超声速湍流剪切层（第2版）/高超声速技术译丛 [Turbulent Shear Layers in supersonic Flow(Second Edition)] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] 亚历山大·J.斯米茨（Alexander J.Smits） 著，刘洪，张斌 译

图书标签:

• 超声速流动
• 湍流
• 剪切层
• 高超声速技术
• 空气动力学
• 流体力学
• 传热
• 边界层
• 数值模拟
• 工程应用

出版社： 航空工业出版社

ISBN：9787516509852

版次：1

商品编码：12273319

包装：精装

丛书名： 高超声速技术译丛

外文名称：Turbulent Shear Layers in supersonic Flow(Second Edition)

开本：16开

出版时间：2016-02-01

用纸：胶版纸

页数：338

内容简介

　　《超声速湍流剪切层（第2版）/高超声速技术译丛》的目的是集合超声速湍流剪切层行为方面的成果，以及呈现目前对这些流动的研究结论。第1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：第10章论述了二维和三维流体中激波一边界层相互作用。
　　《超声速湍流剪切层（第2版）/高超声速技术译丛》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。

内页插图

目录

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

第3章 湍流的基本方程
3．1 平均量的定义
3．2 平均流场控制方程
3．2．1 连续方程
3．2．2 动量方程
3．2．3 能量方程
3．2．4 湍动能方程
3．3 薄剪切层方程
3．3．1 特征尺度
3．3．2 连续性
3．3．3 动量
3．3．4 总焓
3．4 总结

第4章 基本概念
4．1 Kovasznav模态
4．2 剪切流中的速度散度
4．3 涡流场诱导速度
4．4 快速变形概念
4．4．1 线性化脉动方程
4．4．2 在超声速流中的应用
4．4．3 快速变形近似
4．4．4 在无激波流动中的应用
4．4．5 湍流应力的激波关系
4．5 湍流马赫数
4．6 DNS和LES
4．6．1 均匀衰减湍流
4．6．2 遭受恒定剪切的湍流
4．6．3 可压缩湍流频谱
4．6．4 剪切流动
4．7 建模问题

第5章 M0rkovin假设
5．1 空间、时间及速度尺度
5．2 温度一速度关系
5．3 试验结果
5．4 Prm=1结果分析
5．5 Prm≠1分析结果
5．6 混合层的雷诺近似

第6章 混合层
6．1 引言
6．2 不可压缩混合层的标度
6．3 可压缩混合层
6．4 可压缩性效应的分类
6．4．1 对流马赫数
6．4．2 相似性考虑
6．5 平均流标度
6．6 湍流剪切应力标度
6．7 自守恒条件
6．8 湍流法向应力
6．9 时空特性
6．10 可压缩性和混合
6．11 最后备注

第7章 边界层平均流特性
7．1 引言
7．2 黏性底层
7．3 对数区
7．3．1 不可压流动
7．3．2 可压缩流动
7．4 尾迹律
7．5 表面摩擦力关系
7．6 幂次律
7．7 总结

第8章 边界层湍流特性
8．1 引言
8．2 标度律
8．2．1 不可压缩流的谱标度
8．2．2 可压缩流的谱标度
8．3 湍流数据
8．3．1 不可压缩流
8．3．2 可压缩流
8．4 有序运动
8．4．1 内层结构
8．4．2 外层结构
8．5 相关性和总体平均
8．6 积分尺度
8．7 湍流的涡模型
8．7．1 内—外层相互作用
8．7．2 边界层涡结构综述
8．8 结语

第9章 受扰动的边界层
9．1 前言
9．2 扰动强度
9．3 壁面温度的阶跃变化
9．4 逆压梯度
9．4．1 Concavely曲壁绕流
9．4．2 反射波流
9．4．3 Taylor-Gortler涡
9．5 顺压梯度
9．6 连续扭曲
9．7 总结

第10章 激波—边界层相互作用
10．1 前言
10．2 压缩拐角干扰
10．2．1 表面摩擦
10．2．2 分离
10．2．3 逆流影响
10．2．4 激波运动
10．2．5 湍流增幅
10．2．6 三维性
10．3 快速变形和线性分析法
10．4 入射激波相互作用
10．5 等熵三维流动
10．6 三维相互作用
10．6．1 流场拓扑学
10．6．2 后掠压缩角的相互作用
10．6．3 尖鳍相互作用
10．6．4 钝鳍相互作用
10．7 交叉激波相互作用
10．8 结论
参考文献

