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出版者:Isa

作者:Isa

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價格:94

裝幀:Pap

isbn號碼:9781556174421

叢書系列:

圖書標籤:

• 生物醫學儀器
• 醫學儀器
• 生物工程
• 生物技術
• 醫療設備
• 儀器分析
• 實驗室技術
• 生物醫學
• 健康科學
• 工程學

現代計算流體力學在航空航天工程中的前沿應用 圖書簡介 本書深入探討瞭現代計算流體力學（CFD）在航空航天工程領域中的前沿應用、理論基礎、數值方法及其麵臨的挑戰與未來發展方嚮。全書結構嚴謹，內容涵蓋瞭從基礎的 Navier-Stokes 方程求解技術到復雜的湍流模型、高超聲速流動模擬以及多物理場耦閤問題的先進處理方法。 第一部分：CFD基礎與數值方法革新 本部分著重迴顧和深化瞭CFD的核心理論框架，並係統介紹瞭近年來在數值求解技術上取得的突破性進展。 第一章：流體力學基本方程與CFD的數學基礎 詳細闡述瞭不可壓縮和可壓縮流動的守恒方程組（質量、動量、能量），並引入瞭守恒型方程在數值求解中的重要性。重點討論瞭CFD求解中涉及的偏微分方程的分類（橢圓型、拋物綫型、雙麯型），及其對求解策略選擇的決定性影響。此外，本章還對流場離散化技術進行瞭詳盡的分析，包括有限體積法（FVM）的幾何構造、通量守恒的保證機製，以及邊界條件在高分辨率網格上的精確施加方法。 第二章：高精度格式與激波捕捉技術 傳統格式（如一階迎風格式）在處理強對流項和高梯度現象時的局限性被深入剖析。本章集中討論瞭高精度離散格式的構建，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復雜流動中的優勢。特彆關注瞭在模擬跨/超音速流動中，如何有效且穩定地捕捉和解析激波、接觸間斷等不連續結構，而不引入不真實的數值振蕩。引入瞭基於黎曼求解器的通量計算方案（如 Roe, AUSM+ 等）在保持激波銳度和質量守恒方麵的應用實例。 第三章：時間離散化與隱式/顯式方法的選擇 針對非定常流動的模擬需求，本章對比分析瞭不同時間步進策略的穩定性和效率。詳細介紹瞭LIRAM (Locally Implicit Runge-Kutta Method) 等先進的隱式格式，及其在處理高頻振蕩或高 CFL 數條件下的優越性。同時，討論瞭多時間尺度問題的處理方法，例如多重網格（Multi-Grid）技術在加速收斂速度上的作用，以及如何優化時間步長的選擇以平衡計算成本與物理精度。 第二部分：湍流建模與復雜流動模擬 湍流是航空航天工程中最具挑戰性的流動現象之一。本部分將視角轉嚮對復雜湍流流場的精確模擬和先進建模技術。 第四章：經典與現代湍流模型 係統迴顧瞭Reynolds平均Navier-Stokes (RANS) 模型的發展曆程，包括對 $k-epsilon$, $k-omega$ (SST模型) 等經典模型的物理意義和適用範圍的深入解讀。重點剖析瞭RANS模型在處理分離流、再附著、強壓力梯度等非平衡湍流狀態時的局限性。隨後，引入瞭更高級彆的模擬方法：大渦模擬（LES）和直接數值模擬（DNS）。詳細闡述瞭亞格子尺度（Subgrid-Scale, SGS）模型的物理基礎和不同過濾技術（如Smagorinsky模型、動態模型）的性能比較。 第五章：高超聲速流動與非平衡效應 針對飛行器在極高馬赫數下遭遇的復雜流動環境，本章探討瞭如何將CFD擴展至高超聲速（Hypersonic）領域。討論瞭氣體動力學效應從歐拉氣體嚮稀薄氣體、化學活性氣體的轉變。詳細介紹瞭化學反應動力學模型的耦閤方法（如有限速率化學模型），以及如何處理在高焓狀態下産生的解離、電離等非平衡熱力學效應。此外，還涵蓋瞭氣動熱載荷的精確預測方法。 第六章：多相流與氣動-結構耦閤（Aeroelasticity） 在涉及推進係統（如火箭發動機噴流、渦輪葉片冷卻）或大氣進入時，多相流模擬至關重要。本章介紹瞭描述多相流的Eulerian-Eulerian、Eulerian-Lagrangian等方法，並側重於氣固/氣液界麵追蹤技術，如水平集法（Level Set）和體積分數法（VOF）。最後，引入氣動彈性力學（Aeroelasticity）的CFD求解框架，闡述瞭如何通過流固耦閤（Fluid-Structure Interaction, FSI）實現對結構振動和氣動載荷之間相互作用的精確預測，這對於柔性翼麵和鏇翼設計至關重要。 第三部分：前沿應用、優化與新興技術 本部分聚焦於CFD在實際工程問題中的集成應用，以及計算方法學嚮更高效率、更高自主性的方嚮發展。 第七章：優化設計與逆嚮工程 將CFD分析工具與優化算法相結閤，構成瞭現代氣動設計流程的核心。本章詳細介紹瞭伴隨網格（Adjoint Method）在優化設計中的應用。解釋瞭伴隨方程的推導和求解，說明瞭其相較於傳統迭代法的巨大優勢，尤其是在處理大規模設計變量和復雜目標函數時。討論瞭在氣動外形優化、升阻比最大化、噪聲抑製等任務中的具體實施流程。 第八章：網格生成技術與自適應網格加密 高質量的網格是CFD準確性的前提。本章係統地迴顧瞭結構網格、非結構網格以及混閤網格的生成技術。深入分析瞭邊界層網格（如使用$y^+$控製的壁麵附近網格）的構建策略。更重要的是，探討瞭計算域內流場特徵（如激波、渦核）驅動的自適應網格加密（Adaptive Mesh Refinement, AMR）技術，該技術能夠動態地在需要高分辨率的區域細化網格，從而顯著減少整體計算量，同時保持關鍵物理特徵的準確性。 第九章：高性能計算與未來展望 現代CFD求解嚴重依賴於高性能計算（HPC）資源。本章討論瞭如何並行化CFD求解器，涵蓋域分解技術、通信策略（如MPI的應用）以及GPU加速計算在加速迭代過程中的潛力。最後，展望瞭利用機器學習（ML）和深度學習（DL）技術來改進湍流模型的構建（數據驅動模型）、加速黎曼求解器的迭代，以及實現流場預測的未來研究方嚮，為航空航天工程提供更快速、更可靠的決策支持工具。 本書旨在為從事航空航天、機械工程及相關領域的工程師、研究人員和高級學生提供一本全麵、深入且與時代同步的專業參考書。通過對理論、數值方法和前沿應用的係統闡述，讀者將能夠掌握利用現代CFD工具解決復雜工程問題的能力。

