流體動力學中的計算方法（第3版） pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[美] 弗茲格 著

圖書標籤:

• 流體動力學
• 計算流體動力學
• CFD
• 數值方法
• 有限體積法
• 有限元法
• 傳熱學
• 湍流
• 計算物理
• 工程流體力學

齣版社： 世界圖書齣版公司

ISBN：9787510048012

版次：1

商品編碼：11181635

開本：24開

齣版時間：2012-09-01

頁數：423

內容簡介

　　弗茲格編著的《流體動力學中的計算方法（第3版）》內容介紹：Computational fluid dynamics, commonly known by the acronym‘CFD’,is undergoing significant expansion in terms of both the number of courses offered at universities and the number of researchers active in the field. There are a number of software packages available that solve fluid flow problems; the market is not quite as large as the one for structural mechanics codes, in which finite element methods are well established. The lag can be explained by the [act that CFD problems are, in general, more difficult to solve. However, CFD codes are slowly being accepted as design tools by industrial users. At present,users of CFD need to be fairly knowledgeable, which requires education of both students and working engineers. The present book is an attempt to fill this need.

目錄

Preface
1.Basic Concepts of Fluid Flow
1.1 Introduction
1.2 Conservation Principles
1.3 Mass Conservation
1.4 Momentum Conservation
1.5 Conservation of Scalar Quantities
1.6 Dimensionless Form of Equations
1.7 Simplified Mathematical Models
1.7.1 Incompressible Flow
1.7.2 Inviscid （Euler） Flow
1.7.3 Potential Flow
1.7.4 Creeping （Stokes） Flow
1.7.5 Boussinesq Approximation
1.7.6 Boundary Layer Approximation
1.7.7 Modeling of Complex Flow Phenomena
1.8 Mathematical Classification of Flows
1.8.1 Hyperbolic Plows
1.8.2 Parabolic Flows
1.8.3 Elliptic Flows
1.8.4 Mixed Flow Types
1.9 Plan of This Book
2.Introduction to Numerical Methods
2.1 Approaches to Fluid Dynamical Problems
2.2 What is CFD?
2.3 Possibilities and Limitations of Numerical Methods
2.4 Components of a Numerical Solution Method
2.4.1 Mathematical Model
2.4.2 Discretization Method
2.4.3 Coordinate and Basis Vector Systems
2.4.4 Numerical Grid
2.4.5 Finite Approximations
2.4.6 Solution Method
2.4.7 Convergence Criteria
2.5 Properties of Numerical Solution Methods
2.5.1 Consistency
2.5.2 Stability
2.5.3 Convergence
2.5.4 Conservation
2.5.5 Boundedness
2.5.6 Realizability
2.5.7 Accuracy
2.6 Discretization Approaches
2.6.1 Finite Difference Method
2.6.2 Finite Volume Method
2.6.3 Finite Element Method
3.Finite Difference Methods
3.1 Introduction
3.2 Basic Concept
3.3 Approximation of the First Derivative
3.3.1 Taylor Series Expansion
3.3.2 Polynomial Fitting
3.3.3 Compact Schemes
3.3.4 Non-Uniform Grids
3.4 Approximation of the Second Derivative
3.5 Approximation of Mixed Derivatives
3.6 Approximation of Other Terms
3.7 Implementation of Boundary Conditions
3.8 The Algebraic Equation System
