BF:多相离散介质及其探达数值模拟 郭士礼 中国地质大学出版社 9787562538110 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

郭士礼 著

图书标签:

• 多相流
• 离散介质
• 数值模拟
• BF模型
• 流体力学
• 计算方法
• 岩石力学
• 地球科学
• 物理模拟
• 科学计算

店铺： 华裕京通图书专营店

出版社： 中国地质大学出版社

ISBN：9787562538110

商品编码：29338503917

包装：平装

出版时间：2016-07-01

基本信息

书名:多相离散介质及其探达数值模拟

定价：35.00元

售价：28.4元

作者:郭士礼

出版社：中国地质大学出版社

出版日期：2016-07-01

ISBN：9787562538110

字数：220000

版次：1

装帧：平装

开本：16开

编辑推荐

---

内容提要

---

《多相离散介质及其探达数值模拟》在建立符合沥青混凝土实际情况的多相离散介质和探达蝶形天线数学模型的基础上，研究了探达波场特征与多相离散介质参数、工程材料电性参数、典型工程缺陷之间的对应关系。

目录

---

作者介绍

---

文摘

---

序言

---

1 绪论
1．1 引言
1．2 国内外研究现状
1．2．1 路面结构层材料介电特性的研究现状
1．2．2 介质模型的研究现状
1．2．3 探达蝶形天线FDTD建模与模拟的研究现状
1．2．4 探达三维数值模拟的研究现状
1．2．5 存在的问题
1．3 主要内容概括

2 探达的理论基础与数值模拟
2．1 探达的理论基础
2．1．1 探达系统组成及工作原理
2．1．2 麦克斯韦方程组与本构关系
2．1．3 电磁场波动方程
2．1．4 电磁波的辐射
2．1．5 电磁波的散射
2．2 探达波场的数值模拟
2．2．1 麦克斯韦方程的FDTD格式
2．2．2 数值稳定性与数值色散
2．2．3 UPML吸收边界条件

3 探达蝶形天线的数值模拟
3．1 探达蝶形天线
3．1．1 商用探达天线
3．1．2 商用探达蝶形天线的基本特征
3．2 探达蝶形天线的FDTD建模
3．2．1 商用探达蝶形天线的基本结构
3．2．2 脉冲激励源
3．2．3 天线金属斜边的处理
3．2．4 天线加载电阻
3．2．5 屏蔽腔和吸波材料
3．3 影响蝶形天线辐射特性的因素
3．3．1 蝶形天线的几何学特征
3．3．2 加载电阻及屏蔽腔的影响
3．3．3 天线离地高度的影响
3．3．4 地下介质介电常数的影响
3．3．5 地下介质电导率的影响
3．4 小结

4 沥青混凝土介质类型与特征
4．1 高速公路沥青混凝土路面概述
4．2 沥青混凝土组成材料及其介电常数
4．2．1 豫西某高速公路沥青混凝土路面及其组成材料
4．2．2 材料介电常数的测量与估算
4．2．3 沥青混凝土芯样及切片
4．2．4 沥青混凝土介电常数的分布特征
4．3 沥青混凝土介质类型的估算与建模
4．3．1 估算自相关函数的特征参数
4．3．2 多相离散介质模型的建模方法
4．3．3 自相关函数类型的拟合与介质建模
4．3．4 模型参数对多相离散介质模型的影响
4．3．5 多相离散介质模型的二维正演模拟
4．4 小结

5 多相离散介质探达三维正演模拟及分析
5．1 空隙率对探达波场的影响
5．1．1 不同空隙率的多相离散介质三维模型
5．1．2 多相离散介质探达三维正演模拟
5．1．3 多相离散介质与均匀介质的波场对比
5．1．4 空隙率对探达波场的影响
5．1．5 不同空隙率层状多相离散介质的波场特征
5．1．6 自相关长度对探达波场的影响
5．2 公路工程典型缺陷的探达波场特征
5．2．1 裂缝的探达波场特征
5．2．2 层间脱空的探达波场特征
5．2．3 空洞的探达波场特征
5．3 小结