前言/序言

　　飞得更快、更高、更远，是人类永恒的追求。通常人们把大气层中飞行速度达到5倍声速以上的飞行称为高超声速飞行。相关的高超声速流动的理论研究始于20世纪40年代后期。我国的著名科学家钱学森先生和郭永怀先生都是高超声速概念的最早倡导者。
　　早在20世纪60年代，在突破3倍声速之前，人类就已经开始研究高超声速技术。美国开展的x-43A、x-51A、x-37B和HTV-2（Hypersonic Technology Vehicle2）"猎鹰"等飞行器的飞行试验在高超声速领域占据了领先地位，并积累了宝贵的技术和经验。受其鼓舞，更是由于其潜在的重要战略意义和极高的应用价值.使得高超声速技术成为21世纪航空航天领域的研究热点之一，得到了世界范围的广泛关注。
　　我国在高超声速技术领域的研究方兴未艾，相关的科研院所和高等学校取得了令人瞩目的突破和积累，但与美国等航空航天发达国家相比仍有一定差距，亟待汲取其先进的研究经验，并藉此能够系统培养相关的科研人员。《高超声速技术译丛》的出版适逢其时，译丛旨在借鉴和总结美国等航空航天领先国家的经验，使其理论化、科学化和系统化，进而结合工程实践，以形成具有我国特色的高超声速技术理论与实践相结合的知识体系。
　　《高超声速技术译丛》主要涵盖飞行器总体技术、推进技术、气动力与气动热、材料与结构热防护、制导与控制、数值模拟与试验测量技术等专业方向，知识领域覆盖了高超声速飞行器研发设计、制造和试验等关键技术。译丛择优选取了美国航空航天学会等国外机构出版的高超声速及相关技术的经典著作，以飨读者。
　　本套译丛的出版得到了国内众多方面的大力支持。丛书凝结了高超声速研究领域专家的智慧和成果，承担着记载与弘扬科学成就、积累与传播科技知识的使命.具有较强的系统性、完整性、实用性和技术前瞻性，既可以作为实际工作的指导用书.也可以作为相关专业人员的学习参考书。期望这套丛书能够有益于高超声速技术领域人才的培养，有益于高超声速技术的发展，有益于高超声速飞行器的研制工作。同时，希望能够吸引更多的读者来关心、支持和热爱高超声速技术.并投身其中做出贡献。
　　《高超声速技术译丛》编辑委员会
　　2012年5月

《超声速湍流剪切层（第2版）》 内容简介： 本书是“高超声速技术译丛”中的一本，聚焦于超声速流动中极其复杂且充满挑战的湍流剪切层现象。作为该领域的权威著作，本书在第一版的基础上，进行了全面更新和深入拓展，旨在为研究人员、工程师和相关领域的学生提供一个系统、深入且最新的理解框架。 本书的核心内容和主要特点： 1. 基础理论与物理机制的深入阐述： 本书从流体力学的基本原理出发，详细解析了超声速湍流剪切层的形成机制、关键物理过程以及其独特的动力学特性。 重点阐述了可压缩性效应（如密度波动、马赫数梯度、激波-湍流相互作用等）对剪切层结构、发展和混合特性的深刻影响。 深入探讨了湍流统计学在描述和理解超声速剪切层中的应用，包括平均流、脉动量、湍动能及其耗散率等关键参数。 2. 几何形状和边界条件的广泛覆盖： 本书不仅涵盖了经典的平面超声速湍流剪切层，还广泛讨论了不同几何构型下的剪切层，例如二维和三维剪切层、受限通道内的剪切层、以及存在复杂边界（如壁面、膨胀/压缩角）的剪切层。 对不同自由流马赫数、速度比、密度比以及来流湍流度条件下的剪切层演化规律进行了细致的分析。 3. 数值模拟方法的详尽介绍与应用： 本书详细介绍了用于模拟超声速湍流剪切层的各种数值方法，包括有限差分法、有限体积法、有限元法等，并重点讨论了高精度格式、湍流模型（如RANS、LES、DNS）的选择与应用。 提供了大量通过数值模拟获得的剪切层流场结构、混合特性、稳定性分析等结果，并与实验数据进行对比验证，展示了计算模拟在理解和预测此类复杂流动中的强大能力。 特别关注了高超声速条件下，数值方法在处理强激波、高梯度区域以及化学反应（如果涉及）时的挑战与对策。 4. 实验技术与测量方法的梳理： 本书回顾和评述了用于研究超声速湍流剪切层的各类先进实验技术，包括粒子图像测速（PIV）、激光多普勒测速（LDV）、瞬态压力测量、光谱测量等。 通过对实验数据的分析，揭示了剪切层的瞬态行为、涡结构演化、混合效率以及能量级串等重要信息，并与理论和数值结果进行印证。 5. 高超声速飞行器设计与工程应用的关联： 本书强调了超声速湍流剪切层研究对于高超声速飞行器设计的重要性，例如再入飞行器、高超声速导弹、空天飞机等。 深入分析了湍流剪切层在燃烧室、喷管、进气道以及气动加热等关键部件中的作用，以及如何通过控制或优化剪切层特性来提高飞行器性能、降低热载荷、提升推进效率。 探讨了声学、气动化学反应以及边界层耦合等对高超声速飞行器整体性能的影响，而这些都与超声速湍流剪切层的特性息息相关。 6. 前沿研究方向与未来展望： 本书最后对超声速湍流剪切层领域的前沿研究方向进行了展望，包括对非平衡流动、流动控制、激波-湍流相互作用在更极端条件下的深入理解，以及多尺度耦合效应的研究等。 为未来进一步的理论、数值和实验研究提供了清晰的指引。 本书的读者对象： 本书适合从事高超声速流动、湍流理论、航空航天工程、推进系统、以及相关领域研究的科研人员、工程技术人员，以及对高超声速技术感兴趣的大学本科生和研究生。通过阅读本书，读者将能建立起对超声速湍流剪切层这一复杂科学问题的全面、深刻和最新的认识。

