基础！读书养性，读书可以陶冶自己的性情，使自己温文尔雅，具有书卷气；读书破万卷，下笔如有神，多读书可以提高写作能力，写文章就才思敏捷；旧书不厌百回读，熟读深思子自知，读书可以提高理解能力，只要熟读深思，你就可以知道其中的道理了；读书可以使自己的知识得到积累，君子学以聚之。总之，爱好读书是好事。让我们都来读书吧。 其实读书有很多好处,就等有心人去慢慢发现. 最大的好处是可以让你有属于自己的本领靠自己生存。 最后在好评一下京东客服服务态度好，送货相当快,包装仔细！这个也值得赞美下 希望京东这样保持下去，越做越好