定 價(jià):38 元
叢書名:21世紀(jì)高等教育建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程系列規(guī)劃教材
- 作者:高歌 ... [等] 編著
- 出版時(shí)間:2015/6/1
- ISBN:9787111496267
- 出 版 社:機(jī)械工業(yè)出版社
- 中圖法分類:O35
- 頁碼:235
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開本:16K
全書分10章,主要內(nèi)容包括:微分型與積分型流體力學(xué)基本方程組、不可壓縮流的渦量-流函數(shù)方法、不可壓縮流SIMPLE通用算法、可壓縮流對流項(xiàng)數(shù)值格式的幾種處理方法、可壓縮流粘性項(xiàng)的高階格式、可壓縮流時(shí)間項(xiàng)的處理方法、三維粘流的有限體積解法、常用的幾種湍流模式、Gao-Yong湍流方程組、網(wǎng)格生成的幾類方法。
計(jì)算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics,CFD)是采用現(xiàn)代數(shù)值計(jì)算的方法求解各類流體力學(xué)基本方程或方程組的一門實(shí)用性很強(qiáng)、應(yīng)用面很廣的科學(xué)學(xué)科。CFD自20世紀(jì)60年代問世以來,隨著現(xiàn)代航空、航天、航海、兵器技術(shù)、化工、生化、微型機(jī)械以及動力、能源工業(yè)的飛速發(fā)展和全球生態(tài)環(huán)境的急劇變化,各領(lǐng)域涌現(xiàn)出的流體力學(xué)問題極大地促進(jìn)了計(jì)算流體力學(xué)數(shù)值方法的發(fā)展。CFD的理論基礎(chǔ)是理論流體力學(xué)、實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)和現(xiàn)代計(jì)算數(shù)學(xué),它的實(shí)現(xiàn)需要并且依賴于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的軟件與硬件環(huán)境。它可以給出各類物體繞流問題的流場分布與氣動特性,可以大大地縮短新型產(chǎn)品的研制周期、減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)、降低研制成本。它可以模擬目前人類在地面風(fēng)洞中無法實(shí)現(xiàn)的各種極端環(huán)境中的流體力學(xué)問題,可以模擬原子彈與氫彈的爆炸過程、導(dǎo)彈與航天飛機(jī)在大氣層中的飛行、宇宙星系的形成以及早期宇宙大爆炸的過程。
目前,國內(nèi)外已出版了許多部非常優(yōu)秀的計(jì)算流體力學(xué)方面的專著與教材,它們的出版有力地推動了計(jì)算流體力學(xué)學(xué)科的發(fā)展,提升了人們對CFD的認(rèn)知與應(yīng)用水平。本書是寫給普通高校本科生及研究生的通用教材。全書立足于“重基礎(chǔ)、重實(shí)用、少而精”,堅(jiān)持刪繁就簡的基本原則。本書既講基本理論與數(shù)值格式的構(gòu)造方法,又講數(shù)值求解NavierStokes方程組的全過程,同時(shí)還特別強(qiáng)調(diào)數(shù)值求解過程的處理技巧。本書結(jié)合各類典型算法給出了51個(gè)相關(guān)算例,并且在本書的光盤中還給出了40個(gè)典型例題的輸入數(shù)據(jù)與詳細(xì)的流場計(jì)算結(jié)果,這對于那些十分渴望了解各類流動問題所具有的流動分布特征的讀者來說是十分有用的。