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出版者:Isa

作者:Isa

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:94

装帧:Pap

isbn号码:9781556174421

丛书系列:

图书标签:

生物医学仪器
医学仪器
生物工程
生物技术
医疗设备
仪器分析
实验室技术
生物医学
健康科学
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具体描述

现代计算流体力学在航空航天工程中的前沿应用图书简介本书深入探讨了现代计算流体力学（CFD）在航空航天工程领域中的前沿应用、理论基础、数值方法及其面临的挑战与未来发展方向。全书结构严谨，内容涵盖了从基础的 Navier-Stokes 方程求解技术到复杂的湍流模型、高超声速流动模拟以及多物理场耦合问题的先进处理方法。第一部分：CFD基础与数值方法革新本部分着重回顾和深化了CFD的核心理论框架，并系统介绍了近年来在数值求解技术上取得的突破性进展。第一章：流体力学基本方程与CFD的数学基础详细阐述了不可压缩和可压缩流动的守恒方程组（质量、动量、能量），并引入了守恒型方程在数值求解中的重要性。重点讨论了CFD求解中涉及的偏微分方程的分类（椭圆型、抛物线型、双曲型），及其对求解策略选择的决定性影响。此外，本章还对流场离散化技术进行了详尽的分析，包括有限体积法（FVM）的几何构造、通量守恒的保证机制，以及边界条件在高分辨率网格上的精确施加方法。第二章：高精度格式与激波捕捉技术传统格式（如一阶迎风格式）在处理强对流项和高梯度现象时的局限性被深入剖析。本章集中讨论了高精度离散格式的构建，例如 ENO (Essentially Non-Oscillatory) 格式和 WENO (Weighted Essentially Non-Oscillatory) 格式的原理及其在航空航天复杂流动中的优势。特别关注了在模拟跨/超音速流动中，如何有效且稳定地捕捉和解析激波、接触间断等不连续结构，而不引入不真实的数值振荡。引入了基于黎曼求解器的通量计算方案（如 Roe, AUSM+ 等）在保持激波锐度和质量守恒方面的应用实例。第三章：时间离散化与隐式/显式方法的选择针对非定常流动的模拟需求，本章对比分析了不同时间步进策略的稳定性和效率。详细介绍了LIRAM (Locally Implicit Runge-Kutta Method) 等先进的隐式格式，及其在处理高频振荡或高 CFL 数条件下的优越性。同时，讨论了多时间尺度问题的处理方法，例如多重网格（Multi-Grid）技术在加速收敛速度上的作用，以及如何优化时间步长的选择以平衡计算成本与物理精度。第二部分：湍流建模与复杂流动模拟湍流是航空航天工程中最具挑战性的流动现象之一。本部分将视角转向对复杂湍流流场的精确模拟和先进建模技术。第四章：经典与现代湍流模型系统回顾了Reynolds平均Navier-Stokes (RANS) 模型的发展历程，包括对 $k-epsilon$, $k-omega$ (SST模型) 等经典模型的物理意义和适用范围的深入解读。重点剖析了RANS模型在处理分离流、再附着、强压力梯度等非平衡湍流状态时的局限性。随后，引入了更高级别的模拟方法：大涡模拟（LES）和直接数值模拟（DNS）。详细阐述了亚格子尺度（Subgrid-Scale, SGS）模型的物理基础和不同过滤技术（如Smagorinsky模型、动态模型）的性能比较。第五章：高超声速流动与非平衡效应针对飞行器在极高马赫数下遭遇的复杂流动环境，本章探讨了如何将CFD扩展至高超声速（Hypersonic）领域。讨论了气体动力学效应从欧拉气体向稀薄气体、化学活性气体的转变。详细介绍了化学反应动力学模型的耦合方法（如有限速率化学模型），以及如何处理在高焓状态下产生的解离、电离等非平衡热力学效应。此外，还涵盖了气动热载荷的精确预测方法。第六章：多相流与气动-结构耦合（Aeroelasticity）在涉及推进系统（如火箭发动机喷流、涡轮叶片冷却）或大气进入时，多相流模拟至关重要。本章介绍了描述多相流的Eulerian-Eulerian、Eulerian-Lagrangian等方法，并侧重于气固/气液界面追踪技术，如水平集法（Level Set）和体积分数法（VOF）。最后，引入气动弹性力学（Aeroelasticity）的CFD求解框架，阐述了如何通过流固耦合（Fluid-Structure Interaction, FSI）实现对结构振动和气动载荷之间相互作用的精确预测，这对于柔性翼面和旋翼设计至关重要。第三部分：前沿应用、优化与新兴技术本部分聚焦于CFD在实际工程问题中的集成应用，以及计算方法学向更高效率、更高自主性的方向发展。第七章：优化设计与逆向工程将CFD分析工具与优化算法相结合，构成了现代气动设计流程的核心。本章详细介绍了伴随网格（Adjoint Method）在优化设计中的应用。解释了伴随方程的推导和求解，说明了其相较于传统迭代法的巨大优势，尤其是在处理大规模设计变量和复杂目标函数时。讨论了在气动外形优化、升阻比最大化、噪声抑制等任务中的具体实施流程。第八章：网格生成技术与自适应网格加密高质量的网格是CFD准确性的前提。本章系统地回顾了结构网格、非结构网格以及混合网格的生成技术。深入分析了边界层网格（如使用$y^+$控制的壁面附近网格）的构建策略。更重要的是，探讨了计算域内流场特征（如激波、涡核）驱动的自适应网格加密（Adaptive Mesh Refinement, AMR）技术，该技术能够动态地在需要高分辨率的区域细化网格，从而显著减少整体计算量，同时保持关键物理特征的准确性。第九章：高性能计算与未来展望现代CFD求解严重依赖于高性能计算（HPC）资源。本章讨论了如何并行化CFD求解器，涵盖域分解技术、通信策略（如MPI的应用）以及GPU加速计算在加速迭代过程中的潜力。最后，展望了利用机器学习（ML）和深度学习（DL）技术来改进湍流模型的构建（数据驱动模型）、加速黎曼求解器的迭代，以及实现流场预测的未来研究方向，为航空航天工程提供更快速、更可靠的决策支持工具。本书旨在为从事航空航天、机械工程及相关领域的工程师、研究人员和高级学生提供一本全面、深入且与时代同步的专业参考书。通过对理论、数值方法和前沿应用的系统阐述，读者将能够掌握利用现代CFD工具解决复杂工程问题的能力。