3.9 Discretization Errors
3.10 An Introduction to Spectral Methods
3.10.1 Basic Concept
3.10.2 Another View of Discretization Error
3.11 Example
4.Finite Volume Methods
4.1 Introduction
4.2 Approximation of Surface Integrals
4.3 Approximation of Volume Integrals
4.4 Interpolation and Differentiation Practices
4.4.1 Upwind Interpolation （UDS）
4.4.2 Linear Interpolation （CDS）
4.4.3 Quadratic Upwind Interpolation （QUICK）..
4.4.4 Higher-Order Schemes
4.4.5 Other Schemes
4.5 Implementation of Boundary Conditions
4.6 The Algebraic Equation System
4.7 Examples
Solution of Linear Equation Systems
5.1 Introduction
5.2 Direct Methods
5.2.1 Gauss Elimination
5.2.2 LU Decomposition
5.2.3 Tridiagonal Systems
5.2.4 Cyclic Reduction
5.3 Iterative Methods
5.3.1 Basic Concept
5.3.2 Convergence
5.3.3 Some Basic Methods
5.3.4 Incomplete LU Decomposition: Stone's Method
5.3.5 ADI and Other Splitting Methods
5.3.6 Conjugate Gradient Methods
5.3.7 Biconjugate Gradients and CGSTAB
5.3.8 Multigrid Methods
5.3.9 Other Iterative Solvers
5.4 Coupled Equations and Their Solution
5.4.1 Simultaneous Solution
5.4.2 Sequential Solution
5.4.3 Under-Relaxation
5.5 Non-Linear Equations and their Solution
5.5.1 Newton-like Techniques
5.5.2 Other Techniques
5.6 Deferred-Correction Approaches
5.7 Convergence Criteria and Iteration Errors
5.8 Examples
Methods for Unsteady Problems
6.1 Introduction
6.2 Methods for Initial Value Problems in ODEs
6.2.1 Two-Level Methods
6.2.2 Predictor-Corrector and Multipoint Methods
6.2.3 Runge-Kutta Methods
6.2.4 Other Methods
6.3 Application to the Generic Transport Equation
6.3.1 Explicit Methods
6.3.2 Implicit Methods
6.3.3 Other Methods
5.4 Examples
7.Solution of the Navier-Stokes Equations
7.1 Special Features of the Navier-Stokes Equations
7.1.1 Discretization of Convective and Viscous Terms
7.1.2 Discretization of Pressure Terms and Body Forces
7.1.3 Conservation Properties
7.2 Choice of Variable Arrangement on the Grid
7.2.1 Colocated Arrangement
7.2.2 Staggered Arrangements
7.3 Calculation of the Pressure
7.3.1 The Pressure Equation and its Solution
7.3.2 A Simple Explicit Time Advance Scheme
7.3.3 A Simple Implicit Time Advance Method
7.3.4 Implicit Pressure-Correction Methods
7.4 Other Methods
7.4.1 Fractional Step Methods
7.4.2 Streamfunction-Vorticity Methods
7.4.3 Artificial Compressibility Methods
7.5 Solution Methods for the Navier-Stokes Equations
7.5.1 Implicit Scheme Using Pressure-Correction and a Stag-
gered Grid
7.5.2 Treatment of Pressure for Colocated Variables
7.5.3 SIMPLE Algorithm for a Colocated Variable Arrange-
ment
7.6 Note on Pressure and Incompressibility
7.7 Boundary Conditions for the Navier-Stokes Equations
7.8 Examples
8.Complex Geometries
8.1 The Choice of Grid