评分☆☆☆☆☆

第五段： 作为一名对数值模拟技术有着高度热情的研究者，我非常关注《超声速湍流剪切层（第2版）》这本书在计算方法上的创新和应用。超声速湍流剪切层的高雷诺数和高马赫数特性，对数值方法的精度和稳定性提出了极高的要求。我非常好奇，本书将如何介绍和评估用于求解这些复杂流动问题的先进数值方法。例如，对于高精度数值格式，如ENO、WENO、高阶有限体积法等，书中是否会深入探讨它们在高马赫数下的适用性和优缺点？在处理激波和接触间断时，数值方法的鲁棒性至关重要，我希望书中能有相关的讨论。另外，湍流模型的选择和发展在高超声速领域仍然是一个活跃的研究方向，书中是否会介绍和比较最新的湍流模型，比如DNS、LES、RANS以及混合模型在高超声速剪切层中的应用效果？尤其是在考虑压缩性、粘性以及可能的化学反应时，这些模型需要进行哪些修正或发展？如果书中能够提供关于这些数值模拟技术的详细算法描述、案例分析以及对结果的深入解读，那么它将极大地提升我的研究效率和理论认知。

评分☆☆☆☆☆

第六段： 我是一名对实验测量技术和数据解读充满好奇的学生，因此《超声速湍流剪切层（第2版）》这本书对我来说，是连接理论与实际的关键。我深知，任何理论模型的建立和验证，都离不开精确的实验数据。在超声速和高超声速流动领域，进行精确的湍流剪切层实验测量是一项极具挑战性的工作。我非常希望能在这本书中看到，作者是如何介绍和分析当前最先进的实验测量技术在超声速湍流剪切层研究中的应用。例如，书中是否会详细介绍激光诱导荧光（LIF）技术如何用于测量剪切层内的组分分布和化学反应速率，粒子图像测速（PIV）技术如何在高马赫数下捕捉流动的速度场和湍流脉动，以及压力传感器、热流计等传统测量手段在高超声速条件下的局限性和改进方法。更重要的是，我期待书中能够提供对实验数据的详细解读，分析实验结果与理论模型之间的关联，以及如何从实验数据中提取出有价值的物理信息。如果书中能通过大量的实验案例和图表，展示超声速湍流剪切层的真实面貌，那么它将是学习和研究这个领域的宝贵资源。

评分☆☆☆☆☆

第八段： 我是一名对航空航天工程领域的最新进展充满热情的工程师，因此《超声速湍流剪切层（第2版）》这本书对我来说，是通往未来技术前沿的重要桥梁。高超声速技术是当前世界各国都在积极投入的战略性领域，而超声速湍流剪切层的特性，直接影响着高超声速飞行器的性能和安全性。我非常期待书中能够深入探讨在不同飞行条件下的超声速湍流剪切层的行为，例如，在不同高度、不同飞行速度下，剪切层的厚度、速度剖面、湍流强度等参数会如何变化，以及这些变化对飞行器气动性能的影响。书中是否会涉及如何通过优化飞行器设计来控制或利用超声速湍流剪切层的特性，例如，在进气道设计中如何利用剪切层的混合特性来提高燃烧效率，或者在控制表面设计中如何利用剪切层的稳定性来减小控制力矩？此外，我非常关注书中是否会提供关于高超声速湍流边界层转捩机制的最新研究成果，因为转捩直接影响着热载荷的分布和气动阻力。如果这本书能够为我提供切实可行的工程设计思路和数据支持，那么它将对我未来的工作产生直接的价值。

