流体力学与传热

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出版者:华南理工大学出版社
作者:邹华生
出品人:
页数:287
译者:
出版时间:2006-1
价格:30.00元
装帧:
isbn号码:9787562320845
丛书系列:
图书标签:
  • 流体力学
  • 传热学
  • 工程流体
  • 热传导
  • 对流传热
  • 辐射传热
  • 传热系数
  • 流体动力学
  • 热力学
  • 工程应用
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具体描述

本书以动量传递和热量传递基本理论为主线,以工程应用为背景,论述了流体流动输送、颗粒与流体之间相对运动(包括颗粒的沉降分离、过滤分离)、传热过程与设备以及蒸发等单元操作的基本原理、典型设备的主要特征和设计计算方法。

  全书共五章,内容包括:流体力学与应用,流体输送机械,非均相机械分离,传热及换热设备和蒸发。

  本书注重工程实际问题处理方法的介绍,列举了较多的典型例题、习题,便于读者理解和掌握单元操作的 基本原理和计算方法,培养分析问题和解决问题的能力。

  本书可作为高等院校化工工艺类及相关专业教材,也可作为从事石油、化工、制药、食品、环境、材料等科研、设计和生产的工程技术人员的参考用书。

《计算流体动力学:理论、方法与应用》 本书聚焦于计算流体动力学(CFD)领域的前沿进展、核心理论构建以及在工程实践中的多元化应用,旨在为高等院校的师生、科研人员以及从事复杂流体问题数值模拟的工程师提供一套全面、深入且具有实践指导意义的参考体系。 本书摒弃了传统流体力学教材中对实验观测和解析解的过度依赖,转而深入探讨如何利用强大的数值计算工具来求解纳维尔-斯托克斯(Navier-Stokes, N-S)方程组,从而揭示流体运动的内在机理,并预测复杂边界条件下的流动行为。 --- 第一部分:CFD的理论基石与数学模型 本部分内容详尽阐述了支撑所有CFD计算的理论框架和数学基础,强调了从物理定律到可求解数学模型的转化过程。 第一章:流体力学控制方程的数值化 本章从微元体分析出发,严谨推导了不可压缩和可压缩牛顿流体的质量守恒(连续性方程)、动量守恒(N-S方程)以及能量守恒方程。重点在于对这些偏微分方程(PDEs)进行守恒型(Conservative Form)和非守恒型(Non-Conservative Form)的转换,并讨论在不同物理背景下(如等熵流动、等温流动)方程组的特性(双曲性、抛物线性或椭圆性)。 随后,深入探讨了湍流模型对控制方程的影响。细致解析了雷诺平均纳维尔-斯托克斯(RANS)方程的推导,并对标准 $k-epsilon$ 模型、$k-omega$ 模型以及SST $k-omega$ 模型的代数修正项和壁面处理方法进行了对比分析,阐述了它们的适用范围和固有缺陷。对于更高保真度的模拟,本章也引入了大涡模拟(LES)和直接数值模拟(DNS)的基本概念,强调了亚格子尺度模型(Subgrid Scale Model)的构建原则。 第二章:空间离散化方法的核心技术 数值计算的本质在于将连续的微分方程转化为可由计算机求解的代数方程组。本章的核心在于详述主流的离散化技术: 1. 有限差分法(FDM): 重点分析了欧拉法、中心差分、迎风格式(Upwind Scheme)等在处理对流项时的稳定性与精度权衡。特别关注了高阶精度格式,如紧致性方案(Compact Schemes)在减少数值色散方面的优势。 2. 有限体积法(FVM): 作为工业CFD的主流方法,本书对FVM的控制容积(Control Volume)构建、通量(Flux)的计算以及界面值的插值策略进行了详尽的阐述。讨论了基于通量守恒的离散化要求,以及如何处理非结构化网格上的几何守真性。 3. 有限元法(FEM)与谱方法(Spectral Methods): 简要介绍了这些方法在处理复杂几何和高精度求解方面的潜力,特别是伽辽金(Galerkin)方法在线性方程组构建中的作用。 --- 第二部分:求解算法与稳定性控制 本部分专注于将离散化后的代数方程组转化为可高效迭代求解的算法,并讨论如何确保计算过程的收敛性与稳定性。 第三章:压力-速度耦合算法 由于N-S方程中压力项与速度项的耦合关系(不可压缩流动的本质困难),本章集中讲解了解决此问题的经典迭代算法: 1. SIMPLE/PISO/SIMPLER 族算法: 详细分解了这些算法的迭代步骤、压力修正方程的构建、系数矩阵的求解过程,以及松弛因子的选择对收敛速度的影响。 2. 耦合求解器(Coupled Solvers): 讨论了将所有方程(连续性、动量、能量)联立求解的策略,例如全隐式(Fully Implicit)方法,及其在处理强耦合问题(如化学反应流、相变)时的优势。 第四章:时间离散化与瞬态模拟 对于需要捕捉流动随时间演化的瞬态问题,时间步长的选择和离散格式至关重要。本章对比了一阶隐式欧拉法、二阶后向差分(BDF)等时间推进方案的精度和稳定性边界。