6 结论与建议
6．1 主要工作
6．2 存在的问题及今后研究方向

参考文献

《数值模拟方法在复杂介质中的应用探究》 内容概要： 本书深入探讨了数值模拟方法在处理复杂介质问题中的强大潜力与实际应用。复杂介质，因其内在的多相性、离散性以及非均质性，给传统物理模型和数值求解带来了巨大的挑战。本书以详实的理论基础、严谨的数学推导和丰富的工程实例，系统性地阐述了适用于各类复杂介质的数值模拟技术，并着重介绍了这些技术如何被应用于解决科学研究与工程实践中的关键难题。 本书特色与内容详述： 第一部分：复杂介质的表征与数值模拟的基石 1. 多相离散介质的定义与分类： 详细界定“多相离散介质”的概念，将其从宏观到微观进行多尺度、多维度解析。 系统梳理不同类型多相离散介质的形成机理、物理化学性质及其在自然界和工程领域的广泛分布。例如，岩石力学中考虑孔隙、裂隙与基岩的耦合，土壤力学中颗粒、水分、空气的相互作用，以及流体在多孔介质中的运移等。 区分均匀介质、非均质介质、多相介质、离散裂隙介质等概念，强调复杂介质的叠加性和耦合性。 2. 数值模拟方法的基础理论： 离散化方法概述： 详细介绍有限差分法 (FDM)、有限元法 (FEM)、有限体积法 (FVM) 等主流离散化技术的原理、适用范围、优缺点。 控制方程的建立与推导： 针对不同物理现象（如流体流动、热传导、应力变形、物质迁移等），详细推导其在多相离散介质中的控制方程。这包括质量守恒、动量守恒、能量守恒以及本构关系等。 边界条件与初始条件： 强调在复杂介质模型中，精确设定边界条件（如 Dirichlet, Neumann, Robin 条件）和初始条件对于获得可靠模拟结果的重要性。特别是在处理不规则几何形状和复杂相互作用时，边界条件的设定策略。 数值求解器的选择与评估： 介绍不同数值求解器（如迭代法、直接法）的原理，并分析其在求解大规模稀疏矩阵方程组时的效率和稳定性。 3. 复杂介质中的建模挑战： 几何建模： 讨论如何高效、准确地从真实地质体、材料结构中提取几何信息，并将其转化为数值模型可识别的格式。这包括点云处理、网格生成（结构网格、非结构网格）、自适应网格加密等技术。 离散要素的表征： 针对离散裂隙、颗粒流等介质，介绍如何表征裂隙网络的连通性、粗糙度，以及颗粒的尺寸、形状、分布等关键参数。 相界面处理： 讨论在多相流动模拟中，如何有效处理不同相之间的界面，以及相界面的演化对整体行为的影响。 参数化与不确定性： 强调复杂介质参数的高度不确定性，以及如何通过实验数据、反演方法对模型参数进行合理化取值和不确定性分析。 第二部分：针对复杂介质的特化数值模拟技术 1. 离散单元法 (DEM) 在颗粒介质中的应用： 深入阐述 DEM 的基本原理，包括颗粒的接触模型、力学行为、运动学分析。 详细介绍如何处理颗粒的破碎、磨损、聚集等复杂现象，以及多边形、球形颗粒的组合建模。 分析 DEM 在模拟岩土工程（如边坡稳定性、隧道掘进）、散体材料输运、碰撞动力学等场景下的优势与局限。 2. 多孔介质渗流与运移模拟： Darcy 定律的局限性与推广： 讨论在非达西流、非牛顿流、裂隙流等复杂流动情况下的数学模型。 耦合方程组的求解： 介绍如何求解饱和-非饱和流、多组分污染物迁移、溶质对流-弥散等耦合方程。 考虑介质非均质性与各向异性的方法： 阐述如何将地质统计学、随机场理论与数值模拟相结合，处理孔隙度、渗透率等参数的空间变异性。 3. 裂隙介质力学与水动力模拟： 裂隙网络模型 (CFM) 的构建与分析： 介绍如何从地质调查数据生成三维裂隙网络模型，并分析其连通性、孔隙度、导水率等关键参数。 基于离散裂隙的数值方法： 详细讲解如何将裂隙作为独立的几何单元或边界进行处理，例如隐式/显式裂隙模型，以及裂隙面的滑移、闭合、开启的模拟。 流固耦合模拟： 探讨裂隙水压变化对岩体稳定性的影响，以及岩体变形对裂隙水流的制约作用。 4. 渗流-力学-化学耦合模拟： 多物理场耦合的理论框架： 建立渗流、力学、化学过程之间相互作用的统一数学模型。 化学反应与溶质运移的耦合： 介绍反应-运移方程的数值求解，包括化学反应速率、离解平衡、吸附-解吸等过程。 在地下水污染、地热开发、CO2 封存等领域的应用： 通过实例展示耦合模拟如何预测环境影响、评估资源潜力。 第三部分：高级应用与前沿展望 1. 高性能计算与并行算法： 探讨如何利用高性能计算资源（如 GPU, HPC 集群）加速复杂模型的求解，包括领域分解、消息传递接口 (MPI)、图形处理器 (GPU) 计算等技术。 介绍并行算法在处理大规模模型和复杂物理过程中的优势。 2. 模型验证、校准与不确定性量化： 模型验证： 强调通过与实验数据、解析解或现场观测结果进行对比，评估数值模型的准确性。 模型校准： 介绍如何利用现场数据和优化算法，对模型参数进行反演和优化，以提高模型对真实系统的拟合程度。 不确定性量化： 探讨蒙特卡洛方法、概率方法等，用于评估模型输入参数、模型结构以及边界条件不确定性对输出结果的影响。 3. 新兴技术在复杂介质模拟中的融合： 机器学习与人工智能： 探讨如何利用机器学习算法辅助模型构建、参数识别、结果后处理，以及构建代理模型加速模拟。 数据驱动的模拟： 讨论如何将海量观测数据直接融入数值模型，实现更精准、更实时的模拟。 可视化技术： 介绍先进的三维可视化技术，如何直观地展示复杂介质的内部结构、多物理场演化过程，辅助决策。 4. 工程与科学案例研究： 本书将穿插多个不同领域的典型工程与科学案例，如： 地下水资源评估与污染防治： 模拟地下水流、污染物运移，评估采挖与污染风险。 岩土工程稳定性分析： 模拟边坡滑动、隧道围岩变形，评估工程结构安全。 地热资源开发与利用： 模拟地下热储层渗流、传热过程，预测产热能力。 碳捕集与封存 (CCS)： 模拟 CO2 在地下储层中的注入、运移与封存过程，评估其长期稳定性。 非常规油气藏开发： 模拟裂缝性储层中的流体流动与应力耦合。 结论： 《数值模拟方法在复杂介质中的应用探究》旨在为广大从事地质、土木、水利、环境、能源等领域的研究人员、工程师和学生提供一个全面、深入、实用的理论指导和技术参考。通过掌握本书介绍的数值模拟工具与方法，读者将能够更有效地理解和预测复杂介质中的物理现象，为解决现实世界中的重大工程挑战和科学难题提供强有力的技术支撑。本书将重点强调理论与实践的结合，力求使读者在掌握核心理论的同时，也能具备将所学知识应用于实际问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

