Frontiers of Computational Fluid Dynamics 2006 pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:World Scientific Pub Co Inc

作者:Caughey, D. A. (EDT)/ Hafez, M. M. (EDT)

出品人:

页数:447

译者:

出版时间:

价格:1060.36

装帧:HRD

isbn号码:9789812565273

丛书系列:

图书标签:

Computational Fluid Dynamics
CFD
Fluid Mechanics
Numerical Methods
Engineering
Science
Mathematics
Heat Transfer
Turbulence
2006

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具体描述

湍流模拟的理论前沿与计算方法：一部聚焦2006年前后进展的专著本书汇集了2006年前后计算流体力学（CFD）领域最前沿的研究成果与技术进展，深入探讨了复杂流动模拟中的核心挑战、新兴理论框架以及高性能计算方法的应用。全书结构严谨，内容涵盖了从基础理论到尖端应用等多个维度，旨在为该领域的科研人员、工程师以及高年级研究生提供一份全面且深入的参考资料。第一部分：湍流建模的理论革新与深化本部分着重分析了传统雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）模型在处理高非定常、高梯度流动问题时所暴露出的局限性，并详细介绍了当时正在兴起或成熟的先进湍流模型。一、亚格子尺度（Subgrid-Scale, SGS）模型的精进与验证：针对大涡模拟（LES）的成功应用，本章系统梳理了SGS模型的演变历程。重点剖析了基于局部动力学理论（Dynamic Procedure）的改进版本，特别是动态混合模型（Dynamic Smagorinsky Model）和动态局部应力模型（Dynamic Local Slip Model）在处理壁面边界层、剪切流和分离流时的性能差异。讨论了如何通过高分辨率、高保真度的直接数值模拟（DNS）数据来校准和优化这些模型的通用性参数。此外，还探讨了在处理可压缩流和化学反应流（如燃烧）时，SGS模型如何纳入能量和组分输运方程的耦合机制。二、混合RANS/LES方法的深入研究：随着计算资源的逐步提升，混合方法（Hybrid RANS/LES, 如Detached Eddy Simulation, DES）成为处理大尺度工程问题，尤其是涉及复杂几何体分离流动的关键。本部分详细阐述了DES方法的数学基础，着重分析了从RANS到LES区域的平滑过渡（Blending Function）机制，以及在网格适应性和数值稳定性方面遇到的挑战。特别关注了壁面近壁区（Near-Wall Region）的建模策略，如基于尺度的延迟分离涡模拟（Scale-Separating DES, SS-DES）如何有效避免模型壁面处的延迟分离问题。三、非线性湍流本构关系与非局部效应的探索：超越标准的线性涡粘性假设，本章探讨了湍流应力张量与平均速率梯度之间更复杂的非线性关系。引入了基于第二矩量方程（Second-Moment Closure, SMC）的现代形式，讨论了湍流各向异性与曲率效应（Curvature Effects）的精确建模。对于强旋流和具有显著分离现象的流动，分析了湍流的非局部性如何影响动量和能量的输运，并介绍了基于非局部核函数的近似模型尝试。第二部分：高精度数值方法与高性能计算本部分聚焦于支撑先进湍流模拟的计算技术，强调了空间离散化精度、时间推进策略以及大规模并行计算的效率优化。一、高阶空间离散化方案的比较与应用：针对求解纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes Equations）时对守恒性、稳定性和色散/耗散特性的要求，本章详细对比了当前主流的高阶精度方法：有限体积法（FVM）的改进：重点分析了高分辨率重构方案（如ENO/WENO）在处理激波和强梯度时的鲁棒性，以及如何将其与先进的通量限制器（Flux Limiters）相结合以保证解的单调性。谱方法与谱元法（Spectral Element Methods, SEM）：阐述了SEM在高保真度模拟（尤其是在壁面边界层解析方面）的优势，以及如何通过自适应$hp$网格技术来平衡计算负担。二、先进时间推进与耦合技术：讨论了处理非定常流动时时间步长的选择策略。详细介绍了隐式、显式以及半隐式时间推进格式的收敛性分析。特别关注了求解高马赫数可压缩流时，如何有效处理声速（CFL条件）限制与物理时间步长之间的矛盾，如使用代数多重网格（AMG）求解器加速稳态迭代或利用基于物理时间尺度的修正CFL条件。三、大规模并行计算的挑战与优化：随着可处理网格点数量的激增，并行效率成为制约CFD发展的关键因素。本章深入探讨了面向大规模并行处理器（MPP）的域分解技术（Domain Decomposition），包括最优的通信拓扑结构和负载均衡策略。针对内存访问模式，分析了如何通过数据局部性优化和缓存友好型算法来提升求解器的性能，特别是在处理基于结构网格和混合网格上的并行I/O操作。第三部分：复杂物理现象的CFD建模本部分将理论和方法论应用于具体的复杂工程问题，展示了CFD在解决前沿科学挑战中的能力。一、多相流与界面捕捉技术：针对气液、固液多相流体的精确模拟，本章重点介绍了界面演化算法的最新进展。深入解析了体积法（Volume of Fluid, VOF）和水平集方法（Level Set Method, LSM）的优势互补，以及它们在处理剧烈界面变形（如破碎、聚并）时的耦合策略。讨论了如何在界面附近精确计算表面张力梯度和接触线动力学。二、化学反应流与燃烧模拟：在涉及高化学反应速率和复杂反应网络的流动模拟中，如何有效地解耦流体力学与化学动力学是核心难题。本节探讨了反应流的网格自适应策略，以在火焰前沿保持高分辨率。介绍了稀疏网格方法（Sparse Grid Methods）和基于速率敏感性（Rate Sensitivity）的简化化学模型构建技术，以降低求解化学反应系统的计算成本。三、流固耦合（FSI）与流致振动：随着结构柔性和空气动力载荷之间的相互作用研究日益重要，本章详细介绍了两种主要的FSI耦合策略：单向耦合和双向完全耦合。重点分析了在完全耦合框架下，如何实现流体域与固体域之间精确的位移、力和应力传递，并讨论了在求解流致振动问题时，如何保证流体求解器和固体求解器在时间尺度和收敛性上的同步性。结语：展望未来计算流体力学的方向本书的结论部分对2006年CFD领域的发展趋势进行了总结，并对未来十年的研究重点进行了展望，强调了高保真模拟向“设计优化”与“不确定性量化”（Uncertainty Quantification, UQ）方向的过渡。