重点分析了Courant-Friedrichs-Lewy(CFL)条件在时间步长确定中的作用,并介绍了亚迭代(Sub-iteration)在保证时间步内精度和收敛性方面的应用。 第五章:线性方程组的解法 大规模CFD问题的最终瓶颈在于求解超大规模的线性代数方程组 $mathbf{Ax} = mathbf{b}$。本章系统梳理了直接法和迭代法的应用场景: 1. 直接法: 仅在小规模或特定网格上考虑,主要关注其内存开销。 2. 迭代法: 核心内容在于预条件子(Preconditioner)的设计。详述了代数多重网格(AMG)方法、不完全LU分解(ILU)和Schur补方法的构建,以及 Krylov 子空间方法(如 GMRES、BiCGSTAB)的选择和收敛加速技术。 --- 第三部分:网格生成、误差分析与高级应用 本部分从工程实施的角度,讨论了模拟的输入质量(网格)和输出质量(误差控制),并拓展到特定前沿应用。 第六章:网格生成与质量控制 高质量的计算网格是准确模拟的前提。本章探讨了不同类型的网格生成技术: 1. 结构化网格与非结构化网格: 比较了它们在处理复杂几何体时的适应性、网格质量度量(如畸变率、正交性)。 2. 边界层网格的特殊处理: 深入解析了如何通过高纵横比网格(HOG)捕捉近壁面对流动的剧烈变化,并给出了 $y^+$ 无量纲距离的精确判据和Wall Function(壁面函数)的原理。 3. 自适应网格加密(Adaptive Mesh Refinement, AMR): 介绍基于误差估计或物理量梯度自动加密网格的策略,以实现计算资源的优化配置。 第七章:数值误差与不确定性量化 成功的CFD分析必须包含对误差的识别和量化。本章区分并量化了数值误差的来源: 1. 离散误差(Truncation Error): 通过瑞利斯检验(Richardson Extrapolation)估计网格无关性,并介绍了网格收敛指数的计算。 2. 时间误差: 评估时间步长对瞬态解的影响。 3. 模型误差(Modeling Error): 讨论湍流模型、化学反应模型等近似引入的系统性误差,并引入不确定性量化(UQ)的概念,通过概率方法评估输入参数变化对输出结果的影响范围。 第八章:应用专题——多相流与化学反应流 本书以两个高难度工程问题为例,展示了CFD模型的集成应用能力: 1. 多相流模拟: 涵盖了气-液、气-固体系的建模,详述了欧拉-欧拉(Euler-Euler)、欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange)以及相界面捕捉方法,如水平集方法(Level Set)和VOF(Volume of Fluid)技术在模拟自由表面流动中的应用。 2. 燃烧与化学反应动力学: 引入反应流的扩散-反应耦合方程,探讨了火焰面模型(如 FGM)和详细化学动力学(Detailed Kinetics)的数值实现,重点关注火焰传播速度和污染物生成机理的模拟。 --- 结语: 本书的编写遵循从理论到实践、从基础到前沿的逻辑,注重数学严谨性和工程可行性的统一。它不仅教授读者“如何”解算N-S方程,更深刻阐释了“为什么”选择特定的数值方法,为读者提供了在高度复杂工程流动领域进行创新性数值实验的坚实基础。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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这本书的名字叫《流体力学与传热》,单看书名,我本以为这是一本专注于理论推导和数学模型构建的学术著作,可能会充斥着各种复杂的偏微分方程和边界条件,阅读门槛会比较高。然而,当我真正翻开它的时候,却惊喜地发现,这本书在保持学术严谨性的同时,还融入了大量生动形象的例子和直观的物理图像,极大地降低了理解的难度。作者并没有直接丢给我们几个公式,而是循序渐进地引导我们理解流体运动的本质,比如水的流动、空气的飘散,这些我们日常生活中司空见惯的现象,在书中得到了细致入微的剖析。举个例子,在讲解层流和湍流的时候,书中并没有直接给出雷诺数的定义,而是通过描绘水龙头里流出的水流从平滑到剧烈翻腾的过程,让我们直观地感受到两种流态的差异,然后才引出雷诺数这个关键参数,并解释它如何决定了流体的行为。这种“先体验,后理论”的教学方式,对于我这样的非专业背景的读者来说,简直是福音。而且,书中在讲解传热部分时,也同样充满了巧思。我一直对热量是如何从一个物体传递到另一个物体感到好奇,书中对于传导、对流和辐射的讲解,都配上了精美的插图,比如通过模拟太阳光照射到地球,再到热量在物体内部的传递过程,让我能够清晰地看到能量流动的路径和方式。即使是那些看似枯燥的公式,在书中也被赋予了生命力,作者会用通俗易懂的语言解释每个符号的含义,以及它们在实际问题中所代表的物理意义。总而言之,这本书让我对流体力学和传热这两个看似艰深的领域产生了浓厚的兴趣,并且在学习过程中感受到了知识的乐趣,我非常推荐给所有对这些领域感兴趣的读者。

