Vortex Dynamics (Cambridge Monographs on Mechanics) pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:Cambridge University Press

作者:P. G. Saffman

出品人:

頁數:325

译者:

出版時間:1993-01-29

價格:USD 79.95

裝幀:Hardcover

isbn號碼:9780521420587

叢書系列:

圖書標籤:

• Vortex dynamics
• Fluid dynamics
• Cambridge monographs on mechanics
• Applied mathematics
• Physics
• Engineering
• Turbulence
• Computational fluid dynamics
• Hydrodynamics
• Mathematical physics

深入流體力學與流體動力學的核心：一部涵蓋前沿理論與經典實踐的綜閤著作 本書旨在為研究生、研究人員以及專業工程師提供一個深入而全麵的視角，探索流體力學和流體動力學的核心原理及其在復雜係統中的應用。全書結構嚴謹，內容涵蓋瞭從基礎的連續介質理論到高度非綫性、多尺度問題的現代分析方法。 第一部分：連續介質的數學基礎與本構關係 本部分重點奠定分析流體行為的數學框架。我們將從經典的拉格朗日和歐拉描述齣發，詳細闡述速度場、應力張量和應變率張量之間的精確關係。 1. 運動學基礎與張量分析： 深入探討微分幾何在描述流場變形中的應用，包括綫速度、角速度、麯率的張量錶達。特彆關注物質導數（Material Derivative）的物理意義及其在非慣性係中的應用。 2. 納維-斯托剋斯方程的推導與形式： 對動量守恒（牛頓第二定律應用於流體微團）和質量守恒（連續性方程）進行詳盡的數學推導。討論在不同坐標係下（笛卡爾、柱坐標、球坐標）方程的具體形式，並分析粘性項的物理內涵。 3. 流體的本構關係： 詳細分析牛頓流體和非牛頓流體的本構方程。對於牛頓流體，重點闡釋等溫、等粘度假設下的動力粘度、體積粘度及其對流場的影響。對於非牛頓流體，將介紹剪切變稀、膨脹以及粘塑性流體模型（如 Bingham 塑性、Power Law 模型），並探討它們在聚閤物和生物流體中的實際應用。 4. 熱力學耦閤與能量方程： 引入能量守恒定律，推導適用於可壓縮流體的能量方程。詳細討論粘性耗散項的來源、熱傳導（傅裏葉定律）以及輻射對流體溫度場的影響。分析等熵流動和絕熱流動的條件。 第二部分：經典流動模式與簡化模型 本部分聚焦於在特定假設下，流體動力學方程的簡化形式及其在工程問題中的經典解法。 1. 無粘流理論：歐拉方程與伯努利原理： 闡述歐拉方程在零粘度假設下的簡化，並導齣流體力學中最著名的原理之一——伯努利方程。討論伯努利方程在等熵流動、不可壓縮流動中的應用邊界及其局限性。 2. 勢流理論： 針對無鏇、不可壓縮流動，引入速度勢函數和流函數。通過共形映射理論（如柯沃斯基-特雷夫茨變換）分析二維流場，包括源、匯、偶極子和環量的疊加，應用於機翼和流道設計的基礎分析。 3. 粘性邊界層理論： 這是理解流體與固體錶麵相互作用的關鍵。深入講解普朗特邊界層方程的推導，分析邊界層內的速度剖麵（如 Blasius 解）。討論湍流邊界層的特性，包括層流到湍流的過渡以及對數律速度剖麵。 4. 薄翼理論與升力産生： 結閤邊界層概念，介紹二維薄翼理論（如卡門-西奧多沙夫斯基方法），用於計算翼型的升力係數和阻力係數，為空氣動力學設計提供定量工具。 5. 可壓縮流動的基本概念： 引入馬赫數、聲速和等熵關係。詳細分析漸近擴張和收縮流動的特性，以及激波（Shock Waves）的形成條件和結構（如雷諾-希奧夫關係）。 第三部分：湍流與統計描述 湍流是流體力學中最具挑戰性的課題之一。本部分將側重於描述和建模高度無序、高度非綫性的湍流現象。 1. 湍流的統計特性： 引入雷諾平均納維-斯托剋斯（RANS）方程。詳細討論流場脈動（Fluctuations）、平均速度、湍流強度、各嚮異性張量以及協方差矩陣的物理意義。 2. 湍流模型： 係統介紹當前主流的湍流模型傢族，包括： 零方程模型： 如範德卡門厚度模型。 單方程模型： 如 Spalart-Allmaras 模型，重點討論 $kappa - omega$ 模型在處理壁麵附近流場時的優勢。 兩方程模型： 詳細分析 $k-epsilon$ 模型和 $k-omega$ 模型，討論它們在處理剪切流和壓力梯度流中的適用性與局限性。 3. 渦量動力學與渦鏇結構： 從渦度傳輸的角度分析湍流的能量級串。討論渦核的演化、渦絲（Vortex Filaments）的相互作用，以及與湍流輸運過程的內在聯係。 第四部分：高級主題與現代計算方法概述 本部分探討一些跨學科的前沿領域，並為讀者介紹解決復雜問題的現代數值工具。 1. 多相流與界麵現象： 介紹氣-液、液-液界麵動力學。討論錶麵張力（毛細現象）對手流場的影響，以及界麵演化方程（如 Level Set 方法和相場方法）的基本思想。 2. 微尺度流動與稀疏氣體動力學： 探討當流體特徵長度與分子平均自由程相當或更小時的流動，如微通道中的流動。引入玻爾茲曼方程，並簡要介紹氣體動力學（DSMC）方法在解決稀疏流問題中的應用。 3. 穩定性與轉捩： 分析流場從層流嚮湍流轉變的內在機製。介紹綫性穩定性理論，包括特徵值問題、莫林轉換（Orr-Sommerfeld 方程）以及非綫性演化（如非綫性薛定諤方程）。 4. 計算流體力學（CFD）概覽： 簡要介紹數值求解納維-斯托剋斯方程的主要方法，包括有限差分法、有限體積法和有限元法。討論網格生成的重要性、時間離散化策略（如隱式/顯式格式）以及收斂性、穩定性和離散誤差的評估。 5. 幾何效應與非綫性反饋： 討論流體流動中幾何約束（如狹窄通道、彎麯管道）如何通過邊界條件對整體流動結構産生顯著影響，以及如何利用反饋機製（如主動或被動控製）來調節流動分離和混閤效率。 全書通過大量的理論推導、物理圖像的闡釋和對經典實驗結果的引用，旨在培養讀者對流體行為的直覺理解，並具備分析和解決前沿流體力學問題的能力。本書的深度和廣度，確保瞭它對緻力於流體力學領域深入研究的學者具有不可替代的參考價值。

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