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☆☆☆☆☆

出版者:Springer

作者:Joel H. Ferziger

出品人:

页数:440

译者:

出版时间:2001-12-12

价格:USD 74.95

装帧:Paperback

isbn号码:9783540420743

丛书系列:

图书标签:

CFD
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流体力学
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具体描述

In its third revised and extended edition the book offers an overview of the techniques used to solve problems in fluid mechanics on computers. The authors describe in detail the most often used techniques. Included are advanced techniques in computational fluid dynamics, such as direct and large-eddy simulation of turbulence. Moreover, a new section deals with grid quality and an extended description of discretization methods has also been included. Common roots and basic principles for many apparently different methods are explained. The book also contains a great deal of practical advice for code developers and users.

流体动力学计算方法本书深入探讨了在现代工程和科学领域中至关重要的流体动力学计算方法。我们将从流体运动的基本物理原理出发，层层递进，直至掌握复杂的数值求解技术。第一部分：流体力学基础与数值模拟的基石流体运动方程的演变：我们将首先回顾连续介质力学中的基本守恒定律，特别是质量守恒、动量守恒和能量守恒。重点关注 Navier-Stokes 方程的推导过程，理解其在描述粘性不可压流体和可压流体运动中的核心地位。同时，也会触及一些简化模型，如 Euler 方程，阐述它们适用的边界条件和局限性。数值方法的引入：为什么需要数值方法？我们将阐述解析解在复杂几何和非线性问题上的局限性，从而引出数值模拟的必要性。本书将全面介绍几种主流的离散化技术：有限差分法 (Finite Difference Method, FDM)：从最直观的网格划分开始，详细讲解如何用差分近似代替微分，以及离散方程的构造。我们将深入分析不同阶数的差分格式，以及它们对精度和稳定性的影响，并探讨处理边界条件的策略。有限体积法 (Finite Volume Method, FVM)：强调其在处理守恒律方面的优势，尤其适用于流体问题。我们将展示如何在一个控制体积内对守恒律进行积分，从而得到离散方程，并讨论通量计算的方法，如黎曼求解器和通量限制器。有限元法 (Finite Element Method, FEM)：介绍其基于变分原理或加权残值法的离散化思想，以及形函数和刚度矩阵的构造。我们将讨论其在处理复杂几何形状和不同边界条件时的灵活性。稳定性与收敛性分析：这是任何数值方法的核心考量。我们将系统性地讲解 Von Neumann 稳定性分析，以及 CFL 条件在时间推进中的重要性。同时，也会介绍收敛性分析的几种常用方法，理解离散误差如何随着网格细化而减小。第二部分：求解器算法与高级技术线性方程组的求解：大量的流体问题归结为求解大型稀疏线性方程组。本书将覆盖：直接法：如高斯消元法、LU 分解和 Cholesky 分解，并分析其计算复杂度和适用范围。迭代法：包括 Jacobi 方法、Gauss-Seidel 方法，以及更高效的共轭梯度法 (CG) 和广义最小残差法 (GMRES)。我们将深入分析这些方法的收敛特性，以及预条件子的作用。非线性方程的求解： Navier-Stokes 方程的非线性项使得问题更加复杂。我们将探讨： Picard 迭代法：一种简单有效的线性化方法。 Newton-Raphson 方法：及其在求解大规模非线性系统中的变种，如 Quasi-Newton 方法。耦合求解与解耦求解：探讨如何处理速度-压力耦合问题，以及不同求解策略的优缺点。时间推进算法：显式方法：如欧拉向前法、Runge-Kutta 方法，讨论其稳定性限制。隐式方法：如欧拉向后法、Crank-Nicolson 方法，分析其稳定性优势和求解复杂度。多步法：介绍 Adams-Bashforth 和 Adams-Moulton 方法。处理特殊流体现象：湍流模型：简介 RANS (雷诺平均 Navier-Stokes) 方法，包括 Spalart-Allmaras、k-epsilon、k-omega 等常用模型，以及 LES (大涡模拟) 和 DNS (直接数值模拟) 的基本思想。多相流模拟：介绍 Level-Set 方法、Volume-of-Fluid (VOF) 方法等处理自由表面或界面问题。可压缩流：讨论处理激波和膨胀波的数值技巧，如 Roe 格式、WENO 格式。第三部分：软件实现与案例分析并行计算技术：随着计算能力的提升，并行计算在流体动力学模拟中扮演着越来越重要的角色。我们将介绍 MPI (Message Passing Interface) 和 OpenMP (Open Multi-Processing) 等并行编程模型。网格生成技术：探讨结构化网格、非结构化网格以及自适应网格的生成方法，以及它们对计算效率和精度的影响。实际应用案例：通过一系列典型的流体动力学问题，例如：翼型绕流：分析不同攻角下的流动特性，计算升力和阻力。管道流：研究层流和湍流状态下的压降和速度分布。传热问题：模拟自然对流和强制对流下的温度场。多相流体混合：分析液体在搅拌器中的运动和混合过程。本书旨在为读者提供一个坚实的理论基础和丰富的实践指导，使他们能够独立运用计算方法解决各种复杂的流体动力学问题。无论你是初学者还是有一定经验的研究者，都能从中受益。