评分☆☆☆☆☆

对于《流体力学与传热》这本书,我最深刻的感受是它在理论深度和实际应用之间的出色平衡。作为一名对工程领域有着初步了解的读者,我一直渴望能够找到一本能够连接抽象理论与具体工程实践的教材,而这本书恰恰满足了我的这一需求。书中在讲解流体动力学时,不仅仅停留在概念层面,而是深入剖析了各种流体运动的基本规律,比如质量守恒、动量守恒和能量守恒,并将这些基本定律巧妙地应用于解决实际问题。例如,在讲解管道流动的阻力时,书中不仅给出了达西-魏斯巴赫公式,还通过分析不同形状管道、不同流体粘度和不同流速对阻力的影响,让我们理解了为什么在实际工程设计中需要考虑这些因素。更重要的是,书中还涵盖了传热学的内容,将流体力学和传热学紧密地结合在一起,这对于理解许多复杂的工程现象至关重要。我特别喜欢书中关于对流传热的部分,作者用了很多篇幅来阐述强制对流和自然对流的机理,并用大量的案例来展示它们在换热器、冷却塔等设备中的应用。这些例子不仅仅是文字描述,很多都配有清晰的示意图和数据分析,让我能够清楚地看到理论知识是如何转化为解决实际工程难题的工具的。书中对流体和热量的相互作用的深入探讨,让我认识到这两个领域是不可分割的,它们共同构成了许多工程系统运行的基础。这本书的叙述风格非常清晰流畅,即使是第一次接触这些概念的读者,也能在作者的引导下逐步掌握核心要点。