作者简介

目录信息

读后感

评分☆☆☆☆☆

用户评价

评分☆☆☆☆☆

作为一名对技术细节有着极致追求的科研人员，我常常觉得很多生物医学仪器的介绍要么过于浅显，要么过于偏重某一细分领域。《Biomedical Sciences Instrumentation》这本书在这方面做得相当出色。它在保持一定技术深度的同时，又覆盖了生物医学仪器设计中的多个关键方面。我尤其对书中关于信号处理算法的章节印象深刻，它并没有简单地给出几个公式，而是对傅里叶变换、小波分析等常用信号处理技术在生物信号去噪、特征提取方面的应用进行了详细的阐述，并提供了相应的伪代码或算法流程图，这对于我们进行更深入的研究非常有帮助。此外，书中对生物传感器材料的选择、微机电系统（MEMS）在生物医学领域的应用、以及如何进行仪器的可靠性评估和质量控制等内容，也都进行了深入的探讨。这些内容往往在教材中被一带而过，但对于实际的仪器开发和改进至关重要。《Biomedical Sciences Instrumentation》这本书提供了一个非常全面的框架，帮助我从更宏观的角度去理解生物医学仪器的设计和开发过程，并且在具体的技术细节上，也提供了足够的深度和广度，让我受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直就是我一直以来寻找的那种“宝藏”！作为一名对生物医学工程领域有着浓厚兴趣的初学者，我常常被那些看似深奥的仪器和技术吓退，但《Biomedical Sciences Instrumentation》却用一种非常清晰、循序渐进的方式，将复杂的概念分解开来。它并没有直接给我灌输一堆方程式或晦涩的术语，而是从最基础的原理入手，比如什么是生理信号，我们如何捕捉它，以及为什么理解这些信号对诊断和治疗至关重要。作者在解释各种传感器的原理时，就像在给一个对电子学一窍不通的朋友讲课一样，生动形象。我特别喜欢它在介绍医学影像技术（如X光、CT、MRI）时，没有仅仅停留在“它能做什么”的层面，而是深入到“它是如何做到”的背后物理和工程原理。这让我不仅仅是记住了一些名词，而是真正理解了这些技术的工作方式，甚至能开始思考它们在不同临床场景下的应用和局限性。虽然我对书中的每一个细节都还未完全消化，但我能感觉到，它为我打开了一扇通往更深层学习的大门，让我对未来深入研究生物医学仪器充满了信心和动力。这本书就像一位耐心的向导，在我探索这个复杂领域时，为我指明了方向，驱散了迷雾。