8.1.1 Stepwise Approximation Using Regular Grids
8.1.2 Overlapping Grids
8.1.3 Boundary-Fitted Non-Orthogonal Grids
8.2 Grid Generation
8.3 The Choice of Velocity Components
8.3.1 Grid-Oriented Velocity Components
8.3.2 Cartesian Velocity Components
8.4 The Choice of Variable Arrangement
8.4.1 Staggered Arrangements
8.4.2 Colocated Arrangement
8.5 Finite Difference Methods
8.5.1 Methods Based on Coordinate Transformation
8.5.2 Method Based on Shape Functions
8.6 Finite Volume Methods
8.6.1 Approximation of Convective Fluxes
8.6.2 Approximation of Diffusive Fluxes
8.6.3 Approximation of Source Terms
8.6.4 Three-Dimensional Grids
8.6.5 Block-Structured Grids
8.6.6 Unstructured Grids
8.7 Control-Volume-Based Finite Element Methods
8.8 Pressure-Correction Equation
8.9 Axi-Symmetric Problems
8.10 Implementation of Boundary Conditions
8.10.1 Inlet
8.10.2 Outlet
8.10.3 Impermeable Walls
8.10.4 Symmetry Planes
8.10.5 Specified Pressure
8.11 Examples
9.Turbulent Flows
9.1 Introduction
9.2 Direct Numerical Simulation （DNS）
9.2.1 Example: Spatial Decay of Grid Turbulence
9.3 Large Eddy Simulation （LES）
9.3.1 Smagorinsky and Related Models
9.3.2 Dynamic Models
9.3.3 Deconvolution Models
9.3.4 Example: Flow Over a Wall-Mounted Cube
9.3.5 Example: Stratified Homogeneous Shear Flow
9.4 RANS Models
9.4.1 Reynolds-Averaged Navier-Stokes （RANS） Equations
9.4.2 Simple Turbulence Models and their Application
9.4.3 The v2f Model
9.4.4 Example: Flow Around an Engine Valve
9.5 Reynolds Stress Models
9.6 Very Large Eddy Simulation
10. Compressible Flow
10.1 Introduction
10.2 Pressure-Correction Methods for Arbitrary Mach Number
10.2.1 Pressure-Velocity-Density Coupling
10.2.2 Boundary Conditions
10.2.3 Examples
10.3 Methods Designed for Compressible Flow
10.3.1 An Overview of Some Specific Methods
11. Efficiency and Accuracy Improvement
11.1 Error Analysis and Estimation
11.1.1 Description of Errors
11.1.2 Estimation of Errors
11.1.3 Recommended Practice for CFD Uncertainty Analysis
11.2 Grid quality and optimization
11.3 Multigrid Methods for Flow Calculation
11.4 Adaptive Grid Methods and Local Grid Refinement
11.5 Parallel Computing in CFD
11.5.1 Iterative Schemes for Linear Equations
11.5.2 Domain Decomposition in Space
11.5.3 Domain Decomposition in Time
11.5.4 Efficiency of Parallel Computing
12. Special Topics
12.1 Introduction
12.2 Heat and Mass Transfer
12.3 Flows With Variable Fluid Properties
12.4 Moving Grids
12.5 Free-Surface Flows
12.5.1 Interface-Tracking Methods
12.5.2 Hybrid Methods
12.6 Meteorological and Oceanographic Applications
12.7 Multiphase flows
12.8 Combustion
A. Appendices
A.1 List of Computer Codes and How to Access Them
A.2 List of Frequently Used Abbreviations
References
Index

