计算流体力学入门(国际力学图书——翻译版系列) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] 安德森 著

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• 流体动力学
• 计算方法
• 入门教材

店铺： 兰兴达图书专营店

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302234876

商品编码：10645070706

包装：平装

出版时间：2010-12-01

基本信息

书名：计算流体力学入门(国际力学图书——翻译版系列)

作者：安德森

出版社：清华大学出版社

出版日期：2010-12-01

ISBN：9787302234876

字数：523000

页码：409

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.540kg

编辑推荐

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本书**特色是把知识面很广、专业知识深、数学要求高的计算流体力学用*通俗易懂的语言、生动形象的图表，深入浅出地表达出来。作者用谈话的方式、启发的方法来引争读者从基本术语和概念出发，一步一步地深入到计算流体力学整个领域，使读者在阅读过程中逐步了解和掌握计算流体力学的基本原理、主要方法和应用技巧。其次，作者特别强调应用和实践，让读者通过实践理解计算流体力学的要点，增强学习的兴趣和信心，鼓励读者进一步去探索计算流体力学更深层次的知识。因此本书*适合于那些过去对计算流体力学从来没有接触过或接触很少，但又渴望了解和学习，并期望短期内能掌握和应用计算流体力学的读者。

内容提要

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本书是计算流体力学的入门教材，系统地介绍了计算流体力学的基本原理、控制方程、数值分析、计算方法、网格生成及其在工程中的应用，对计算流体力学现状和发展前景也作了概要综述。全书分成4部分：第l部分是基本原理和方程；第2部分是数值分析基础；第3部分是应用实例；第4部分是现代计算流体力学概述。本书适合作为力学、计算数学及工程科学的大学生，非力学专业的研究生以及有关领域的科研、工程技术人员学习计算流体力学的本书。

目录

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第Ⅰ部分 基本思想和方程
第1章 计算流体力学的基本定律
1.1 计算流体力学：为什么?
1.2 计算流体力学：研究工具
1.3 计算流体力学：设计工具
1.4 计算流体力学的影响：一些应用举例
1.4.1 在汽车和发动机中的应用
1.4.2 在制造工业中的应用
1.4.3 在土木工程中的应用
1.4.4 在环境工程中的应用
1.4.5 在造船业中的应用(以潜艇为例)
1.5 计算流体力学到底是什么?
1.6 本书的目的
第2章 流体力学控制方程：推导、物理含义，和适用于CFD计算的表达形式
2.1简介
2.2流动模型
2.2.1有限控制体
2.2.2无穷小流体元
2.2.3一些注释
2.3物质导数(随运动流体元的时间变化率)
2.4速度的散度及其物理意义
2.5连续方程
2.5.1空间固定的有限控制体模型
2.5.2随流体一起运动的有限控制体模型
……
第Ⅱ部分 数值学基础
第Ⅲ部分 应用实例
第Ⅳ部分 其他专题