作者简介

JOEL H. FERZIGER, PhD, is a professor in the Stanford University Department of Mechanical Engineering. Dr. Ferziger holds a doctorate in nuclear engineering from the University of Michigan. He is a Max Planck Award recipient, a Humboldt Fellow, and a Fellow of ASME and APS. His other books include Computational Methods for Fluid Dynamics.

Peric, University of Hamburg, Germany.

目录信息

读后感

评分☆☆☆☆☆

用户评价

评分☆☆☆☆☆

我花了相当长的时间试图理解作者在**非结构化网格**处理上的立场和方法，毕竟在处理复杂外部流场时，非结构化网格的应用已是主流。令人困惑的是，这本书几乎完全围绕着**结构化网格**展开，所有关于导数近似和通量守恒的推导都建立在规则的网格结构之上。虽然结构化网格在概念上更容易理解，但在实际工程中，它们构建的难度和灵活性限制是众所周知的。对于如何将熟悉的有限体积或有限元方法推广到任意四面体、棱柱体或多面体网格上的详细机制，如**邻界面重构**、**边界积分处理**等关键技术，书中完全是避而不谈，这在21世纪的CFD教材中是难以接受的疏忽。这种对主流方法论的刻意回避，使得本书的实用价值大打折扣，它仿佛停在了上个世纪八十年代的计算范式中，无法为当前需要处理复杂几何体的研究人员提供任何有价值的参考或启示。

评分☆☆☆☆☆

这本书在**求解器（Solver）的选择与优化**方面提供的信息量极其有限，这对于任何希望自己搭建或深入定制CFD代码的读者来说都是一个硬伤。它大致介绍了隐式和显式时间推进的原理，但对于实际操作中至关重要的**线性系统求解器**的选择——比如GMRES、BiCGSTAB等迭代方法的收敛性影响、预处理技术（如代数多重网格AMG）的实际效果对比——却缺乏深入的探讨。更不用提针对不可压缩流体求解压力-速度耦合问题的**SIMPLE族算法**的各种现代变种，它们是如何在保持稳定性的同时提高收敛速度的，这些都是计算实践中的核心技巧。作者似乎满足于仅仅停留在“我们可以用一个求解器来解这个方程组”的层面，而没有深入挖掘“我们如何高效、稳定地解它”的工程智慧。因此，这本书更像是一本“是什么”的介绍手册，而非一本“怎么做”的操作指南，对于追求计算效率和鲁棒性的专业人士而言，其价值非常有限。