这是一本非常有价值的书，它以一种系统和严谨的方式，阐述了多相离散介质的理论基础和数值模拟方法。作为一名对工程地质和岩土力学有深入了解的读者，我发现这本书的内容非常契合我的需求。书中关于介质渗透性的影响因素、颗粒间接触力学模型以及流固耦合方程的推导，都让我受益匪浅。作者对数值模拟方法的介绍，从基本的离散化技术到高级的耦合算法，都提供了详实的信息。我特别关注了书中关于如何处理自由边界、多相流体相互作用以及相变引起的体积变化等复杂问题的章节。这些内容在实际工程模拟中至关重要。书中大量的图示和表格，使得抽象的理论概念变得更加直观易懂。虽然我可能需要花费一些时间来消化书中的所有内容，但我相信，通过这本书的学习，我将能够更有效地分析和解决在工程实践中遇到的多相离散介质相关问题。这本书无疑为我提供了一个强大的理论武器和技术支撑，让我对未来的研究和工作充满了信心。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我带来的最深刻印象，是其对多相离散介质现象的全面性和前瞻性。作为一个在土木工程领域工作多年的工程师，我经常在实际项目中遇到诸如地下水渗流、土体变形、固结沉降等问题，而这些往往都与多相离散介质的特性紧密相关。书中对这些现象的细致刻画，从微观的颗粒接触力学，到宏观的连续介质力学，再到流体动力学，都进行了系统性的阐述。我特别欣赏作者在处理数值模拟部分时，不仅仅停留在理论层面，而是通过大量的图表和实例，生动地展示了不同参数、不同边界条件下介质行为的演变。例如，书中关于裂隙网络对渗透性影响的模拟，以及颗粒形状和粒径分布对宏观力学响应的影响，都给我留下了深刻的印象。这使得我在面对实际工程中的复杂地质条件时，能够更准确地评估其潜在风险，并选择更合适的处理方案。虽然书中部分章节的数学推导对我来说有些挑战，但我可以通过反复阅读和查阅相关资料来逐步理解。总而言之，这本书不仅是一本学术专著，更是一本能够指导实践的宝贵工具书，它帮助我将理论知识与工程实践更紧密地联系起来。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容之丰富，让我感到震撼。作为一名正在攻读博士学位的研究生，我一直在寻找能够系统性地梳理多相离散介质研究现状，并提供前沿理论和计算方法的参考书。这本书无疑满足了我的需求。作者在开篇就为我们勾勒出了多相离散介质这一复杂系统的全貌，从其基本构成要素到可能发生的各种物理化学过程，都进行了清晰的界定。随后，书中深入探讨了各种数值模拟技术，包括但不限于有限元、有限差分、离散元以及耦合方法，并详细介绍了它们在不同类型多相离散介质问题中的适用性和局限性。我特别对书中关于如何构建和离散化复杂几何模型，以及如何处理介质非均质性和各向异性的章节印象深刻。这些都是进行可靠数值模拟的关键步骤。此外，书中还涉及到了诸如相变、反应动力学以及多尺度耦合等前沿问题，为我的研究方向提供了重要的启发和指引。虽然有些章节的篇幅较长，内容也相对深入，但正是这种深入和全面，使得这本书成为了一份不可多得的宝贵资源，极大地拓宽了我的学术视野。