评分☆☆☆☆☆

第三段： 作为一名对基础科学理论充满好奇的研究者，我对《超声速湍流剪切层（第2版）》这本书的理论深度抱有很高的期待。我一直认为，要真正掌握一个复杂的流动现象，不仅要了解其表现形式和工程应用，更要深入理解其背后的物理机制和数学描述。在超声速湍流剪切层中，压缩性效应扮演着至关重要的角色，它使得剪切层内部存在着密度、温度和压力的剧烈变化，这与低速流动的不可压缩剪切层有着本质的区别。我希望这本书能够详细阐述压缩性如何影响湍流的产生、发展和耗散，例如，是否会引入马赫数相关的修正项来描述湍流应力张量的演化，或者是否会讨论激波的形成和衰减对剪切层稳定性的影响。我特别想了解，在高度压缩的流场中，湍流的能量级串是否会发生改变，以及耗散率是如何被影响的。此外，对于剪切层的三维性和非定常性，在大尺度结构和涡动力学方面，超声速条件下的表现是否与低速情况有显著差异，书中是否会提供相关的理论分析和模拟结果。如果这本书能够提供严谨的数学推导和清晰的物理图像，帮助我构建一个更完整的理论认知框架，那么它的价值将是巨大的。

评分☆☆☆☆☆

第一段： 作为一名在航空航天领域摸爬滚打多年的工程师，我一直对超声速流场中的湍流剪切层有着浓厚的兴趣，尤其是在高超声速技术飞速发展的今天。当看到《超声速湍流剪切层（第2版）》这本书的出现，内心是既期待又有些许的审慎。我曾阅读过不少关于湍流的书籍，但真正能深入浅出地剖析超声速剪切层复杂性的却并不多见。这本书的标题本身就充满了吸引力，它承诺了一个关于“超声速”和“湍流剪切层”这两大关键概念的深度探讨，而“第2版”则暗示了内容的更新与完善，这对于紧跟技术前沿的从业者来说至关重要。我非常好奇，它将如何处理在高马赫数下，粘性效应、压缩性效应以及湍流猝发等现象对剪切层发展演化的影响，这些都是低速流动中难以观测到的复杂动力学过程。我期待这本书能够提供最新的数值模拟技术、实验数据以及理论模型，帮助我们更好地理解和预测高超声速飞行器设计中的关键问题，例如推力损失、热防护设计以及气动噪声的产生机制。书中是否会包含对最新研究成果的梳理和总结，例如在激波/边界层相互作用、高超声速边界层转捩以及湍流模型的发展等方面的进展，是我特别关注的。如果它能够为解决当前高超声速领域面临的一些技术瓶颈提供新的思路和方法，那将是一笔宝贵的财富。

评分☆☆☆☆☆

第四段： 我是一位对计算科学和工程应用领域都非常感兴趣的学生，因此《超声速湍流剪切层（第2版）》这本书对我来说，既是学习的阶梯，也是未来职业探索的指南。我知道超声速湍流剪切层是许多重要工程问题的核心，比如高超声速进气道的设计，就涉及到复杂的激波/剪切层相互作用，以及如何在高速气流中稳定地引入并混合燃料。这本书如果能够针对这些具体的工程应用场景，提供基于超声速湍流剪切层理论的分析和解决思路，那将非常有启发性。例如，它是否会探讨如何通过改变几何形状或引入主动/被动控制手段来影响剪切层的稳定性，以达到优化进气效率或降低阻力的目的？再比如，在火箭发动机喷管的设计中，剪切层的行为直接影响到推力和发动机的效率，书中是否会涉及这方面的内容？我更期待的是，书中能够展示一些成功的工程案例研究，通过实际数据的分析，将理论知识与工程实践紧密结合起来，让我能够看到这些复杂的科学理论是如何转化为实际的工程解决方案的。如果这本书能为我未来的学习和研究方向提供一些具体的灵感和指引，那就太好了。