评分☆☆☆☆☆

这本书《流体力学与传热》,对我而言,是一本集理论深度、实践指导和启发思考于一体的优秀教材。作为一名对工程热物理领域充满好奇的学习者,我一直渴望能够找到一本既能打下坚实理论基础,又能提供实际工程指导的书籍,而这本书无疑满足了我的期待。书中对流体性质的描述非常详尽,不仅涵盖了如粘度、密度、比热容等基本参数,还深入探讨了这些参数在不同温度和压力条件下的变化规律,以及它们如何影响流体的流动行为和传热效率。例如,在讲解气体在管道中的流动时,书中就详细分析了气体压缩性对流动阻力和传热的影响,这对于理解高超音速飞行器周围的气流和传热现象至关重要。我特别欣赏书中对传热学中各种复杂边界条件的详细处理方法,例如在某些工程应用中,物体表面可能同时存在对流、辐射和热传导等多种传热模式,书中就提供了如何建立数学模型来描述这些复杂情况的框架。此外,书中还提供了一些关于流体稳定性与湍流转化的内容,这对我理解一些看似混乱的流体现象,例如河流中的漩涡和大气层中的天气模式,有了更深入的认识。作者在书中不仅仅是罗列公式,更注重解释公式背后的物理意义,以及它们是如何应用于解决实际工程问题。通过书中丰富的案例研究,我不仅学到了理论知识,更重要的是,我掌握了如何将这些理论知识转化为解决实际工程问题的工具。

评分☆☆☆☆☆

这本书《流体力学与传热》,在我阅读过的众多技术类书籍中,无疑是让我印象最深刻的一本。它不仅仅是一本介绍理论知识的书籍,更像是一位经验丰富的工程师在与你进行一次深入的交流,分享他对于流体和热量运作方式的深刻洞察。作者在开篇就强调了流体力学和传热学在现代工程中的普遍性和重要性,这让我对后续的学习充满了期待。书中对流体运动的描述,不仅仅停留在数学公式层面,更注重对物理现象的直观解释。例如,在讲解流体在弯曲管道中的流动时,书中详细分析了离心力如何导致流体在管道外侧速度增加,内侧速度减小,从而产生二次流,并对传热效率产生影响。这种细致的分析让我能够更好地理解流体在复杂几何结构中的行为。在传热方面,书中对热传导的深入讲解,特别是对热阻概念的引入,让我对如何评估和降低热传递过程中的能量损失有了更清晰的认识。我特别欣赏书中在介绍对流传热时,将理论推导与实验数据相结合的方式,这使得书中的结论更加具有说服力。书中还包含了一些关于热辐射在真空环境下的应用,例如卫星的隔热设计,这让我对跨越时空的传热方式有了全新的理解。这本书的语言风格非常朴实且具有启发性,作者善于将复杂的概念用简单易懂的方式表达出来,并且在讲解过程中融入了许多作者个人的思考和经验。

评分☆☆☆☆☆

《流体力学与传热》这本书,让我真正体会到了“融会贯通”的意义。之前我分别接触过一些流体力学和传热学的入门书籍,但总感觉它们是相对独立的两个领域,直到读了这本书,我才意识到它们之间深刻的联系。作者在书中巧妙地将流体运动与能量传递这两个核心概念融合在一起,展现了它们是如何相互影响,共同塑造了我们周围世界的许多现象。我特别欣赏书中在讲解混合对流时所做的深入分析,它详细阐述了自然对流和强制对流是如何在不同条件下相互作用,并对整体传热效率产生影响。书中通过对不同流体密度分布的分析,以及由此产生的浮力效应,来解释自然对流的驱动力,并且将这种效应与外部强制力(如风扇或泵)的作用进行对比。这让我对一些热量传递过程有了全新的认识,比如室内空气的循环、飞机机翼表面的气流以及电子设备的散热设计,都离不开对混合对流的理解。此外,书中还运用了大量的数值模拟结果和实验数据来验证理论模型,这使得书中的论述更加严谨和可信。我印象最深刻的是,书中提供了一些关于湍流混合和传热的章节,它解释了湍流如何通过剧烈的卷吸和扩散来加速能量和物质的传递,这在许多工业过程和环境现象中都扮演着重要角色。这本书让我不仅掌握了流体力学和传热学的知识,更重要的是,它培养了我分析复杂系统,并将不同科学原理结合起来思考的能力。