评分☆☆☆☆☆

读完此书，我最大的感受是，它在**湍流建模**这一核心议题上的处理方式显得过于保守和传统。我本希望书中能对RANS（雷诺平均纳维-斯托克斯）模型进行一次全面的梳理，并深入比较$k-epsilon$, $k-omega$ SST等主流模型在不同流动场景下的性能差异和适用性边界。然而，书里对这些模型的介绍，充其量只是停留在公式层面的展示，缺乏对这些模型**物理假设的深入剖析**，以及它们在面对**非定常、分离流**等复杂流动时所暴露出的系统性缺陷。更别提那些更先进的混合RANS/LES（大涡模拟）或者纯粹的LES/DNS（直接数值模拟）方法了，这些被认为是未来CFD发展方向的技术，在本书中几乎找不到踪影。这使得这本书的实用价值大打折扣。对于一个希望利用CFD工具来解决航空航天、汽车设计等领域中高难度流动问题的工程师或研究生来说，这本书提供的理论框架显得陈旧，缺乏能够直接指导建模选择和结果判定的批判性视角。它似乎更适合作为一本介绍历史悠久方法的参考书，而不是一本指导未来实践的教科书。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计乍一看确实很专业，那种深蓝色调配上简洁的白色字体，给人一种严谨、学术的印象。我最初拿起这本书，是希望能找到一些关于**现代流体力学数值模拟**的深入探讨，特别是那些能将理论模型与实际工程问题紧密结合起来的篇章。然而，阅读过程中我发现，它的重点似乎更多地集中在**经典的偏微分方程求解技巧**上，比如有限差分和有限体积法的基本框架推导，这些内容在很多其他教材中已经得到了非常详尽的阐述。我期待看到的那些关于**高精度格式的最新进展**，比如那些能有效处理复杂边界层或激波问题的离散化方法，在书中几乎没有提及。更让我感到遗憾的是，对于**网格自适应技术**和**并行计算策略**这些在当代计算流体动力学（CFD）领域至关重要的实践环节，全书的讨论都显得蜻蜓点水，没有提供哪怕一个可以借鉴的实际案例或算法实现细节。总而言之，如果你是想寻找一本能带领你进入CFD前沿研究领域，或者提供解决实际工程难题的“秘籍”的读者，这本书可能无法满足你的期望，它更像是一本扎实的、偏向数学基础的入门教材，但对于寻求深度和广度的专业人士来说，深度明显不足。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事节奏和组织结构实在让人感到费解，它在**离散化误差分析**部分花费了大量的篇幅，详细推导了截断误差和一致性条件，这本无可厚非，毕竟严谨性是科学的基础。然而，这种对纯理论细节的过度沉迷，却以牺牲**实际应用案例**为代价。全书几乎找不到任何一个可以被称之为“现代”的算例——没有复杂的几何体网格划分讨论，没有关于求解器收敛性监控的实用技巧，甚至连如何有效地处理**动网格技术**或**相变传热**的章节都付之阙如。读者很容易在大量的数学推导中迷失方向，最终拿到的只是一堆公式，而不是一套解决问题的工具箱。对我来说，CFD的精髓在于它将数学抽象转化为对物理现象的预测能力，而这本书却将我们引向了一个纯粹的数学构造的世界，仿佛计算流体力学仅仅是为了证明某些定理而存在。如果你需要的是一本教会你如何“计算”流体动力学，而不是仅仅“理解”其数学基础的书，你很可能会失望。

评分☆☆☆☆☆

ME420@Umich

评分☆☆☆☆☆

表达简洁，逻辑清晰。真是好书。完整看完了1，2，4，6，7。看了3，5，10其中感兴趣的部分。剩下的章节基本跳过了。解决了一部分疑惑，当然还存在很多问题。可以列入以后再读书单。

评分☆☆☆☆☆

深入浅出

评分☆☆☆☆☆

This is book is simply Classic! It is also the first book when I delved into CFD. Very impressive.

评分☆☆☆☆☆

CFD中级教材，国内有出版，全英文名字叫流体动力学中的计算方法。建议先用数值传热学作为入门，再看这本。