计算流体力学网格生成技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张来平 著

图书标签:

• 计算流体力学
• 网格生成
• 数值计算
• 科学计算
• 工程仿真
• 有限元
• 有限体积
• CFD
• 网格划分
• 计算方法

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030523150

版次：01

商品编码：12197976

包装：精装

开本：32开

出版时间：2017-05-01

页数：344

正文语种：中文

内容简介

网格生成技术是计算流体力学( CFD)的重要组成部分，也是CFD走向工程应用的瓶颈技术。本书对CFD阿格生成技术进行了比较系统全面的介绍，内容包括：各种数值计算方法对网格的需求，静动态结构网格、非结构网格和混合网格生成技术，网格自适应技术和优化技术，多重网格计算所需肋多级粗网格生成技术，并行网格生成及网格分区技术，复杂外形的描述与表面网格生成等，附录还简要介绍了几款常用的商业网格生成软件。鉴于作者的研究领域有限，本书重点介绍了非结构、混合网格生成技术；为了本书的完整性，对结构网格也进行了简要的介绍。本书的内容主要源于作者的研究工作，少部分内容取材于参考文献和同事的论文或报告。

现代控制理论及其应用 内容概要： 本书全面系统地介绍了现代控制理论的核心概念、基本方法及其在工程实践中的广泛应用。全书内容覆盖了经典控制理论的局限性以及由此催生的状态空间法、最优控制、鲁棒控制、自适应控制等现代控制理论的关键分支。特别侧重于理论的数学基础、算法的推导过程以及如何利用这些工具解决复杂的工程控制问题。 第一部分：控制系统基础与状态空间描述 第一章：控制系统概述与经典回顾 本章首先阐述了控制系统的基本概念、分类及其在不同工程领域中的重要性。简要回顾了经典控制理论（如传递函数、频率响应分析）的优势与不足，为引入现代控制理论奠定基础。重点讨论了为什么需要从时域角度更深入地刻画系统动态特性。 第二章：线性多输入多输出（MIMO）系统的状态空间表示 这是现代控制理论的基石。本章详细讲解了如何将物理系统（如机电系统、热力学过程）转化为标准的状态空间模型 $dot{mathbf{x}} = mathbf{A}mathbf{x} + mathbf{B}mathbf{u}$ 和 $mathbf{y} = mathbf{C}mathbf{x} + mathbf{D}mathbf{u}$。讨论了不同形式的矩阵表示（如约旦标准型、控制标准型、观测标准型）之间的相互转换，并深入分析了系统矩阵 $mathbf{A}$ 的特征值对系统稳定性和动态特性的决定性影响。 第三章：系统基本性质的分析 系统性质是设计控制器的前提。本章集中于两大核心性质：能控性和能观性。详细介绍了卡尔曼（Kalman）能控性矩阵和能观性矩阵的构造与判定方法，并阐述了它们在控制器设计和状态观测器设计中的物理意义和数学约束。 第四章：线性定常系统的解与稳定性分析 本章推导了状态空间方程的解析解 $mathbf{x}(t) = Phi(t) mathbf{x}(0) + int_{0}^{t} Phi(t- au) mathbf{B}mathbf{u}( au) d au$，并引入了状态转移矩阵 $Phi(t)$ 的计算方法（如利用拉普拉斯逆变换或特征值分解）。随后，深入探讨了李雅普诺夫（Lyapunov）稳定性判据，包括渐近稳定、指数稳定等概念，并着重介绍如何通过李雅普诺夫方程来判断系统的稳定性，这是后续最优控制和鲁棒控制理论的数学基础。 第二部分：控制器设计与状态反馈 第五章：极点配置与状态反馈控制 本章的核心是利用状态反馈 $mathbf{u} = -mathbf{K}mathbf{x} + mathbf{r}$ 来重构系统动态。详细讲解了如何利用Ackermann公式或其他矩阵代数方法，实现期望的闭环系统极点配置，从而达到预期的瞬态响应特性。同时，讨论了输出反馈和部分状态反馈的局限性。 第六章：最优控制理论基础——LQR 控制器 当系统状态不可直接测量或性能指标要求更高时，需要引入最优控制思想。本章引入了性能指标函数（代价函数），特别是二次型性能指标 $J = int_{0}^{infty} (mathbf{x}^T mathbf{Q}mathbf{x} + mathbf{u}^T mathbf{R}mathbf{u}) dt$。通过推导哈密顿-雅可比-贝尔曼（HJB）方程，详细求解了线性二次型最优控制（LQR）问题，得出了最优反馈增益 $mathbf{K}$ 的求解公式，并探讨了权矩阵 $mathbf{Q}$ 和 $mathbf{R}$ 对控制性能的影响。 第七章：状态观测器设计 由于实际系统中状态变量往往难以直接测量，本章介绍了如何利用系统的输入和输出来估计内部状态。重点讲解了最小阶（Luenberger）观测器和最大阶观测器的设计原理。通过引入状态观测误差动态系统，讨论了观测器增益的选择准则，确保观测误差收敛速度快于主系统状态的收敛速度。 第八章：分离原理与复合控制 本章探讨了最优控制器的设计与状态观测器设计的独立性。证明了在LQR框架下，最优状态反馈增益 $mathbf{K}$ 的设计与最优状态估计器（卡尔曼滤波器）的设计可以相互分离。接着，将观测器和状态反馈结合，形成了完整的闭环最优控制结构。 第三部分：先进控制理论 第九章：卡尔曼滤波与状态估计 本章从统计学角度出发，处理系统模型和测量中存在的随机噪声问题。详细介绍了离散时间卡尔曼滤波器的递推算法，包括预测步和更新步的矩阵运算。重点分析了协方差矩阵的演化，以及如何通过调整过程噪声协方差 $mathbf{Q}$ 和测量噪声协方差 $mathbf{R}$ 来平衡估计的精度与实时性。 第十章：鲁棒控制导论 针对系统模型不确定性或外部扰动对控制性能的影响，本章引入了鲁棒控制的基本思想。介绍了描述模型不确定性的方法（如小增益定理的基础概念），并简要概述了 $H_infty$ 控制和 $mu$ 综合控制的基本目标，即在模型误差范围内保证系统的稳定性和性能要求。 第十一章：自适应控制概述 当系统参数在运行中发生显著变化，传统固定增益控制器不再适用时，自适应控制成为解决方案。本章介绍了自适应控制的基本结构（参数估计器与控制器设计），阐述了间接自适应控制和直接自适应控制的基本原理，并讨论了超级恢复（Super-Twisting）算法在高速收敛中的应用潜力。 第十二章：非线性控制基础 本章对非线性系统的挑战进行了初步探讨。介绍了输入-输出线性化、反馈线性化等技术，这些技术旨在通过坐标变换和适当的反馈，将非线性系统转化为线性系统进行设计。同时，引入了滑模控制（SMC）的基本结构，探讨其对抗外部干扰的固有鲁棒性。 本书特色： 本书理论严谨，推导详尽，力求在数学深度和工程应用之间取得平衡。每章后附有大量例题和习题，旨在巩固读者对状态空间变换、矩阵代数运算以及控制器综合的实际操作能力。本书适合控制工程、航空航天、电气工程、机械工程等专业的高年级本科生、研究生及相关领域的工程技术人员作为教材或参考书。通过学习，读者将能够系统地掌握现代控制理论的分析工具和设计方法，从而应对复杂系统的精确控制挑战。

