超声速湍流剪切层(第2版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] 亚历山大·J.斯米茨(AlexanderJ. 著

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• 剪切层
• 气动声学
• 计算流体力学
• 航空航天
• 流体力学
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• 工程
• 第二版

店铺： 文轩网少儿专营店

出版社： 航空工业出版社

ISBN：9787516509852

商品编码：26111784955

出版时间：2016-02-01

超声速湍流剪切层 作  者:(美)亚历山大·J.斯米茨(Alexander J.Smits),(法)让-保罗·迪索热(Jean-Paul Dussauge) 著；刘洪,张斌 译 定  价:120 出 版 社:航空工业出版社 出版日期:2016年02月01日 页  数:338 装  帧:精装 ISBN:9787516509852 ●第1章绪论
●1.1序言
●1.2平板湍流边界层
●1.3压力脉动的传播
●1.4混合层
●1.5激波-湍流的相互作用
●1.6激波-边界层相互作用
●1.7测量技术
●1.7.1热线测速仪
●1.7.2激光多普勒测速仪
●1.7.3壁面脉动压力的测量
●1.7.4流动图像
●1.8总结
●第2章运动方程
●2.1连续方程
●2.2动量方程
●2.3能量
●2.4小结
●2.5可压Couette流动
●2.6涡量
●部分目录

内容简介

本书的目的是集合超声速湍流剪切层行为方面很近的成果，以及呈现目前对这些流动的研究结论。本书靠前章给出了可压缩湍流复杂性的综述；第2章讨论运动方程；第3章给出了湍流的平均方程；第4章引进了一系列理解可压缩湍流的重要概念，尤其强调了快速变形近似的发展；Morkovin假设和雷诺比拟在第5章讨论；第6章考虑了混合层的行为；第7和第8章分别处理了平均流动和零压力梯度边界层的结构；具有压力梯度和表面弯曲的复杂流动行为见第9章，其中快速变形近似及如何对这些流动提供有用的理解也在第9章进行了阐述；靠前0章论述了二维和三维流体中激波—边界层相互作用。本书适合流体力学相关领域的研究人员阅读，也可作为高等院校相关专业的本科生、研究生及教师的参考书。

