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出版者:科学出版社

作者:(美)M.C.波物尔等

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2002-01-01

价格:28.00元

装帧:

isbn号码:9787030098634

丛书系列:全美经典学习指导系列

图书标签:

美国
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具体描述

本书带领学生循序渐进地学习纯物质特性、热力学定律、功和冷却、蒸气和气体循环、热力学关系等知识，不论是理论还是应用，学起来都很轻松容易。全书包含222道例题解答。书后的附录也有很大的参考价值。

《高级流体力学原理与应用》 —— 探究物质运动的深层规律与前沿技术 --- 【图书定位与核心价值】本书是一部系统、深入探讨现代流体力学理论、计算方法及其在尖端工程领域应用的专著。它旨在为高年级本科生、研究生、科研人员以及从事复杂流动问题研究的工程师提供一本兼具理论深度与工程广度的权威参考书。与侧重于能量转换与热力学平衡的传统教材不同，本书将视角完全聚焦于物质的宏观动量传递、边界层行为、湍流结构、多相流体动力学以及先进的数值模拟技术。全书以精确的数学描述为基础，结合丰富的物理图像，旨在揭示从微观尺度到宏观尺度流体运动的内在机制，并指导读者如何将这些原理应用于解决如高超声速飞行器设计、微纳尺度流控、海洋环境模拟以及先进能源系统中的关键流动难题。 --- 【内容结构与章节划分（约1500字详述）】本书共分为七大部分，共二十二章，层层递进，从基础的运动学描述到复杂的非牛顿流与计算流体力学（CFD）的实现。第一部分：流体运动学的数学基础（第1-3章）本部分是后续所有高级理论的基石。第1章：流体的本构描述与运动学基础深入探讨了流体物质坐标系与空间坐标系之间的转换，详细阐述了流体的运动学参数，如速度梯度张量、应变率张量和涡度张量。重点分析了流线、迹线和尘迹线之间的区别与联系，并引入了流体变形的分解——平移、刚体旋转和纯剪切。第2章：控制体积分析与积分形式的守恒律超越了针对点或微元的微分形式，本章聚焦于雷诺输运定理（Reynolds Transport Theorem）的严谨推导及其在有限控制体积上的应用。详细阐述了质量、线性动量和角动量在控制体积上的积分形式守恒方程，并辅以经典的例子，如射流冲击、非定常浮力射流的分析。第3章：微分形式的 Navier-Stokes 方程组这是流体力学中的核心方程。本章首先从分子动理学角度推导牛顿内摩擦假设下的粘性应力张量，进而推导出完整的、包含压力梯度和体积力的不可压缩牛顿流体 Navier-Stokes 方程。随后，讨论了伯努利方程的推广形式及其在势流中的应用，并详细分析了无旋流动的速度势与流函数。第二部分：粘性流动的基本解与边界层理论（第4-6章）本部分是理解实际工程问题中能量耗散和阻力来源的关键。第4章：简单粘性流动解析解研究了在低雷诺数下可以解析求解的经典流动问题，包括库埃特流（Couette Flow）、泊肃叶流（Poiseuille Flow）的层流状态，以及圆管和平面间的稳定流动。重点讨论了流体对固体壁面的“无滑移”边界条件对速度分布的决定性影响。第5章：边界层理论基础基于普朗特（Prandtl）的边界层假设，本章导出了仅包含对流项和粘性项的简化方程。着重分析了平板上的定常、等温边界层，推导了薄边界层的速度近似解，并引入了动量积分方程（Von Kármán integral equation）来处理边界层的厚度发展。第6章：边界层分离与逆压梯度效应深入探讨了边界层在不利压力梯度（逆压梯度）下的行为。详细分析了流动分离点的判定准则（壁面切应力为零的点），并讨论了尾流、分离泡的形成机制，以及如何通过吹气、吸气等控制手段延迟或抑制流动分离。第三部分：湍流理论与统计描述（第7-9章）本部分是现代空气动力学和高精度传热学不可回避的领域。第7章：湍流的统计描述与雷诺平均介绍湍流的随机特性，包括瞬时速度脉动、平均速度和脉动分量。严谨推导了雷诺平均 Navier-Stokes（RANS）方程，并阐明了雷诺应力项的出现是RANS方程封闭性的核心挑战。第8章：湍流模型（一）：零阶与一阶模型系统介绍了最基础的湍流闭合模型。重点讲解了 Boussinesq 假设和涡粘性系数的概念。详细推导并对比了零阶模型（如混合长度模型）和一阶模型，特别是 $k-epsilon$ 模型（湍流动能 $k$ 和耗散率 $epsilon$ 传输方程）和 $k-omega$ 模型的适用范围、优缺点及其在壁面附近的处理方法。第9章：湍流模型（二）：高阶模型与大涡模拟（LES）导论超越RANS，本章引入了二阶矩模型（如 RSM 模型）的概念，用于捕捉应力张量的各向异性。