另外,書中還給出了292篇重要參考文獻(xiàn),其中有多篇是國內(nèi)外著名科學(xué)家和教授們的學(xué)術(shù)專著,這給希望進(jìn)一步深造與了解相關(guān)問題的讀者搭建了一個(gè)十分豐富與非常寶貴的科研閱讀平臺。更為重要的是,書中第9章首次在教科書中給出了GaoYong湍流方程組的詳細(xì)構(gòu)成與求解過程,而提出這個(gè)方程組并建立GaoYong理性湍流理論的創(chuàng)始人正是本書的第一作者高歌教授。顯然,以本書這種方式寫作的書籍在國內(nèi)外并不多見,從這個(gè)意義上講,該書填補(bǔ)了這方面出版的空白。
本書的五位作者分別來自北京航空航天大學(xué)能源與動力工程學(xué)院、中國航空研究院新技術(shù)研究所和北京理工大學(xué)宇航學(xué)院。他們五人之中,兩位是長期工作在教學(xué)與科研第一線的老教授、老專家,其余三位是朝氣蓬勃的青年學(xué)術(shù)帶頭人與學(xué)術(shù)骨干;五位作者都具有博士學(xué)位,目前,他們又都在中國航空研究院從事著科學(xué)研究工作。正是這樣的研究與寫作團(tuán)隊(duì),才使本書所編著的內(nèi)容嚴(yán)謹(jǐn)、精細(xì)、實(shí)用、拓新,符合少而精的基本原則。本書的結(jié)構(gòu)十分嚴(yán)謹(jǐn)與簡明,由高歌教授牽頭、王保國教授參與共同完成了全書編寫大綱的編寫工作。全書共10章,以講授典型算法為主,其中第1~3章以及第9章的部分內(nèi)容為不可壓縮流動,第4~7章以及第9章的部分內(nèi)容為可壓縮流動,第8章為湍流模式,第9章為GaoYong理性湍流理論,第10章為網(wǎng)格生成。本書第1~3章由李鳳超高級工程師編寫,第4~6章由吳俊宏高級工程師編寫,第7~10章由閆文輝高級工程師編寫;另外,高歌教授參與了第3、6、9章部分內(nèi)容的編寫工作,王保國教授主要承擔(dān)了全書的統(tǒng)稿與部分算例的策劃工作。本書所附光盤中的例題計(jì)算分別由閆文輝、吳俊宏和李鳳超完成。書中的主要內(nèi)容曾在中國航空研究院新技術(shù)研究所作為對員工的技術(shù)培訓(xùn)與提高的講課內(nèi)容,組織學(xué)習(xí)班多次講授過,大家反映內(nèi)容實(shí)用、精練,很受員工們的歡迎。
計(jì)算流體力學(xué)(含光盤)前言在本書完稿之際,作者們既感到十分欣慰但又有點(diǎn)不安。欣慰的是經(jīng)過近兩年的艱苦努力和在學(xué)習(xí)班上的多次講授,書中內(nèi)容已趨成熟,而且員工們反映很好,現(xiàn)在終于可以正式出版奉獻(xiàn)給廣大讀者;不安的是,計(jì)算流體力學(xué)內(nèi)容十分廣泛,雖然本書正文與所附光盤中已結(jié)合各類典型算法的講解,給出了91個(gè)典型算例與例題,這些算例與例題的涵蓋面已相當(dāng)廣泛了,但仍然難以做到內(nèi)容全面,適合各行業(yè)的讀者學(xué)習(xí)。
本書在出版期間得到機(jī)械工業(yè)出版社,尤其是該社劉濤、李超編輯的大力支持,正是他們一絲不茍的敬業(yè)精神才使本書得以如期出版,在此我們表示衷心的感謝。
由于作者水平有限,對于書中存在的一些疏漏、錯(cuò)誤與不妥之處,懇請讀者批評指正;還可以通過電子郵件(caexjs@163com)與我們聯(lián)系,以便使書中的內(nèi)容不斷改進(jìn)、完善與提高。
作者2015年3月28日
前言
第一篇 計(jì)算流體力學(xué)的發(fā)展簡況及基本方程組
