Environmental Fluid Mechanics pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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作者:Shen, Hayley H. (EDT)/ Cheng, A. H. D. (EDT)/ Wang, Keh-Han (EDT)/ Teng, Michelle H. (EDT)/ Liu, Cla

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價格:94

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isbn號碼:9780784406298

叢書系列:

圖書標籤:

• 環境流體力學
• 流體力學
• 環境科學
• 水動力學
• 大氣科學
• 汙染擴散
• 數值模擬
• 河流動力學
• 海洋動力學
• 水文模型

流體力學與環境科學的交匯：流體動力學在地球係統中的應用 圖書名稱：《環境流體動力學：從基礎理論到復雜係統的模擬與應用》 圖書簡介 本書深入探討瞭流體力學原理在解釋和預測自然界中各種環境現象中的核心作用。它不僅構建瞭堅實的理論基礎，更側重於將這些理論應用於大氣、海洋、水文以及地下水係統等復雜環境介質中的實際問題。全書內容詳實，結構嚴謹，旨在為環境工程師、地球科學傢、水文專傢以及相關領域的研究生提供一本全麵且實用的參考著作。 第一部分：流體動力學基礎與環境介質特性 本部分旨在為讀者打下堅實的物理學和數學基礎，為後續應用做鋪墊。 第一章：流體力學的基本概念與控製方程 詳細迴顧瞭流體力學的基本假設、流體的物質屬性（密度、粘度、可壓縮性）。核心內容是納維-斯托剋斯（Navier-Stokes）方程的推導及其在不同尺度和條件下的簡化形式（如雷諾數、傅汝德數等無量綱數的物理意義）。特彆強調瞭邊界條件和初始條件在環境問題中的重要性。 第二章：層流與湍流 深入分析瞭層流到湍流的過渡機製。湍流理論是環境流體力學中的核心難點，本章詳細介紹瞭湍流的統計特性、雷諾應力、湍流模型（如 $k-epsilon$ 模型、$k-omega$ 模型）在環境尺度上的適用性與局限性。通過分析湍流混閤過程，解釋瞭汙染物在河流、大氣中的快速擴散機理。 第三章：浮力和分層流體 環境流體係統（如海洋、湖泊、大氣邊界層）往往是密度分層的。本章重點闡述浮力的作用機製，包括布伊內斯卡（Brunt-Väisälä）頻率的計算及其在穩定度分析中的應用。詳細討論瞭密度流（如鹽水楔、濁流）的形成、傳播特性及其對水下基礎設施和生態係統的影響。 第二部分：大氣與氣象流體力學 本部分聚焦於大氣過程中的流體動力學現象，側重於天氣和氣候尺度的分析。 第四章：大氣運動與地轉平衡 探討瞭地球自轉對流體運動的影響，引入科裏奧利力和地轉風概念。分析瞭氣壓梯度力和科裏奧利力之間的平衡關係，解釋瞭氣鏇、反氣鏇等大尺度天氣係統的動力學基礎。 第五章：邊界層理論與大氣擴散 詳細描述瞭大氣邊界層（PBL）的結構與特徵，包括摩擦速度、速度剖麵。重點分析瞭風場對地錶物質輸送的影響。深入講解瞭大氣汙染物擴散模型（如高斯羽流模型、拉格朗日粒子模型）的物理基礎，並討論瞭地形和氣象條件（如逆溫層）對擴散結果的敏感性。 第六章：雲物理與降水過程的動力學 雖然主要涉及熱力學，但雲的形成、演化和降水是流體動力學驅動的。本章探討瞭空氣動力學在雲滴形成、上升氣流維持和降水粒子下落過程中的作用。涉及雲內湍流混閤對凝結效率的影響。 第三部分：水圈與水文流體力學 本部分轉嚮水體流動，涵蓋河流、湖泊、海岸帶和地下水係統。 第七章：河流動力學與泥沙輸運 分析瞭明渠流動理論，包括均勻流、非均勻流的求解方法。重點討論瞭河床形態與水流動力學的相互作用——泥沙輸運理論，包括輸沙力學、衝淤平衡分析。深入探討瞭洪水波的傳播與潰口動力學。 第八章：湖泊與水庫中的分層與環流 湖泊作為半封閉水體，其熱力學和動力學過程復雜。本章分析瞭風驅動的錶麵環流、內部波的産生與耗散、以及季節性溫躍層的形成與崩潰（如湖泊的“翻轉”現象）的流體力學機製。 第九章：海洋環流與海岸動力學 考察瞭全球海洋環流的驅動力（風應力、密度梯度）。重點研究瞭潮汐、海浪的傳播與破碎過程，特彆是波浪在淺水區的非綫性效應。對於海岸帶，詳細分析瞭沿岸流、裂流的形成及其對泥沙再分配的影響。 第十章：地下水流與多孔介質流 將流體力學原理擴展到多孔介質。詳細介紹達西定律的微觀基礎，以及層流在地下水流動中的錶現。討論瞭地下水汙染羽的運移模型，特彆是對流-彌散過程的耦閤分析，以及非飽和帶的流體運動。 第四部分：數值模擬與前沿應用 本部分側重於將理論轉化為可操作的預測工具，並探討現代研究的前沿領域。 第十一章：計算流體力學（CFD）在環境科學中的應用 概述瞭求解環境流體問題的數值方法，包括有限差分法、有限體積法和有限元法。重點介紹瞭網格生成、時間步長選擇以及邊界條件處理。通過具體的案例（如城市峽榖風場模擬、汙染物擴散預測），展示瞭CFD工具包（如OpenFOAM, Fluent）的應用流程和結果驗證。 第十二章：多相流與環境界麵過程 環境問題常涉及氣-液、液-液、氣-固等多相流。本章研究瞭氣泡、油滴在水體中的運動規律，界麵傳輸現象（如氣體交換、揮發作用）的流體力學控製。討論瞭汙染物在土壤-水-空氣界麵上的遷移轉化。 第十三章：環境流體力學的前沿課題 探討瞭當前研究熱點，包括：微小尺度下的環境流體（如毛細現象在土壤水分傳輸中的作用）、氣候變化背景下的極端天氣事件（如強對流風暴）的動力學建模、以及水-冰相互作用（如冰川動力學）中的流變學特性。 本書結構清晰，理論與應用並重，豐富的案例分析和詳盡的數學推導，確保讀者不僅理解“發生什麼”，更能掌握“為什麼發生”的底層物理機製。通過對這些復雜係統的深入剖析，讀者將獲得預測和管理環境流體現象的強大工具。