随后，对大涡模拟（LES）进行了理论介绍，阐明了通过亚网格尺度（SGS）模型对未解析涡旋进行的建模，适用于高精度流动分离和非定常问题的研究。第四部分：可压缩流动与激波现象（第10-12章）本部分专注于当流体速度接近或超过声速时流体力学特性的剧变。第10章：基本等熵流动与声速概念基于绝热过程和状态方程，推导了理想气体的基本关系。详细分析了声速的定义、马赫数的物理意义，并推导了等熵膨胀与压缩的流动关系，包括管道中流动的临界（堵塞）状态。第11章：正激波与斜激波分析这是处理超音速流动的核心。本章利用动量守恒和熵增原理，严格推导了正激波的 $ ext{Rankine-Hugoniot}$ 关系式，精确计算了激波后的压力、温度和速度变化。随后，运用几何分析法求解斜激波的偏转角和强度。第12章：膨胀扇形与复杂可压缩流场讨论了 Prandtl-Meyer 膨胀波的原理及其应用，如超声速翼型设计中的稀疏波处理。此外，本章还涉及了激波-边界层干扰（Shock Boundary Layer Interaction, SBLI）的物理现象及其对结构热载荷的影响。第五部分：多相流与非牛顿流体力学（第13-15章）超越单相、牛顿流体的范畴，探索更具挑战性的复杂流体系统。第13章：非牛顿流体的本构关系分类介绍各种非牛顿流体：剪切增稠（Dilatant）、剪切稀化（Pseudoplastic，如聚合物溶液）和触变流体。重点推导了幂律流体（Power-law fluid）的应力-应变率关系，并讨论了粘弹性流体（如Oldroyd B模型）的复杂应力演化方程。第14章：多相流的唯象模型与Eulerian-Eulerian 方法引入了多相流的质量、动量和能量方程的守恒框架。重点阐述了双流体模型（Eulerian-Eulerian），即将不同相体视为相互渗透的流体，并通过相间传递项（如拖曳力、升力、质量交换率）耦合。第15章：稀疏相与欧拉-拉格朗日方法针对颗粒、液滴等稀疏相（体积体积分数小的相），详细介绍欧拉-拉格朗日（E-L）方法，即跟踪单个粒子的轨迹，计算其受到的拖曳力、压力梯度力和布朗力，并将这些粒子对连续相的动量和能量反馈纳入计算。第六部分：微尺度与生物流体力学（第16-17章）关注于雷诺数极低和尺度效应显著的领域。第16章：低雷诺数流动与Stokes流在 $Re ll 1$ 的条件下， Navier-Stokes 方程简化为 Stokes 方程或 Creeping Flow 方程。详细求解了球体、圆柱体在低速下的阻力问题（Stokes阻力），并讨论了微泵、微混合器设计中的无惯性流动的应用。第17章：生物体内的流动现象将流体力学原理应用于生物系统。讨论了血液流动（非牛顿特性、血浆与血细胞的相互作用）、呼吸道内的气流模式、以及微流控芯片（Microfluidics）中基于电渗流（Electroosmosis）的流体驱动技术。第七部分：计算流体力学基础与数值求解（第18-22章）将理论转化为工程可操作的数值方法。第18章：有限差分法的离散化技术从泰勒展开式出发，系统介绍了一阶、二阶乃至更高阶的有限差分格式（Forward, Backward, Central Difference）。重点分析了对流项（迎风格式）和扩散项（中心格式）的稳定性和精度问题。第19章：有限体积法（FVM）与守恒性阐述了有限体积法作为CFD中最主流方法的原因——固有的守恒性。详细讲解了如何通过对控制体积上的积分守恒律进行离散化，构建代数组合方程。第20章：压力-速度耦合算法深入探讨了不可压缩流动的核心难题：如何解耦压力和速度的控制方程。详细介绍并对比了 SIMPLE 算法族（SIMPLE, SIMPLER, PISO）的迭代求解流程、压力泊松方程的构建与求解策略。第21章：高分辨率格式与网格生成讨论了在高梯度区域（如激波、边界层）避免数值耗散和伪振荡的技术，如迎风与中心差分的智能切换格式（如TVD格式）。同时，介绍了结构网格、非结构网格以及混合网格的生成技术及其对计算精度的影响。第22章：湍流模型的数值实现与后处理结合前述的RANS模型，阐述在CFD求解器中实现 $k-epsilon$ 或 $k-omega$ 传输方程的具体数值离散流程，以及如何进行工程上关键量（如压力系数 $C_p$、阻力系数 $C_D$）的提取与物理意义的分析。 --- 【本书特色】理论深度与工程实践的完美结合：不仅推导了基础方程，更深入探讨了湍流模型和激波处理的实际工程约束。强调动量传递的物理图像：每一个数学推导后都配有详细的物理机制解释，帮助读者构建直观的流动模型。前沿领域覆盖：包含对非牛顿流、微流控以及大涡模拟（LES）的系统介绍，确保内容与当前研究热点同步。严格的数学表述：采用张量分析和矢量微积分作为描述语言，确保推导的严谨性，是进行进一步研究的坚实基础。本书将引导读者超越对热力学平衡的关注，深入到物质在动量和质量输运过程中所展现出的复杂、动态的物理世界。