第1章 計(jì)算流體力學(xué)的發(fā)展歷程及流動控制基本方程組
1.1 計(jì)算流體力學(xué)發(fā)展的主要?dú)v程
1.1.1 不可壓縮黏性流動計(jì)算方法的概述
1.1.2 可壓縮流動計(jì)算方法的主要發(fā)展歷程
1.2 流動控制的基本方程組
1.2.1 微分形式的NavierStokes方程組
1.2.2 積分形式的NavierStokes方程組
1.2.3 直角笛卡兒坐標(biāo)系下的NavierStokes方程組
1.2.4 任意曲線坐標(biāo)系下的NavierStokes方程組
第二篇 不可壓縮流動的典型數(shù)值方法
第2章 不可壓縮黏性流動的渦量流函數(shù)高效算法
2.1 渦量流函數(shù)方法的控制方程組
2.2 控制方程的有限差分離散
2.2.1 渦量方程的離散
2.2.2 流函數(shù)方程的離散
2.2.3 壓力方程的離散
2.3 邊界條件的處理
2.3.1 進(jìn)口邊界
2.3.2 出口邊界
2.3.3 固體壁面邊界
2.4 渦量流函數(shù)方法的求解步驟
2.5 渦量流函數(shù)方法計(jì)算實(shí)例
2.5.1 二維方腔頂蓋驅(qū)動流動模擬
2.5.2 二維外掠后臺階流動模擬
2.5.3 二維方柱繞流模擬
2.5.4 二維層流邊界層流動模擬
第3章 一種求解不可壓縮黏性流動的SIMPLE通用算法
3.1 交錯(cuò)網(wǎng)格上控制方程的離散
3.1.1 壓力波動問題與交錯(cuò)網(wǎng)格
3.1.2 控制方程的有限體積離散
3.2 壓力修正技術(shù)
3.2.1 壓力修正的基本思路和步驟
3.2.2 速度修正方程和壓力修正方程
3.2.3 邊界條件的處理
3.3 SIMPLE算法的求解步驟
3.4 改進(jìn)的SIMPLE算法
3.4.1 SIMPLER算法
3.4.2 SIMPLEC算法
3.4.3 PISO算法
3.5 SIMPLE系列算法計(jì)算實(shí)例
3.5.1 平面Poiseuille流動模擬
3.5.2 二維非定常方柱繞流模擬
3.5.3 SIMPLE系列算法的比較習(xí)題
第三篇 可壓縮流動對流項(xiàng)與時(shí)間項(xiàng)處理的典型方法
第4章 可壓縮流動對流項(xiàng)數(shù)值格式的幾種處理方法
4.1 模型方程及其數(shù)學(xué)性質(zhì)
4.1.1 線性單行波方程
4.1.2 熱傳導(dǎo)方程
4.1.3 無黏Burgers方程
4.1.4 Burgers方程
4.1.5 KdVBurgers方程
4.1.6 一維Euler方程組
4.2 幾個(gè)經(jīng)典的差分格式
4.2.1 基本差分格式
4.2.2 LaxFriedrichs格式
4.2.3 蛙跳格式
4.2.4 LaxWendroff格式計(jì)算流體力學(xué)(含光盤)
4.2.5 人工黏性方法
4.3 矢通量分裂方法
4.3.1 StegerWarming矢通量分裂方法
4.3.2 Van Leer矢通量分裂方法
4.4 Roe格式
4.5 Godunov間斷方法
4.5.1 Godunov格式
4.5.2 MUSCL格式
4.5.3 PPM格式
4.6 TVD格式
4.6.1 Harten的二階TVD格式
4.6.2 帶通量限制因子的二階TVD格式
4.6.3 YeeRoeDavis對稱性型二階TVD格式
4.7 ENO/WENO格式
4.8 間斷Galerkin有限元方法
4.9 數(shù)值算例
4.9.1 精度分析
4.9.2 一維線性標(biāo)量方程數(shù)值實(shí)驗(yàn)
4.9.3 一維非線性標(biāo)量方程數(shù)值實(shí)驗(yàn)