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這本書給我帶來的最大驚喜，在於它將原本可能枯燥的技術講解，融入瞭大量引人入勝的臨床案例。我是一名臨床醫生，雖然每天都在使用各種各樣的生物醫學儀器，但很多時候，我對其內部的運作原理隻是“知其然，不知其所以然”。《Biomedical Sciences Instrumentation》這本書就彌補瞭我的這一知識空白。它通過講解特定疾病的診斷和治療過程中，是如何依賴於特定的儀器設備，以及這些設備又是如何通過測量生理參數來輔助決策的，讓我對這些儀器的價值有瞭更直觀的認識。例如，在講解心電圖（ECG）時，書中不僅僅列齣瞭不同導聯的波形，還詳細解釋瞭不同波形異常所代錶的心髒問題，以及這些信息是如何通過儀器的電信號處理和分析得齣的。又比如，在討論呼吸機時，書中對通氣模式的原理以及如何根據患者的呼吸狀態進行參數調整的描述，讓我對臨床上的一些操作有瞭更清晰的理解。這種理論與實踐緊密結閤的方式，極大地提升瞭我學習的效率和興趣。它讓我能夠更好地理解儀器的工作原理，從而更準確地選擇和使用它們，最終為患者提供更優質的醫療服務。

评分☆☆☆☆☆

作為一名在生物醫學儀器行業摸爬滾打多年的資深工程師，我一直對能夠提供深刻見解、挑戰現有認知的書籍保持著高度的警惕。而《Biomedical Sciences Instrumentation》這本書，無疑是那種能夠讓我眼前一亮的。它並沒有止步於對現有技術的簡單羅列和介紹，而是以一種批判性的視角，審視瞭這些技術的發展曆程、技術瓶頸以及未來的發展趨勢。書中對於一些新興的傳感器技術，比如微流控芯片在生物檢測中的應用，以及高分辨率成像技術的最新進展，都進行瞭非常深入的探討，並結閤瞭大量的案例分析，讓我對這些前沿領域有瞭更深刻的認識。我特彆欣賞作者對於不同技術之間權衡和選擇的分析，例如在設計一款心髒起搏器時，需要在電池壽命、信號精度、植入生物相容性等多個維度進行取捨，書中對這些復雜決策過程的闡述，非常有參考價值。此外，它還觸及瞭一些非常重要的倫理和法規問題，比如醫療器械的安全性認證、數據隱私保護等，這些都是我們工程師在實際工作中必須考慮的因素，但往往容易被忽略。總而言之，這本書不僅僅是一本技術手冊，更是一本能夠引發思考、激發創新靈感的專業著作，值得每一位生物醫學工程領域的專業人士認真研讀。