评分☆☆☆☆☆

作为一名专注于计算声学研究的学者，我们面临的挑战与流体力学有所不同，但也同样离不开精密的网格生成技术。声波的传播特性对网格的精度要求极高，尤其是在模拟高频声波或跨介质声波传播时，网格的分辨率和质量直接影响到计算结果的准确性，可能导致“数值色散”和“数值耗散”等问题。我非常希望能够找到一本在网格生成方面，能够为计算声学提供专门指导的书籍，例如如何根据声学波的特性，设计具有特定分辨率要求的网格，以及如何在复杂的几何结构中，生成能够有效传播声波的网格。 我特别关注书中是否能讨论一些针对计算声学优化的网格生成技术，比如如何构建具有良好波传播特性的“低耗散”网格，以及如何处理不同声阻抗介质界面的网格匹配问题。此外，对于一些瞬态的声学现象，如爆炸声或冲击波的传播，需要能够高效地处理网格的动态变化，并保证计算的连续性。如果书中能够提供一些关于如何结合CFD网格生成技术和声学模拟需求的见解，那将对我非常有价值，让我能够更好地开展我的研究工作。

评分☆☆☆☆☆

作为一个从事计算空气动力学多年的工程师，我一直在寻求能够帮助我突破现有瓶颈的技术。目前，我们在处理一些非常规的气动外形，比如多体耦合、可变形翼等时，网格的动态生成和适应性调整成为了一个巨大的挑战。我希望这本书能够深入探讨如何在这些动态场景下，实现高效、实时的网格更新，并保持网格的质量和计算的稳定性。例如，对于飞行器的气动弹性耦合问题，翼型的变形会引起流场和网格的显著变化，而如何快速、准确地生成与变形翼形匹配的网格，并且保证计算的连续性，是亟待解决的问题。 此外，我对书中关于高性能计算（HPC）环境下网格生成技术的讨论也非常感兴趣。随着计算规模的不断增大，如何有效地利用并行计算资源来加速网格生成过程，以及如何设计能够充分发挥并行优势的网格数据结构和算法，是当前的研究热点。我希望这本书能够提供一些关于并行网格生成算法的最新进展，以及它们在实际工程应用中的案例分析，例如在大型飞机或航天器的气动设计中，如何通过大规模并行计算来生成和管理千万级甚至亿级的网格。