评分☆☆☆☆☆

这本书《流体力学与传热》,是我近期读过最令人耳目一新的技术类书籍之一。作为一名对物理学充满好奇的读者,我一直对物质的运动和能量的传递过程感到着迷,而这本书恰恰满足了我对这些领域的探求欲望。作者在书中对流体运动的描述,不仅仅是停留在概念层面,而是深入挖掘了流体在各种复杂条件下的行为特征。我特别欣赏书中关于“流体混合”的章节,它详细解释了湍流如何通过剧烈的涡旋结构来加速不同流体之间的混合,这在化学反应器、污染物扩散等领域具有重要的应用价值。书中还探讨了流体在多孔介质中的流动,例如地下水的渗透、油气在岩石中的运移等,这让我对地球科学和资源勘探有了新的认识。在传热学方面,书中对热辐射的深入剖析,让我理解了为什么在真空环境中,热量仍然可以通过辐射的方式传递,并且对不同颜色和表面的物体在吸收和发射辐射方面的差异有了更清晰的认识。我印象深刻的是,书中通过对宇宙辐射、以及高温物体发光的现象的分析,来阐述热辐射的普遍性。此外,书中还提供了一些关于热力学基本定律在流体力学和传热学中的应用,这使得我对这两个领域有了更宏观的认识。这本书的结构安排非常合理,从基础概念到复杂理论,层层递进,并且配以大量精美的图示和生动形象的案例,让学习过程充满乐趣。

评分☆☆☆☆☆

《流体力学与传热》这本书,为我打开了理解许多自然现象和工程应用的新视角。我一直对天气变化、海洋洋流以及工业设备的散热设计感到好奇,而这本书正好为我提供了深入探究这些现象的理论基础。书中对空气动力学原理的阐述,特别是对不同形状物体产生的阻力和升力的解释,让我对飞机、汽车等交通工具的设计有了更深刻的认识。我特别喜欢书中关于“相似性原理”的章节,它解释了如何通过缩小的模型来研究大型工程系统中的流体行为和传热过程,这大大降低了实验成本,同时也提高了研究效率。在传热学方面,书中对自然对流的详细分析,尤其是在讨论热浮力如何驱动流体运动时,让我对室内温度的分布、烟囱的排烟效应等现象有了更清晰的理解。书中还探讨了传热过程中相变的规律,例如水蒸发和冷凝的过程,以及它们在制冷、供暖系统中的应用。我印象最深刻的是,书中提供了一些关于热传递在不同材料中的速率差异的比较,这让我明白了为什么在设计隔热材料或导热材料时需要考虑材料的导热系数。这本书的叙述方式非常严谨,同时又充满了生活化的比喻,让我能够在轻松的氛围中掌握复杂的知识。总而言之,这本书让我认识到流体力学和传热学并非仅仅是枯燥的理论,而是与我们生活息息相关的科学。