作者简介

目录信息

第一章概念、定义和基本原理
1.1引言
1.2热力学系统和控制容积
1.3宏观描述
1.4系统的状态与性质
1.5热力学平衡；过程
1.6单位
1.7密度、比体积、重度
1.8压力
1.9温度
1.10能量
第二章纯质的性质
2.1引言
2.2P-υ-T表面
2.3液-气区
2.4水蒸气表
2.5理想气体状态方程
2.6非理想气体状态方程
第三章功和热量
· · · · · · (收起)

读后感

评分☆☆☆☆☆

用户评价

评分☆☆☆☆☆

《电路分析基础》这本书，让我终于对基尔霍夫定律有了醍醐灌顶的感觉。过去我总是在求解复杂电路时迷失在电阻、电容和电感的组合里，但这本书的作者，不知道是哪位高人，他非常擅长用“端口”和“等效模型”的视角来重构分析过程。他没有一开始就引入矩阵分析，而是先用“节点电压法”和“网孔电流法”的物理内涵进行深入剖析，比如解释为什么节点电压法更适合分析哪些类型的网络。我尤其喜欢它对暂态响应的讲解，书中用“能量存储”的角度来描述电容和电感，这比单纯的微分方程推导要形象得多。我记得有一次我做模拟题，遇到一个含有受控源的电路，我卡壳了很久，翻阅这本书中的一个案例分析，才意识到应该将受控源视为一个“黑箱”元件来处理。这本书的风格极其务实，所有的理论都紧密围绕着“如何快速准确地解出电路状态”这个核心目标，非常适合需要快速掌握实用技能的工程师。