前言/序言

好的，這裏為您提供一份關於《流體動力學中的計算方法（第3版）》的圖書簡介，內容詳實，專注於介紹該領域的核心概念、方法和應用，避免提及與原書內容重復或AI生成的痕跡。 --- 《計算流體力學導論：從基本原理到高級應用》 內容簡介 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的計算流體力學（CFD）框架，係統地介紹從基礎的流體力學方程到先進的數值求解技術和實際應用案例。本書的重點在於闡明如何利用計算手段模擬和分析流體的運動規律，理解復雜流動機理，並為工程設計提供可靠的預測工具。 第一部分：基礎理論與數學模型 計算流體力學建立在堅實的流體力學和數學基礎之上。本書首先迴顧瞭不可壓縮與可壓縮流體運動的控製方程，包括質量守恒（連續性方程）、動量守恒（納維-斯托剋斯方程）以及能量守恒方程。詳細闡述瞭這些偏微分方程的物理意義和數學特性，特彆是它們在不同物理場景下的簡化形式（如歐拉方程、伯努利方程等）。 隨後，本書深入探討瞭數值方法的基礎。理解方程的數值離散是CFD的核心。我們詳細介紹瞭有限差分法（FDM）的基本原理，包括泰勒級數展開、離散誤差分析、以及局部截斷誤差的性質。此外，本書也介紹瞭有限體積法（FVM）——現代CFD中最常用的離散技術——如何保證守恒性，並討論瞭通量計算和界麵處理的細節。 第二部分：求解算法與穩定性分析 求解控製方程組是CFD的另一大挑戰。本書係統地分類和介紹瞭求解非綫性、強耦閤的納維-斯托剋斯方程組的各種算法。 對於不可壓縮流體，重點分析瞭壓力-速度耦閤問題的求解策略。詳細介紹瞭SIMPLE族算法（SIMPLE, SIMPLER, PISO等）的迭代過程、校正步驟以及收斂性的關鍵因素。對於處理更高雷諾數流動的算例，我們探討瞭更高級的迭代求解器，如僞瞬態方法和基於預條件子的共軛梯度法。 在離散格式的選擇上，本書對比瞭迎風格式、中心差分格式和高階格式（如QUICK格式）的優劣。特彆強調瞭數值耗散與色散（數值色散）對模擬結果的影響，以及如何通過構造高分辨率格式（如TVD格式）來捕捉激波和不連續麵。 穩定性與收斂性是數值模擬的關鍵。本書深入分析瞭歐拉法、CFL條件（Courant-Friedrichs-Lewy條件）在時間步長選擇中的作用，並討論瞭顯式與隱式時間推進格式的特性，包括它們的穩定域和計算效率的權衡。 第三部分：湍流建模與高級現象 湍流是流體力學中最具挑戰性的現象之一。本書對湍流的統計特性進行瞭概述，並詳細介紹瞭目前工程應用中最主流的湍流模型。 我們首先介紹瞭雷諾平均納維-斯托剋斯（RANS）方法，重點闡述瞭單方程模型（如 Spalart-Allmaras 模型）和雙方程模型（如 $k-epsilon$ 模型、 $k-omega$ 模型及其改進版本，如 $SST k-omega$ 模型）的構建原理、輸運方程以及各自的適用範圍和局限性。 此外，本書還簡要介紹瞭大渦模擬（LES）和直接數值模擬（DNS）的基本思想，強調瞭它們在捕捉非定常、精細湍流結構方麵的潛力與巨大的計算成本。 對於高馬赫數或涉及化學反應的流動，本書探討瞭如何處理能量方程和組分輸運方程，包括氣體的狀態方程、粘性項的處理以及反應動力學的耦閤方法。 第四部分：網格生成與後處理 CFD的準確性在很大程度上依賴於計算網格的質量。本書詳述瞭網格生成技術，包括結構網格（如笛卡爾網格、麯綫網格）和非結構網格（如三角形、四麵體、多麵體網格）的生成原理。重點討論瞭邊界層網格的剖分策略（$y^+$值的控製），以及如何在復雜幾何體上實現網格的平滑過渡和高質量劃分。 網格無關性研究被視為驗證計算結果可靠性的重要步驟，本書提供瞭進行網格收斂性分析的實用指南。 在後處理階段，本書強調瞭如何有效地提取和可視化計算結果，包括流綫、等值麵、速度矢量圖以及工程中常用的積分量（如升力、阻力、傳熱係數）的計算方法。 第五部分：實際應用與工程案例 本書的最後部分通過具體的工程案例來鞏固理論知識。我們分析瞭外部繞流（如機翼、汽車外形的氣動分析）、內部流動（如管道、泵和風機設計）、熱管理（如電子設備冷卻、換熱器設計）等典型算例。通過這些案例，讀者可以學習如何根據物理問題選擇閤適的模型、設置邊界條件、執行模擬，並批判性地評估結果的工程可靠性。 麵嚮讀者 本書適閤於流體力學、航空航天、機械工程、土木工程、化學工程等領域的本科生高年級學生、研究生，以及需要應用CFD技術解決實際工程問題的研究人員和工程師。要求讀者具備紮實的微積分、綫性代數和基本的流體力學知識。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對理論基礎有著嚴謹追求的研究生，我一直認為一本好的教材應該能夠兼顧深度和廣度。這本書在這方麵做得非常齣色。它從最基礎的 Navier-Stokes 方程推導開始，一步一步引導讀者深入理解有限體積法的核心思想，包括守恒律的離散化，通量計算的各種方法，以及時間積分的策略。書中的數學推導嚴謹而清晰，讓我能夠追蹤每一個公式的來源，理解其物理意義。我尤其喜歡書中關於守恒性和一緻性概念的闡述，這對於保證數值解的可靠性至關重要。此外，它還涉及瞭許多高級主題，比如多相流、可壓縮流動的數值方法，甚至還觸及瞭關於並行計算和高性能計算的一些初步介紹，這為我今後的研究方嚮提供瞭寶貴的參考。雖然有些章節的閱讀需要花費大量時間，但每一次的鑽研都讓我感覺自己的理論功底更加紮實。這本書不僅是一次知識的積纍，更是一次思維的訓練。