评分☆☆☆☆☆

《流体力学与传热》这本书,对于我这样的工程专业学生而言,简直是“及时雨”。我一直觉得流体力学和传热学这两个领域虽然息息相关,但在很多教材中往往是割裂开来讲解的,导致我们在理解一些复杂工程系统时,总会感觉缺少了关键的连接点。这本书的独特之处就在于它将这两个领域有机地结合起来,从流体运动的物理本质出发,逐步引申到各种传热机制,并且在讲解过程中充分考虑了流体性质对传热的影响,反之亦然。我尤其喜欢书中对“流动传热”这一概念的阐述,它详细解释了为什么流体的运动会极大地增强传热效率,以及如何通过控制流体速度、湍流程度等参数来优化传热过程。书中在讲解强制对流时,也列举了大量的工程实例,例如汽车发动机的冷却系统、工业锅炉的换热器设计等等,这些案例都非常贴近实际,让我能够清晰地看到理论知识是如何应用于解决工程难题的。此外,书中对热辐射部分的讲解也非常深入,它不仅介绍了黑体辐射、灰体辐射等基本概念,还探讨了多壁辐射屏、辐射换热器的设计原理,这对于理解太空探测器、建筑节能等领域的传热问题具有重要意义。这本书的结构清晰,逻辑严谨,语言生动,即使是面对一些复杂的数学推导,作者也能通过直观的图示和生动的类比来帮助我们理解。总的来说,这本书为我打下了坚实的流体力学与传热学基础,并激发了我对这两个领域更深入探索的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

《流体力学与传热》这本书给我带来的最显著的收获,是它能够将一些看似非常抽象的物理概念,通过精炼的文字和恰当的比喻,变得非常容易理解。我本身不是物理学或工程学出身,所以一开始拿到这本书的时候,其实是有些忐忑的。但当我开始阅读后,我发现作者的功力非常深厚,他能够用一种非常“亲民”的方式来讲解那些高深的理论。比如,在解释伯努利原理时,作者没有直接给我一个复杂的公式,而是用一个生动的生活场景来比喻,比如在高速公路上行驶的汽车,车身周围的空气流速快,压强就小,所以车子容易被“吸”向中央隔离带。这样的类比立刻就消除了我对于这个原理的畏惧感,让我觉得它并不是那么遥不可及。在传热方面,书中对热辐射的解释也让我印象深刻。我一直以为热量传递就是接触传导,直到看了这本书,才了解到即使没有直接接触,热量也能以电磁波的形式传递,就像太阳的光和热能到达地球一样。书中对黑体辐射、吸收率、发射率等概念的阐述,都配有通俗易懂的图示,让我能够清晰地看到不同物体对热辐射的反应。而且,本书的逻辑结构安排也非常合理,它循序渐进地引导读者深入理解,从最基础的流体静力学,到复杂的湍流模型,再到各种传热机理,每一步都走得扎实而清晰。这本书不仅教会了我知识,更重要的是,它培养了我学习这些复杂学科的信心。

评分☆☆☆☆☆

这本书《流体力学与传热》,对于我这样一名对工业设计和设备运行原理感兴趣的普通读者来说,是一次非常宝贵的阅读体验。我一直对很多工业设备是如何工作的感到好奇,比如锅炉、管道系统、散热器等等,它们都涉及到流体和热量的传递。这本书就像是为我揭开了一个神秘的面纱,让我看到了这些设备背后隐藏的科学原理。书中对流体性质的描述非常细致,比如粘度、密度、压缩性等等,以及这些性质如何影响流体的运动,这一点对于理解管道输送、泵的工作原理至关重要。我特别喜欢书中关于边界层理论的讲解,它解释了为什么在流体与固体表面接触时,会出现速度梯度的现象,以及边界层厚度如何影响阻力和传热。这对于我理解流体在狭窄空间内的流动行为非常有帮助。在传热方面,书中对不同传热方式的区分和结合应用也让我大开眼界。例如,在讲解热交换器时,书中不仅分析了对流传热的效率,还考虑了热传导通过壁面的损耗,以及可能存在的辐射影响,这些都是在实际设计中必须考虑的因素。书中还提供了一些典型的工程案例分析,让我能够看到这些理论是如何直接应用于解决实际工程问题的,比如如何优化冷却系统以提高效率,或者如何减少管道中的能量损失。这本书的优点在于,它能够将理论知识和实际应用紧密地联系起来,让读者在学习理论的同时,也能感受到知识的实用价值。

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