作者介绍

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文摘

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序言

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国际力学图书——翻译版系列：流体力学基础与应用 本书聚焦于现代工程科学与物理学前沿领域，深入剖析流体运动的理论基础、数值模拟方法及其在工程实践中的广泛应用。本系列翻译版图书旨在为读者提供一套系统、严谨且与国际前沿接轨的力学知识体系，尤其侧重于那些对解决复杂工程问题至关重要的高级主题。 --- 第一部分：流体力学理论基石的深化理解 本卷旨在巩固和提升读者对经典流体力学原理的掌握深度，超越基础教科书的范畴，直击问题的本质。 第一章：连续介质力学的再审视与张量分析的严格应用 本章首先回顾了流体运动的守恒律——质量、动量和能量——在张量形式下的精确表达。重点在于拉格朗日和欧拉描述之间的张量变换关系，以及描述流体变形的有限应变理论在处理高精度问题时的必要性。我们将详细探讨柯西应力张量、速率的梯度张量（Deformation Rate Tensor）及其与涡旋度的关系，为后续的非牛顿流体和湍流模型打下坚实的数学基础。特别关注边界层理论的最新发展，包括高阶边界层方程的推导及其在分离流分析中的作用。 第二章：复杂流体的本构关系与非牛顿流体动力学 传统的牛顿流体假设在许多现代工业过程中不再适用，如聚合物加工、血液流动、泥浆输送等。本章系统介绍了粘弹性流体、剪切增稠/稀化流体、粘塑性流体（如Bingham流体）的广义本构方程。通过对微观结构与宏观流动行为的关联分析，读者将学习如何选择和应用合适的本构模型（如Maxwell模型、Oldroyd-B模型、Power-Law模型）。此外，本章还探讨了这些流体在复杂几何形状（如管道收缩、阀门开启）中的流动特性和特有的流动不稳定现象。 第三章：可压缩流动的跨音速与高超音速理论 针对涉及速度远超声速的飞行器设计和燃气轮机内部流动，本章提供了深入的理论分析。从激波理论出发，详细分析了斜激波、正激波的形成条件与结构。重点讨论了基于小扰动理论的跨音速势流理论，如Garabedian-Kohlmann方程的应用。在高超音速部分，内容涵盖了气动热效应、化学反应流（Chemical Reacting Flow）的建模，以及如何利用简化模型（如薄层方程）处理高马赫数下的稀薄气体效应。 --- 第二部分：数值计算方法与高性能求解技术 本部分专注于将理论转化为可执行的计算方案，覆盖了现代计算流体力学（CFD）的核心算法和工程实现技巧。 第四章：有限体积法的深入剖析与离散化技术 本书强调有限体积法（FVM）作为工业界主流方法的原因，并对其进行细致入微的讲解。内容涵盖了通量守恒的数学保证，以及不同空间离散化格式（如二阶迎风格式、中心差分格式、高分辨率格式如MUSCL）的精度、稳定性和耗散性比较。对于对流项的离散，本章深入探讨了Riemann求解器（如Roe、AUSM+）在处理激波和接触间断时的优势与局限。 第五章：求解压力-速度耦合问题的先进算法 压力-速度耦合是求解不可压缩流纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程的关键难点。本章详细介绍了SIMPLE族算法（SIMPLE, SIMPLER, PISO）的演进，并重点阐述了基于压力的耦合方法（如二次迭代法）的收敛性增强技术。此外，本章还引入了基于速度-压力耦合的耦合求解器（如Coupled Scheme）的理论框架，分析了其在复杂几何和湍流模型下的性能提升。 第六章：处理时间依赖性与时空并行算法 对于瞬态问题的求解，时间离散化方法至关重要。本章对比分析了显式（如Runge-Kutta族）和隐式（如Crank-Nicolson）方法的适用性与计算成本。更重要的是，本章介绍了现代CFD求解器中使用的先进时间推进策略，包括单步时间步长控制、局部时间步长的优化，以及为适应大规模并行计算环境而设计的时间域分解（Time Domain Decomposition）方法，这对于模拟长时间尺度的物理过程至关重要。 --- 第三部分：湍流建模的精进与多相流的挑战 湍流和多相流是工程领域中公认的两大“圣杯”问题，本卷提供了前沿的建模方法和解决方案。 第七章：雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）模型的精炼与应用 RANS模型仍是工业界的主流工具。本章不仅回顾了经典的 $k-epsilon$ 和 $k-omega$ 模型，更侧重于高精度、高梯度修正模型的深入探讨，如SST $k-omega$ 模型对逆压梯度流动的改进机制。内容涵盖了二阶矩模型（Second-Moment Closure, SMC）的基本原理，分析了其相较于涡流粘性假设模型的优越性，以及在预测流场各向异性时的挑战。此外，还探讨了壁面函数（Wall Functions）的非线性修正方法，以提高近壁面区域的模拟准确性。 第八章：大涡模拟（LES）的滤波技术与亚网格尺度（SGS）建模 LES方法提供了比RANS更细致的流动结构信息。本章详细分析了空间滤波和时间滤波的数学特性。重点讲解了Smagorinsky模型、动态Smagorinsky模型以及非平衡SGS模型的构建原理。针对边界层内部的网格依赖性问题，本章提出了混合RANS/LES（如Detached Eddy Simulation, DES）模型的优化策略，分析了DES模型中从RANS到LES的过渡区域的精确控制技术。 第九章：气液/气固多相流的耦合方法论 本章系统性地介绍了处理复杂多相流的计算框架。对于气固两相流，深入剖析了欧拉-欧拉（Euler-Euler）模型中对颗粒相的动量和能量方程的求解，以及颗粒-颗粒碰撞模型的修正。对于气液两相流，对比了欧拉-拉格朗日（Euler-Lagrange）模型（用于稀疏分散相）和相场法（Phase-Field Method, PFM）及水平集法（Level Set Method, LSM）在处理自由界面（如液滴破碎、液膜流动）时的数学基础和数值实现细节，强调了界面捕捉技术的精度对整体模拟结果的决定性影响。 --- 本书适用于流体力学、航空航天工程、机械工程、土木工程及化学工程等领域的在职工程师、高级研究人员以及致力于深入理解计算流体力学理论的硕士和博士研究生。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是打开了我对流体力学理解的新世界大门！我之前一直觉得CFD这块儿特别高深莫测，各种复杂的偏微分方程看着就头疼，但这本书的叙述方式却非常平易近人。它不是那种堆砌公式的教科书，而是非常注重从物理直觉出发，一步步引导你理解CFD背后的数学模型是如何构建起来的。特别是对于那些基础概念的解释，比如网格划分的原理、数值格式的收敛性分析，作者用了很多生动的例子来阐述，让我这个初学者也能很快抓住重点。读完前几章，我感觉自己对那些复杂的流场模拟不再那么畏惧了，甚至有点跃跃欲试想自己动手试试看。这本书的翻译质量也相当不错，语言流畅自然，没有那种生硬的直译感，读起来很舒服，确实是入门的绝佳选择。