4.9.4 一維氣體動力學(xué)方程組數(shù)值實(shí)驗(yàn)
4.9.5 二維氣體動力學(xué)方程組數(shù)值實(shí)驗(yàn)
第5章 可壓縮流黏性項(xiàng)處理的高階格式
5.1 物理坐標(biāo)系下的NS方程
5.2 NS方程組的無量綱化
5.3 計(jì)算坐標(biāo)系下的NS方程
5.4 薄層黏性假設(shè)
5.5 黏性項(xiàng)的離散格式
5.6 典型算例分析
5.6.1 激波邊界層相互作用算例
5.6.2 后臺階算例
5.6.3 噴管射流算例
第6章 可壓縮流時(shí)間項(xiàng)處理的幾種常用方法
6.1 近似因子分解方法
6.2 顯式RungeKutta多步格式
6.3 雙時(shí)間步方法
6.4 RKDG有限元方法
6.5 典型算例
6.5.1 圓柱繞流算例
6.5.2 NACA0012變攻角繞流算例
6.5.3 前臺階算例
6.5.4 雙馬赫反射算例
習(xí)題
第四篇 復(fù)雜流動問題的典型處理方法及GaoYong湍流方程組
第7章 三維黏性流動的有限體積解法
7.1 有限體積法概述
7.2 NavierStokes方程組的幾種通用形式
7.2.1 直角坐標(biāo)系下的守恒型基本方程組
7.2.2 任意曲線坐標(biāo)系下的守恒型基本方程組
7.3 方程組的無量綱化
7.4 空間離散格式
7.4.1 Jameson中心差分格式
7.4.2 通量差分分裂Roe格式
7.5 時(shí)間積分格式
7.5.1 RungeKutta顯式時(shí)間推進(jìn)法
7.5.2 雙時(shí)間步的隱式時(shí)間離散方法
第8章 常用的幾種湍流模式
8.1 湍流模式的發(fā)展
8.2 渦黏模式
8.2.1 零方程湍流模式
8.2.2 一方程湍流模式
8.2.3 兩方程湍流模式
8.3 雷諾應(yīng)力輸運(yùn)模式
8.4 非線性湍流模式
第9章 GaoYong湍流方程組及其典型算例
9.1 時(shí)間平均、系綜平均及Favre平均
9.2 側(cè)偏平均、加權(quán)側(cè)偏平均及其重要性質(zhì)
9.3 GaoYong可壓縮湍流方程組
9.3.1 平均流動基本方程組
9.3.2 加權(quán)側(cè)偏平均的漂移流方程
9.4 GaoYong不可壓縮湍流方程組
9.5 GaoYong湍流方程組計(jì)算的典型算例
9.5.1 圓射流/平面射流異常問題
9.5.2 平板固壁邊界層及轉(zhuǎn)捩
9.5.3 二維后向臺階分離流動
9.5.4 翼型大攻角分離流動
9.5.5 翼體角偶流動
9.5.6 激波/湍流邊界層干擾流動
9.5.7 擬序結(jié)構(gòu)流動
9.6 小結(jié)
習(xí)題
第五篇 計(jì)算流體力學(xué)中網(wǎng)格生成的典型方法
第10章 網(wǎng)格生成的幾類方法
10.1 結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成方法
10.1.1 貼體坐標(biāo)概念
10.1.2 貼體坐標(biāo)系與直角坐標(biāo)系間的變換
10.1.3 代數(shù)網(wǎng)格生成法
10.1.4 基于偏微分方程的網(wǎng)格生成法
10.1.5 網(wǎng)格質(zhì)量要求
10.2 非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成方法
10.2.1 Delaunay三角化法
10.2.2 陣面推進(jìn)法
10.3 自適應(yīng)Descartes直角網(wǎng)格生成技術(shù)
附錄光盤中習(xí)題解答的詳細(xì)圖目
參考文獻(xiàn)