评分☆☆☆☆☆

初次翻开这本书，就被其厚重感和严谨的学术气息所吸引。虽然我并非直接从事多相离散介质研究的专家，但作为一名对岩石力学和工程地质领域抱有浓厚兴趣的学习者，我一直希望能深入理解这方面的理论基础和计算方法。书中大量引用的参考文献和清晰的公式推导，为我构建了一个扎实的理论框架。从最基本的流固耦合概念，到复杂的多尺度、多物理场耦合问题，作者都循序渐进地进行了讲解。尤其是在数值模拟部分，作者详细介绍了有限元法、离散元法等常用方法的原理和在多相离散介质问题中的应用，并提供了具体的算法流程和案例分析。这对于我理解如何将复杂的物理过程转化为计算机可执行的算法非常有帮助。我特别留意了作者关于如何处理颗粒间相互作用、介质渗透性以及相变等问题的论述，这些都是影响多相离散介质行为的关键因素。书中提供的数学模型和数值方法的结合，为我解决实际工程问题提供了理论指导和技术支持。虽然有些章节涉及到较深的数学知识，需要反复咀嚼，但总的来说，这本书为我打开了一扇通往更深层次研究领域的大门，也激发了我对这个交叉学科的更多好奇心。

评分☆☆☆☆☆

我一直对地球科学领域中那些看似复杂却又至关重要的现象感到着迷，而多相离散介质就是其中之一。这本书就像一位经验丰富的向导，带领我深入探索这个神秘的世界。从流体在多孔介质中的流动行为，到固相颗粒之间的相互作用，再到不同相之间的耦合效应，作者都进行了细致入微的讲解。我尤其喜欢书中关于实验研究与数值模拟相结合的部分，它说明了理论模型需要通过实验来验证，而实验结果则需要通过数值模拟来解释和预测。这种互补的关系，是科学研究的基石。书中对于不同数值方法的比较分析，也让我对各种方法的优缺点有了更清晰的认识，这对于我选择合适的工具来解决我的研究问题至关重要。虽然我可能无法完全掌握书中所有的数学细节，但我能够理解其核心思想和应用价值。这本书不仅加深了我对多相离散介质的理解，也启发了我对如何运用现代计算技术来解决科学难题的思考。它就像一颗种子，在我心中播下了对更深入研究的渴望。