评分☆☆☆☆☆

这本书带给我的，更多的是一种对生物医学工程领域整体性的认知。我本身是跨学科背景，对生物学、医学和工程学都有涉猎，但一直很难找到一本能够将这三者有机结合，并集中探讨仪器应用的著作。《Biomedical Sciences Instrumentation》恰恰满足了我的这一需求。它不仅仅是介绍仪器本身，更重要的是阐述了这些仪器在解决生物医学问题时所扮演的角色。书中在探讨各种生理测量技术时，总是会先简要介绍相关的生理学知识，然后再引入仪器如何进行测量，以及这些测量结果对理解生理过程或疾病状态的意义。这种“先有鸡还是先有蛋”的逻辑，让我能够更自然地理解仪器的出现和发展，是为了解决哪些具体的生物医学难题。我非常喜欢它在讨论一些复杂的生理模型时，所使用的类比和图形化解释，使得抽象的理论变得易于理解。此外，书中还触及了一些跨领域的前沿课题，比如人工智能在医学影像分析中的应用，以及基因测序技术如何推动个性化医疗的发展，这些都让我看到了生物医学仪器未来发展的广阔前景。这本书让我对这个领域有了更全面、更系统的认识，也为我未来的学习和研究方向提供了新的启发。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我带来的最大惊喜，在于它将原本可能枯燥的技术讲解，融入了大量引人入胜的临床案例。我是一名临床医生，虽然每天都在使用各种各样的生物医学仪器，但很多时候，我对其内部的运作原理只是“知其然，不知其所以然”。《Biomedical Sciences Instrumentation》这本书就弥补了我的这一知识空白。它通过讲解特定疾病的诊断和治疗过程中，是如何依赖于特定的仪器设备，以及这些设备又是如何通过测量生理参数来辅助决策的，让我对这些仪器的价值有了更直观的认识。例如，在讲解心电图（ECG）时，书中不仅仅列出了不同导联的波形，还详细解释了不同波形异常所代表的心脏问题，以及这些信息是如何通过仪器的电信号处理和分析得出的。又比如，在讨论呼吸机时，书中对通气模式的原理以及如何根据患者的呼吸状态进行参数调整的描述，让我对临床上的一些操作有了更清晰的理解。这种理论与实践紧密结合的方式，极大地提升了我学习的效率和兴趣。它让我能够更好地理解仪器的工作原理，从而更准确地选择和使用它们，最终为患者提供更优质的医疗服务。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在生物医学仪器行业摸爬滚打多年的资深工程师，我一直对能够提供深刻见解、挑战现有认知的书籍保持着高度的警惕。而《Biomedical Sciences Instrumentation》这本书，无疑是那种能够让我眼前一亮的。它并没有止步于对现有技术的简单罗列和介绍，而是以一种批判性的视角，审视了这些技术的发展历程、技术瓶颈以及未来的发展趋势。书中对于一些新兴的传感器技术，比如微流控芯片在生物检测中的应用，以及高分辨率成像技术的最新进展，都进行了非常深入的探讨，并结合了大量的案例分析，让我对这些前沿领域有了更深刻的认识。我特别欣赏作者对于不同技术之间权衡和选择的分析，例如在设计一款心脏起搏器时，需要在电池寿命、信号精度、植入生物相容性等多个维度进行取舍，书中对这些复杂决策过程的阐述，非常有参考价值。此外，它还触及了一些非常重要的伦理和法规问题，比如医疗器械的安全性认证、数据隐私保护等，这些都是我们工程师在实际工作中必须考虑的因素，但往往容易被忽略。总而言之，这本书不仅仅是一本技术手册，更是一本能够引发思考、激发创新灵感的专业著作，值得每一位生物医学工程领域的专业人士认真研读。

评分☆☆☆☆☆