评分☆☆☆☆☆

我是一名正在攻读CFD方向博士的学生，目前正在撰写关于精细湍流模拟（DNS）和大规模涡模拟（LES）的研究课题。这两类模拟对网格的要求都非常苛刻，需要捕捉到极其精细的流体结构，这往往意味着需要极其高分辨率的网格，并对网格质量有极高的要求。我希望这本书能够深入讲解如何在这些先进模拟方法中，设计和生成满足特殊需求的网格，例如如何保证网格的完备性（completeness）和兼容性（conformality），以避免数值耗散和伪影的产生。 我对书中关于自适应网格细化（AMR）技术，特别是基于误差估计的自适应网格技术（error-driven AMR）的论述充满了期待。它能够根据计算过程中的误差分布，自动地在需要高精度的区域细化网格，而在其他区域保持较低的网格密度，从而在保证计算精度的同时，显著降低计算量。我希望书中能详细阐述不同AMR策略的原理、实现方法，以及它们在DNS/LES中的具体应用案例，并提供一些在实际研究中遇到的挑战和解决方案。

评分☆☆☆☆☆

作为一名长期在计算流体力学领域摸爬滚打的研究人员，我一直深感网格生成技术的重要性，它如同数字模拟的基石，直接影响着计算的精度、效率乃至最终结果的可靠性。近年来，我一直在寻找一本能够系统性地梳理和深化我对这一领域理解的书籍，尤其是在接触了一些复杂的工程问题后，对传统网格生成方法的局限性有了更深刻的体会。我期待这本书能够不仅仅停留在理论层面，更能提供丰富的实践指导和前沿进展的介绍，例如如何处理非结构化网格的复杂拓扑结构，如何针对高马赫数流动和多相流等极端工况优化网格质量，以及在自适应网格细化（AMR）等先进技术上的最新突破。 我尤其关注书中关于局部网格加密和网格重构的章节，这些技术在捕捉流场中的激波、涡街等精细结构，以及处理边界层等高梯度区域至关重要。例如，在进行超燃冲压发动机的模拟时，需要极其精细的网格来解析燃烧区域和激波系的相互作用，而传统均匀网格的计算成本是难以承受的。因此，一本优秀的网格生成技术书籍，理应深入剖析各种网格适应性策略的原理、算法实现细节及其在不同应用场景下的优缺点，并给出具体的优化建议。我希望这本书能提供一些关于如何自动化网格生成流程的见解，减少人工干预，提高生产效率，尤其是在处理大规模、多尺度问题时，这种自动化能力显得尤为重要。

评分☆☆☆☆☆

对于一名初涉CFD领域的学生来说，网格生成无疑是最令人头疼的环节之一。教科书上往往只介绍了基本的结构化和非结构化网格生成方法，但实际应用中遇到的问题远不止于此。我希望能够找到一本能够循序渐进，从最基础的网格概念讲起，逐步深入到复杂形状区域的网格划分，例如如何处理具有复杂几何特征的航空发动机叶片，或者微流控器件内部的流体通道。更重要的是，我希望这本书能够提供清晰易懂的算法原理讲解，并辅以实际的编程示例，让我能够真正理解其中的逻辑，而不是停留在“知其然，不知其所以然”的阶段。 我尤其看重书中是否能对不同类型网格（如四面体、六面体、混合网格）的适用性进行详细比较，并解释它们在求解精度、计算效率以及内存占用方面的权衡。此外，网格质量评估和改进技术也是我非常关心的一部分，因为粗糙或畸变的网格会导致计算结果的严重失真。如果书中能提供一些判断网格质量的标准，以及相应的修复算法，那将对我的学习过程产生巨大的帮助。我也希望书中能够提及一些主流的网格生成软件的使用方法和技巧，让我能够快速上手，将理论知识转化为实际操作。

评分☆☆☆☆☆

速度快，服务好，继续加油！

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速度快，服务好，继续加油！

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不错，网格划分，生成的。

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印刷质量很好，内容还没来得及看

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难得有网格方面的书，都是国外的，希望国内的赶快研究。

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包装好，不错

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书写的很不满，就是发货太慢了！

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好书

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印刷质量很好，内容还没来得及看