现代流体力学基础与应用：跨越亚音速与高超音速的理论框架 图书简介 本书旨在为流体力学领域的研究人员、工程师及高年级本科生和研究生提供一套系统、深入且前沿的理论框架，涵盖了从经典的低速流动分析到当前最受关注的高超音速空气动力学现象。本书摒弃了对特定、狭窄研究主题（如超声速湍流剪切层）的聚焦，转而致力于构建一个宏大且兼容并包的流体力学基础体系，强调物理洞察力与数学严谨性的结合。 全书结构设计遵循“基础理论—复杂流动建模—前沿应用”的逻辑主线，力求展现现代流体力学分析工具的广阔适用性。 --- 第一部分：流体力学基本方程的解析与数值重构 本部分致力于夯实读者对流体力学基石——纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程的理解。我们深入探讨了这些方程在不同物理尺度和速度范围下的精确形式、简化途径以及它们的内在限制。 第一章：守恒定律与物质导数 详细阐述了质量、动量和能量在连续介质中的守恒表达。重点分析了物质导数（Material Derivative）在描述随流体质点运动的场量变化中的核心作用。我们通过考察欧拉方程和粘性流体的N-S方程，明确了压力梯度、粘性应力与非惯性系效应（如科里奥利力和离心力）的物理内涵。 第二章：无粘流理论的几何与拓扑 在忽略粘性影响的理想条件下，本章回归经典的势流理论。内容包括拉普拉斯方程的求解，翼型理论的二维（薄翼型理论、卡门-特雷夫茨伯格理论）与三维（机翼升力线理论、面积率定律）发展。特别关注了复杂的流场拓扑结构，如库塔条件在确定无粘流中升力产生机制上的关键性作用。对声速附近的等熵流动（如拉伐尔喷管设计原理）进行了详尽的数学推导和物理剖析。 第三章：粘性流动的边界层理论 聚焦于粘性效应显著区域的分析，特别是普朗特边界层方程的推导及其对流体力学工程设计的决定性影响。本章深入分析了平板上的Blasius自相似解，探讨了流动分离的临界条件，并介绍了其后处理——尾流和自由剪切流的定性描述，为后续的复杂湍流模型建立必要的理论铺垫。我们通过对压强梯度影响的分析，揭示了边界层内部速度剖面如何应对外部压力变化。 第四章：数值方法基础与离散化技术 鉴于现代工程分析对高精度数值解的依赖，本章系统介绍了求解偏微分方程组的计算流体力学（CFD）基础。内容涵盖有限差分法（FDM）、有限体积法（FVM）在处理守恒律方程中的应用，讨论了对流项的稳定离散格式（如迎风格式与中心差分格式的局限性）。同时，介绍了求解线性系统的迭代方法，为理解复杂的非线性迭代过程打下基础。 --- 第二部分：复杂流动现象的建模与分析 在巩固了基本方程的分析工具后，本部分将焦点转向实际工程中难以避免的复杂流动特征，如高频振荡、热效应与非线性效应。 第五章：声波传播与可压缩流动的基本特性 本章详细考察了流体密度变化对流动特性的影响。引入了马赫数（Mach Number）的概念，并系统分析了声速的定义和传播机制。深入讨论了激波的形成、结构（包含希尔维斯特-马赫波理论）及其热力学特性（如斜激波的普朗特-迈耶关系）。通过奥斯特罗夫斯基-冯·卡门方法，分析了亚声速与超声速区域的耦合问题。 第六章：湍流的统计描述与雷诺应力模型 湍流是现代流体力学中的核心挑战。本章不直接处理特定剪切层内的动力学，而是从统计物理角度出发，对N-S方程进行雷诺平均（RANS）。我们详细推导了雷诺应力方程，并重点分析了RANS框架下的主流模型： 零方程模型（如代数涡粘性模型）的适用边界。 一方程模型（如 Spalart-Allmaras 模型）的原理及其在近壁区域的优势。 两方程模型（如 $k-epsilon$ 和 $k-omega$ 模型）中湍流动能和耗散率的输运机制，并讨论了它们在处理壁面边界条件时的核心差异与改进方向。 第七章：涡旋动力学与三维流动 本章将研究重点从二维平面流动扩展到三维空间中的涡旋行为。内容包括涡度方程的分析、涡线的演化规律，以及三维流动中复杂结构，如翼尖涡和尾流的核心结构。着重介绍了涡量守恒与涡度扩散的物理机制，以及如何利用涡量输运方程来理解分离和再附着现象。 --- 第三部分：前沿空气动力学与热物理耦合 本部分将理论框架推向了极端环境下的应用，重点关注高速流动中热效应和化学反应的耦合问题，这是现代航空航天领域亟待解决的关键技术瓶颈。 第八章：高焓气体动力学与化学非平衡效应 在极高飞行速度下，空气不再视为刚性气体。本章分析了气体分子在高温高压下的离解和电离现象，引入了化学反应速率方程与能量方程的耦合求解。探讨了激波层内的化学反应对激波强度的影响（如振荡激波的出现），以及如何应用化学平衡和冻结流假设来简化分析。 第九章：热物理与气动热载荷分析 本章聚焦于高速流动中气动加热的机制。详细分析了驻点加热率的计算方法，探讨了边界层内能量传递的导热、对流机制。介绍了不同表面处理技术对热载荷分散的影响，并探讨了如何利用气动弹性力学耦合（Aeroelasticity）来评估结构在气动载荷和热载荷耦合作用下的动态响应与稳定性。 第十章：高超音速的几何设计与控制 本章将前述理论应用于高超音速飞行器的设计原则。分析了波阻力最小化的设计理念，重点讨论了相似律（如兰彻斯特-特威林相似律）的应用局限性。深入考察了膨胀波与压缩波的精确控制，如利用振荡超燃冲压发动机（Scramjet）入口的几何设计来管理激波链，实现高效的冲压燃烧，这是对传统超音速气动理论的重大延伸。 --- 总结： 本书旨在提供一个全面、扎实且具有前瞻性的流体力学知识体系，强调从第一性原理出发，构建适用于宽广速度范围的分析工具，尤其侧重于可压缩、粘性、湍流以及热物理耦合问题的理论剖析，而非局限于某一特定流动结构的研究。

评分☆☆☆☆☆

这本书的理论深度和广度令人印象深刻，但最让我感到惊喜的是其兼顾了历史脉络的梳理。作者似乎深谙“站在巨人的肩膀上”的意义，在关键转折点处，会穿插介绍那些奠定基础的经典工作，比如对普朗特混合长度理论的批判性继承，以及对湍流闭合问题不同学派的思想交锋。这种叙事方式让学习过程不再是枯燥的知识点堆砌，而更像是一场科学思想的“辩论赛”。读者可以清晰地看到，今天的先进模型是如何一步步修正和发展过来的，其中蕴含了多少科学家们不懈的努力和智慧的火花。此外，书中对“统计不稳定性”的讨论，非常精妙地将动力系统理论的一些概念引入了流体力学，这为理解剪切层的主尺度结构提供了全新的数学工具。对于那些希望将流体力学研究推向更高维度，不仅仅满足于工程应用，而是追求底层物理规律的读者来说，这本书无疑提供了丰富的哲学和方法论层面的启示。它激发了我重新审视自己研究领域中那些看似“理所当然”的假设的勇气。