评分☆☆☆☆☆

我花了很长时间寻找一本既能讲清楚理论深度，又不会让读者迷失在数学细节中的CFD入门书籍，终于让我找到了这本！与其他动辄几百页、把所有高级话题都塞进去的参考书不同，这本书的结构非常清晰，逻辑层次分明。它没有试图让你在短时间内成为专家，而是脚踏实地地为你打下坚实的理论基础。书中对有限体积法的介绍尤其到位，从离散化的过程到求解器的选择，每一步的动机都解释得非常清楚。我印象最深的是它对边界条件处理的讨论，这是初学者最容易犯错的地方，但这本书给出了非常详尽的指导和对比分析。总的来说，它更像是一位经验丰富的导师在手把手教你如何思考和解决问题，而不是冷冰冰的知识点罗列。

评分☆☆☆☆☆

这本书的编排风格非常具有启发性，它不是那种线性、死板的知识传递方式。更像是一系列精心设计的研讨会笔记，每一章都建立在前一章的基础上，但又提供了足够多的知识点让你去进一步探索。对于我个人而言，它成功地激发了我对湍流模型理解的兴趣。书中对RANS模型的介绍深入浅出，清晰地解释了湍流带来的挑战以及各种模型的假设前提。我尤其欣赏作者在讨论算法效率和计算资源消耗时表现出的务实态度，这在学术性的著作中是比较少见的。它提醒我们，在追求高精度的同时，必须考虑计算的可行性。这本书无疑为我后续深入学习更高级的CFD内容，如LES或DNS，铺平了最坚实、最平坦的道路。

评分☆☆☆☆☆

说实话，刚拿到这本书的时候，我对“国际力学图书——翻译版系列”这个副标题是有点保留态度的，生怕翻译质量不过关影响理解。但实际阅读下来，完全打消了我的顾虑。译者显然对CFD领域非常熟悉，用词精准到位，成功地传达了原作者的精髓。这本书最吸引我的地方在于，它不仅仅停留在理论层面，还穿插了许多实际工程中的案例分析和常见问题的排查思路。比如，当你的模拟结果出现振荡或者不收敛时，这本书里能帮你快速定位问题可能出在哪里，是网格问题、时间步长问题还是物理模型选择不当。这种“实战”的视角，对于想将CFD应用于实际工程项目的读者来说，价值无可估量。它让CFD从一个纯粹的数学工具，变成了一个可靠的工程分析利器。

评分☆☆☆☆☆

我发现很多现有的CFD入门书籍要么过于侧重数学推导，要么干脆沦为某个特定商业软件的操作手册。这本书的伟大之处就在于它找到了一个完美的平衡点。它既没有回避那些必要的数学基础，比如守恒律的推导和离散化过程的严谨性，但同时，它非常注重让读者理解“为什么这么做”，而不是仅仅“如何套公式”。作者巧妙地将各种数值方法（如迎风格式、中心差分）的优缺点放在一起进行对比，让读者能够清晰地认识到不同选择背后的物理妥协。读完之后，我感觉自己对各种求解器（如SIMPLE、PISO算法）的内在工作机制有了更深刻的洞察力，不再是盲目地点击“运行”按钮，而是真正理解了计算机内部是如何“思考”流体运动的。