评分☆☆☆☆☆

第十段： 我对《超声速湍流剪切层（第2版）》这本书的评价，主要集中在其内容的前沿性和应用价值上。在当前高超声速技术蓬勃发展的背景下，对超声速湍流剪切层的深入理解，是实现更高级别飞行器设计和性能提升的关键。我非常关注书中是否能够涵盖最新的研究成果，包括但不限于：新型超声速湍流模型的发展，尤其是在考虑压缩性、高焓效应和化学反应等因素下的模型修正；先进的实验测量技术在高超声速剪切层研究中的应用，例如，如何利用先进的诊断手段来捕捉湍流的精细结构和动力学过程；以及高精度数值模拟方法在高超声速流动仿真中的最新进展，比如在处理激波/湍流相互作用和边界层转捩问题上的突破。此外，我特别希望书中能够提供一些关于超声速湍流剪切层在具体工程应用中的案例分析，例如，在吸气式高超声速推进系统（如冲压发动机）的设计中，如何通过对剪切层特性的精准控制来优化性能；或者在防热结构设计中，如何准确预测和评估剪切层产生的热载荷。如果这本书能够将前沿的基础理论研究与实际工程应用紧密结合，为科研人员和工程技术人员提供切实可行的指导和启示，那么它将具有极高的价值。

评分☆☆☆☆☆

第七段： 我是一名对复杂系统和非线性动力学感兴趣的理论物理爱好者，因此《超声速湍流剪切层（第2版）》这本书的出版，对我来说，是一次探索非线性世界的新机会。湍流本身就是一种典型的复杂系统，而超声速剪切层更是将这种复杂性推向了一个新的高度。我希望这本书能够从更宏观和更基础的物理原理出发，探讨超声速湍流剪切层的演化和稳定性问题。例如，是否会从能量耗散、熵产生、以及相似性原理等角度来分析剪切层的动力学过程？在湍流猝发、大尺度结构形成以及耗散区结构方面，超声速条件下的表现是否会展现出不同于低速流动的涌现现象？我期待书中能够引入一些概念，如湍流网络的形成、混沌动力学在描述剪切层不稳定性中的应用，以及统计物理的方法在分析湍流性质上的潜力。如果本书能够提供一些关于这些基础物理概念与超声速湍流剪切层之间联系的深入探讨，那么它将不仅能满足我的学术好奇心，还能为理解更广泛的复杂系统提供新的视角。

评分☆☆☆☆☆

第九段： 作为一名对高新技术领域充满好奇的普通读者，我虽然不具备深厚的专业背景，但对《超声速湍流剪切层（第2版）》这样能够揭示前沿科学奥秘的书籍，有着强烈的求知欲。我希望这本书能够以一种相对易懂的方式，向我介绍超声速湍流剪切层这样一个复杂而重要的概念。它是否能够通过生动的比喻、清晰的图示，甚至一些历史性的发展脉络，让我理解这个概念的由来和重要性？我非常好奇，在现实生活中，超声速湍流剪切层存在于哪些地方，又对我们的生活产生了哪些影响？例如，它是否与火箭发动机的工作原理有关，是否与飞机在高速飞行时产生的声响有关，甚至是否与某些科学实验的设备有关？如果这本书能够提供一些科普性的内容，将复杂的科学原理与日常生活中的现象联系起来，那么它将极大地激发我的学习兴趣，并帮助我更好地理解这个不断发展的科技世界。我期待这本书能够成为我了解高超声速技术的一个有趣且有益的起点。

评分☆☆☆☆☆

第二段： 我对《超声速湍流剪切层（第2版）》这本书的期望，更多地集中在其对前沿研究的呈现上。在超高声速领域，我们面对的挑战远比亚声速或超声速更为严峻，湍流的性质发生了根本性的变化。例如，气体可能不再是理想气体，化学反应（如离解和电离）的影响不容忽视，这些都会显著改变流动的物理特性。因此，我非常希望能在这本书中看到，作者是如何将这些更复杂的物理化学效应纳入到超声速湍流剪切层的分析框架中的。具体来说，我会关注书中是否深入探讨了等离子体湍流、化学弛豫湍流等概念，以及它们在高超声速剪切层中的表现。同时，在数值模拟方面，能够应用哪些最新的计算流体力学（CFD）方法来准确捕捉这些复杂现象，也是我非常感兴趣的。例如，高阶精度方法、自适应网格细化技术、以及能够有效模拟化学反应和高焓流动的湍流模型，这些都是决定数值结果可靠性的关键。此外，对于实验研究，我期待书中能展示一些最新、最精密的测量技术，如激光诱导荧光（LIF）、粒子图像测速（PIV）在高超声速条件下的应用，以及它们在揭示剪切层微观结构和动力学过程方面的作用。如果这本书能够提供对这些先进研究方法和技术论述的深入分析，那么它无疑将成为我案头必备的参考书。