评分☆☆☆☆☆

这本书真是让人大开眼界，它深入浅出地剖析了流体力学中的一个核心难点。我之前对湍流现象的理解一直停留在教科书的表面，总觉得那些复杂的偏微分方程和无量纲数很难与现实中的物理情境联系起来。然而，作者在书中构建了一个极为清晰的逻辑框架，将复杂的数学模型一步步引向对物理现象直观的理解。特别是关于能量级串和涡旋动力学的论述，简直是神来之笔。作者没有仅仅停留在理论推导上，而是花费了大量篇幅去阐释这些理论是如何通过数值模拟和实验验证得以确认的。阅读过程中，我仿佛站在一个高精度的风洞旁边，亲眼目睹了那些看不见的能量是如何耗散和传递的。书中对边界层分离、再附着等工程上极为关键的现象也有着独到的见解和详尽的分析，这些内容对于从事航空航天或船舶设计的人员来说，无疑是一部不可多得的工具书。文字的组织非常严谨，但又不失为一种引导性的叙事，让人在学习艰深理论的同时，保持着探索的兴趣。这种平衡拿捏得恰到好处，使得整本书的阅读体验非常流畅和充实。

评分☆☆☆☆☆

我是一名资深的实验流体力学工程师，我们日常工作中处理的更多是实验数据和仪器校准。说实话，理论模型对我来说有时候显得过于“完美化”了。然而，这本书成功地弥合了我与纯理论工作者之间的理解差距。它并没有回避湍流模型的局限性，反而坦率地讨论了现有模型（如RANS模型）在处理强非平衡和高压缩性流动时的不足之处，并指出了未来混合RANS/LES方法的潜在方向。这种与时俱进的视角非常宝贵。书中对“压缩性对湍流结构的影响”这一章节的分析尤为深刻，它解释了为什么在超声速环境下，原有的不可压缩湍流理论需要进行何种程度的修正。阅读这部分内容时，我立刻联想到了我们团队在处理喷流与主流混合问题时遇到的实际困难，很多以往靠“经验”解决的问题，现在似乎找到了更深层次的理论支撑。这本书的价值就在于，它不仅告诉你“是什么”，更解释了“为什么会这样”，并且预示着“未来该往哪里走”。

评分☆☆☆☆☆

老实说，我拿到这本书时，心里是有些忐忑的，因为“超声速”和“湍流”这两个词汇组合在一起，往往预示着极为抽象和难以消化的内容。我本来以为这会是一本需要我反复查阅各种专业词典才能勉强读下去的“天书”。但出乎意料的是，作者在处理这些高难度课题时，采用了非常精妙的类比和图示方法。那些原本抽象的数学符号，在作者的笔下仿佛活了过来，展现出它们所代表的物理意义。我特别欣赏书中对“瞬态行为”的描述，那部分内容非常具有启发性，它挑战了我过去对湍流“随机”性的固有认知，揭示了其中隐藏的某种可预测的结构。此外，书中对不同雷诺数和马赫数下剪切层演化的对比分析，极大地拓宽了我的视野。它不再是孤立地讲解某个现象，而是将其置于一个宏大的参数空间中进行考察。这本书的深度足以满足研究生的需求，但其清晰的结构又使得高年级本科生也能从中受益匪浅。对于想要真正跨越理论与实践鸿沟的读者而言，这本书无疑是一座坚实的桥梁。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和图表质量简直是业界标杆。在流体力学这种高度依赖视觉辅助的学科中，清晰、准确的图示是理解复杂概念的生命线。我翻阅了很多相关的专业书籍，很多在关键的涡量场图或速度剖面图上，线条模糊、标注不清，让人费解。但翻开这本《超声速湍流剪切层(第2版)》，那种扑面而来的专业感和精细度是无与伦比的。每一个流线图、每一个色阶图都经过精心设计，不仅准确反映了物理数据，而且在视觉上具有极强的引导性。更值得称赞的是，作者在讨论数值方法时，对网格生成和离散格式的讨论非常坦诚，指出了不同方法在捕捉高梯度区域时的固有缺陷，这比那种只展示完美结果的书要实用得多。它教会你如何批判性地看待计算结果，而不是盲目地相信屏幕上呈现的一切。这种对细节的执着和对读者学习体验的尊重，使得这本书的价值远远超出了其作为一本教科书的范畴，更像是一份详尽的研究指南。