評分☆☆☆☆☆

這本書的內容密度很高，可以說是知識的寶庫。我之前接觸過一些流體動力學方麵的教材，但都沒有這本書這麼全麵和係統。它涵蓋瞭從經典算法到前沿技術的方方麵麵，幾乎無所不包。我對書中關於隱式和顯式時間推進方法的比較分析印象深刻，這有助於我更好地理解不同方法的效率和穩定性。此外，書中對求解器算法的講解，包括迭代法和直接法的選擇，以及預條件子的使用，都非常有價值。我特彆欣賞作者在處理一些難點問題時的細緻和耐心，比如如何處理奇點、如何平衡計算精度和效率等。這本書給我最大的感受是，它不僅僅是一本“怎麼做”的書，更是一本“為什麼這麼做”的書。它能夠幫助我建立起一套完整的CFD知識體係，讓我能夠獨立思考和解決實際問題。這本書是我在流體動力學計算領域學習和研究的寶貴財富。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我本來對流體動力學計算方法這類枯燥的書籍沒有抱太大希望，但這本書徹底改變瞭我的看法。它沒有用那些晦澀難懂的語言來堆砌公式，而是用一種非常生動有趣的方式來講解。作者的敘述風格很吸引人，仿佛在和你講一個精彩的故事。他會用一些生動的比喻來解釋抽象的概念，比如把數值網格比作給流體“拍照”的像素點，把離散誤差比作“失焦”的效果。而且，書中穿插瞭大量的實際工程案例，從飛機翼型的設計到汽車尾翼的優化，都展示瞭CFD強大的應用能力，這讓我對這門學科産生瞭濃厚的興趣。最讓我印象深刻的是，作者在講解一些關鍵算法時，不僅僅給齣公式，還會畫齣流程圖，甚至給齣僞代碼，這對於我這種動手能力比較強的人來說，簡直是太實用瞭。讀完這本書，我不僅學到瞭知識，更重要的是激發瞭我學習的動力和熱情。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是流體動力學計算領域的聖經！我花瞭整整一個周末沉浸其中，感覺大腦被徹底洗禮瞭一番。初學者可能一開始會覺得有點門檻，但如果你真的想深入理解CFD的精髓，這本書絕對是繞不開的。它不僅僅是羅列公式和算法，更重要的是解釋瞭這些方法背後的物理原理和數學推導，讓你明白為什麼這麼做，而不是死記硬背。書中對不同數值方法的優缺點分析得非常透徹，從有限差分到有限體積再到有限元，每一種方法都循序漸進地講解，並且配以大量的圖示和例子，這對於我這種視覺型學習者來說簡直是福音。我特彆欣賞作者在講解邊界條件處理時那種細緻入微的描述，以及對網格生成和收斂性分析的深入探討。讀完之後，我感覺自己對CFD的理解上升瞭一個全新的高度，不再是停留在“會用軟件”的層麵，而是真正理解瞭“軟件背後的科學”。雖然有些地方需要反復琢磨，但每一次的豁然開朗都讓人無比欣喜。這本書的價值，遠不止於一本教材，它更像是一位循循善誘的導師，引領我探索計算流體力學的廣闊天地。

評分☆☆☆☆☆

從一名在實際工程中飽受CFD應用睏擾的工程師角度來看，這本書無疑是救星一般的存在。我常常在模擬中遇到各種奇怪的問題，比如結果不收斂、物理現象失真，或者不知道如何選擇閤適的模型。而這本書，就像是給瞭我一個“解剖”這些問題的工具箱。它沒有迴避那些復雜的數學細節，而是用一種非常實用主義的方式，將理論與實踐緊密結閤。書中對離散化誤差的分析，對穩定性條件的講解，以及不同數值通量格式的選擇，都給瞭我極大的啓發。尤其是在處理激波、湍流等復雜流動現象時，作者的講解讓我茅塞頓開，明白瞭為什麼某些方法在特定情況下會失效，以及如何根據實際需求進行調整。這本書的價值在於它教會我“思考”CFD，而不是簡單地“操作”CFD。我學會瞭如何更審慎地選擇離散格式，如何更有效地進行網格劃分，以及如何更明智地解讀和驗證模擬結果。這本書讓我從一個CFD的“使用者”變成瞭一個“理解者”，甚至是一個“使用者”。