评分☆☆☆☆☆

這本書帶給我的，更多的是一種對生物醫學工程領域整體性的認知。我本身是跨學科背景，對生物學、醫學和工程學都有涉獵，但一直很難找到一本能夠將這三者有機結閤，並集中探討儀器應用的著作。《Biomedical Sciences Instrumentation》恰恰滿足瞭我的這一需求。它不僅僅是介紹儀器本身，更重要的是闡述瞭這些儀器在解決生物醫學問題時所扮演的角色。書中在探討各種生理測量技術時，總是會先簡要介紹相關的生理學知識，然後再引入儀器如何進行測量，以及這些測量結果對理解生理過程或疾病狀態的意義。這種“先有雞還是先有蛋”的邏輯，讓我能夠更自然地理解儀器的齣現和發展，是為瞭解決哪些具體的生物醫學難題。我非常喜歡它在討論一些復雜的生理模型時，所使用的類比和圖形化解釋，使得抽象的理論變得易於理解。此外，書中還觸及瞭一些跨領域的前沿課題，比如人工智能在醫學影像分析中的應用，以及基因測序技術如何推動個性化醫療的發展，這些都讓我看到瞭生物醫學儀器未來發展的廣闊前景。這本書讓我對這個領域有瞭更全麵、更係統的認識，也為我未來的學習和研究方嚮提供瞭新的啓發。

评分☆☆☆☆☆

這本書簡直就是我一直以來尋找的那種“寶藏”！作為一名對生物醫學工程領域有著濃厚興趣的初學者，我常常被那些看似深奧的儀器和技術嚇退，但《Biomedical Sciences Instrumentation》卻用一種非常清晰、循序漸進的方式，將復雜的概念分解開來。它並沒有直接給我灌輸一堆方程式或晦澀的術語，而是從最基礎的原理入手，比如什麼是生理信號，我們如何捕捉它，以及為什麼理解這些信號對診斷和治療至關重要。作者在解釋各種傳感器的原理時，就像在給一個對電子學一竅不通的朋友講課一樣，生動形象。我特彆喜歡它在介紹醫學影像技術（如X光、CT、MRI）時，沒有僅僅停留在“它能做什麼”的層麵，而是深入到“它是如何做到”的背後物理和工程原理。這讓我不僅僅是記住瞭一些名詞，而是真正理解瞭這些技術的工作方式，甚至能開始思考它們在不同臨床場景下的應用和局限性。雖然我對書中的每一個細節都還未完全消化，但我能感覺到，它為我打開瞭一扇通往更深層學習的大門，讓我對未來深入研究生物醫學儀器充滿瞭信心和動力。這本書就像一位耐心的嚮導，在我探索這個復雜領域時，為我指明瞭方嚮，驅散瞭迷霧。

评分☆☆☆☆☆

作為一名對技術細節有著極緻追求的科研人員，我常常覺得很多生物醫學儀器的介紹要麼過於淺顯，要麼過於偏重某一細分領域。《Biomedical Sciences Instrumentation》這本書在這方麵做得相當齣色。它在保持一定技術深度的同時，又覆蓋瞭生物醫學儀器設計中的多個關鍵方麵。我尤其對書中關於信號處理算法的章節印象深刻，它並沒有簡單地給齣幾個公式，而是對傅裏葉變換、小波分析等常用信號處理技術在生物信號去噪、特徵提取方麵的應用進行瞭詳細的闡述，並提供瞭相應的僞代碼或算法流程圖，這對於我們進行更深入的研究非常有幫助。此外，書中對生物傳感器材料的選擇、微機電係統（MEMS）在生物醫學領域的應用、以及如何進行儀器的可靠性評估和質量控製等內容，也都進行瞭深入的探討。這些內容往往在教材中被一帶而過，但對於實際的儀器開發和改進至關重要。《Biomedical Sciences Instrumentation》這本書提供瞭一個非常全麵的框架，幫助我從更宏觀的角度去理解生物醫學儀器的設計和開發過程，並且在具體的技術細節上，也提供瞭足夠的深度和廣度，讓我受益匪淺。

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