评分☆☆☆☆☆

这本《流体力学原理》简直是为我这种理论基础薄弱的工科生量身定制的！书中对流体静力学和流体动力学的讲解层层递进，特别是关于伯努利方程的推导和应用，作者没有直接抛出复杂的数学公式，而是先用生动的工程实例来引导我们理解背后的物理意义。比如，讲解管道中的压力损失时，作者引入了“等效长度”的概念，这比单纯计算摩擦系数要直观得多。我记得有一次为了验证书中的一个简化假设，我专门去实验室做了一个小规模的实验，结果发现书中的预测值和实验数据吻合得惊人。这本书的习题设计也非常巧妙，前几章的计算题偏向于基础巩固，而后面的章节则开始出现综合性的设计问题，迫使你必须将流场分析、能量守恒和动量守恒结合起来思考。唯一的不足可能是，对于更前沿的湍流模型讨论相对简略，但对于打好基础而言，它无疑是极佳的入门和进阶读物。它教会我的不仅仅是解题技巧，更是一种面对复杂流动现象时的系统性思维方式。

评分☆☆☆☆☆

《计算方法与算法》这本书的价值，在于它清晰地展现了数学理论如何通过计算机落地生根。它最大的特色在于对每种数值方法的“误差分析”极其详尽。比如，对于牛顿迭代法，作者不仅给出了收敛的条件，还非常直观地解释了为什么初始猜测值对收敛速度影响巨大，甚至配有二维曲面上的迭代路径图。阅读这本书的过程，就像是跟着一位经验丰富的程序员一起调试代码。它强调的不是公式的记忆，而是算法的鲁棒性和效率。我特别欣赏它对插值和拟合的讨论，它没有停留在简单的多项式插值，而是深入探讨了样条插值和最小二乘法的优缺点，并明确指出了在数据稀疏和数据噪声大的情况下该如何选择。对于我这种需要进行大量数据拟合和数值模拟的研发人员来说，这本书提供的不仅仅是算法，更是一套严谨的数值决策框架，让我不再盲目地相信计算机给出的任何结果。

评分☆☆☆☆☆

我最近沉迷于《材料科学导论》，这本书的叙述方式简直是一股清流。它没有那种枯燥的、堆砌术语的学究气，而是把材料的微观结构和宏观性能之间的关系讲得像是侦探小说一样引人入胜。特别是关于晶体缺陷对材料强度的影响那几章，作者引入了“结构-性能-处理”的三元关系模型，这个框架极大地帮助我理解了为什么同一种合金通过不同的热处理手段，性能会产生天壤之别。我特别欣赏书中对“相图”的讲解，很多教科书把相图讲得像是一张死板的地图，而这本书则赋予了它生命力，解释了相变过程中原子是如何“跳舞”和“重组”的。虽然这本书的图片分辨率有些偏低，偶尔需要结合网络资源辅助理解，但其文字逻辑的严密性和类比的巧妙性，足以弥补这些小瑕疵。对于想深入了解现代先进材料设计思路的人来说，这本书绝对值得一读再读，它拓宽了我对“物质”这个概念的认知边界。

评分☆☆☆☆☆

拿到《高级控制系统设计》这本书时，我原本以为又是一本充斥着拉普拉斯变换和传递函数的“天书”。然而，作者的开篇就让我刮目相看，他没有直接跳入频域分析，而是花了大量篇幅来阐述“系统辨识”的重要性，强调了在设计控制器之前，必须精确地知道我们正在控制的到底是什么。这本书的结构设计非常大胆，它将线性系统理论和非线性系统的李雅普诺夫稳定性分析穿插进行，使得读者能时刻保持对更高阶理论的敬畏感。特别是关于“根轨迹法”的部分，作者不仅展示了如何绘制轨迹，还深入解释了轨迹变化对系统阻尼比和自然频率的敏感性。我曾尝试用书中的PID参数整定方法去优化一个实际的电机速度环，效果立竿见影，超调量几乎被控制在可接受的范围内。唯一的遗憾是，对现代控制理论中的状态空间法着墨稍浅，如果能再增加一些现代观测器（如卡尔曼滤波）的应用案例，那就堪称完美了。

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经典

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