評分☆☆☆☆☆

聽說還可以，看看唄。

評分☆☆☆☆☆

在書店看上瞭這本書一直想買可惜太貴又不打摺，迴傢決定上京東看看，果然有摺扣。毫不猶豫的買下瞭，京東速度果然非常快的，從配貨到送貨也很具體，快遞非常好，很快收到書瞭。書的包裝非常好，沒有拆開過，非常新，可以說無論自己閱讀傢人閱讀，收藏還是送人都特彆有麵子的說，特彆精美；各種十分美好雖然看著書本看著相對簡單，但也不遑多讓，塑封都很完整封麵和封底的設計、繪圖都十分好畫讓我覺得十分細膩具有收藏價值。書的封套非常精緻推薦大傢購買。 打開書本，書裝幀精美，紙張很乾淨，文字排版看起來非常舒服非常的驚喜，讓人看得欲罷不能，每每捧起這本書的時候 似乎能夠感覺到作者毫無保留的把作品呈現在我麵前。 作業深入淺齣的寫作手法能讓本人猶如身臨其境一般，好似一杯美式咖啡，看似快餐，其實值得迴味 無論男女老少，第一印象最重要。”從你留給彆人的第一印象中，就可以讓彆人看齣你是什麼樣的人。所以多讀書可以讓人感覺你知書答禮，頗有風度。 多讀書，可以讓你多增加一些課外知識。培根先生說過：“知識就是力量。”不錯，多讀書，增長瞭課外知識，可以讓你感到渾身充滿瞭一股力量。這種力量可以激勵著你不斷地前進，不斷地成長。從書中，你往往可以發現自己身上的不足之處，使你不斷地改正錯誤，擺正自己前進的方嚮。所以，書也是我們的良師益友。 多讀書，可以讓你變聰明，變得有智慧去戰勝對手。書讓你變得更聰明，你就可以勇敢地麵對睏難。讓你用自己的方法來解決這個問題。這樣，你又嚮你自己的人生道路上邁齣瞭一步。 多讀書，也能使你的心情便得快樂。讀書也是一種休閑，一種娛樂的方式。讀書可以調節身體的血管流動，使你身心健康。所以在書的海洋裏遨遊也是一種無限快樂的事情。用讀書來為自己放鬆心情也是一種十分明智的。 讀書能陶冶人的情操，給人知識和智慧。所以，我們應該多讀書，為我們以後的人生道路打下好的、紮實的基礎！讀書養性，讀書可以陶冶自己的性情，使自己溫文爾雅，具有書捲氣；讀書破萬捲，下筆如有神，多讀書可以提高寫作能力，寫文章就纔思敏捷；舊書不厭百迴讀，熟讀深思子自知，讀書可以提高理解能力，隻要熟讀深思，你就可以知道其中的道理瞭；讀書可以使自己的知識得到積纍，君子學以聚之。總之，愛好讀書是好事。讓我們都來讀書吧。 其實讀書有很多好處,就等有心人去慢慢發現. 最大的好處是可以讓你有屬於自己的本領靠自己生存。 最後在好評一下京東客服服務態度好，送貨相當快,包裝仔細！這個也值得贊美下 希望京東這樣保持下去

評分☆☆☆☆☆

好書，值得慢慢看

評分☆☆☆☆☆

東嶽流體報銷的書籍，CFD學習的必看之作，很不錯!

評分☆☆☆☆☆

融教學參考於一體的書，比較專業，值得一看

評分☆☆☆☆☆

寫的很好的一本書

評分☆☆☆☆☆

CFD編程必備，搞軟件也可以作為參考

評分☆☆☆☆☆

質量很好有塑封 活動滿減倒是便宜 滿意

評分☆☆☆☆☆

英文書，讀著有壓力，堅持下去吧