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這本書在處理復雜流體力學問題的數學模型方麵，展現瞭極高的學術深度和嚴謹性。它並沒有停留在錶麵介紹，而是紮實地深入到偏微分方程的求解和數值模擬的基礎。對於我這種需要處理大量計算流體力學（CFD）問題的研究人員來說，書中所提供的背景知識是至關重要的。它詳細闡述瞭如何將實際的物理約束條件轉化為可解的數學方程組，並且對不同數值方法的優缺點進行瞭批判性的討論。雖然有些章節的數學密度相當高，需要反復閱讀和對照，但這正是它價值所在——它為你搭建瞭一個堅實的理論框架，讓你有能力去理解和改進現有的數值算法。它不是一本速成手冊，而是一部需要沉下心來啃噬的學術巨著，每一頁都蘊含著深刻的物理洞察。

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我不得不說，這本書的排版和插圖設計水平達到瞭一個相當高的水準，這在專業技術書籍中是難能可貴的。打開書本，首先映入眼簾的就是那些清晰、直觀的圖錶和示意圖，它們極大地降低瞭理解復雜流場結構的難度。作者在描述自然界中流體運動現象時，仿佛擁有魔力，能讓讀者在腦海中構建齣三維的動態圖像。比如，當講解非牛頓流體在管道中的流動特性時，配有的彩色圖譜能立刻捕捉到不同剪切速率下流體行為的細微差彆。這種視覺化的呈現方式，遠比純文字描述來得更有效。而且，書中引用的實驗數據和案例都非常新穎，顯示齣作者緊跟學科前沿的努力。對於自學者而言，這種高質量的視覺輔助材料，是避免閱讀疲勞、保持學習熱情的關鍵。這本書的編排思路，充分體現瞭對讀者學習體驗的深切關懷。

评分☆☆☆☆☆

這本書的敘事風格非常獨特，它似乎在努力打破傳統教材的刻闆印象，融入瞭一種更具啓發性和哲學性的探討。作者在迴顧流體力學曆史發展脈絡時，著重強調瞭不同科學流派之間的思想碰撞，例如拉格朗日和歐拉觀點的演變，以及雷諾在實驗科學中的革命性貢獻。這種曆史的縱深感，使得讀者在學習技術細節的同時，也能體會到科學發現的艱辛與浪漫。它不僅僅教授“是什麼”和“怎麼做”，更試圖解釋“為什麼是這樣”，引導讀者去思考流體力學作為一門自然科學的本質屬性。閱讀過程中，時常會産生一種與一位飽學之士對話的感覺，這種人文學科的滋養，是很多純粹技術書籍所缺乏的。

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這本書簡直是物理學愛好者和工程師們的寶藏，讀完之後感覺對流體力學中那些看似抽象的概念有瞭全新的認識。作者在講解基礎原理時，總是能用非常生動的例子來闡釋復雜的現象，比如湍流的形成、汙染物在水體中的輸運等等。特彆是關於邊界層理論和汙染物擴散模型的討論，深入淺齣，讓人茅塞頓開。書中的數學推導雖然嚴謹，但作者巧妙地穿插瞭大量的工程實例，使得理論不再是孤立的公式集閤，而是解決實際問題的有力工具。我尤其欣賞它對實際案例的分析，比如河流泥沙的運動、大氣汙染物的擴散過程，這些都極大地增強瞭閱讀的趣味性和實用性。對於那些想在環境工程、水利工程領域深耕的人來說，這本書無疑是一本不可多得的參考書。它不僅僅是介紹理論，更像是在引導你思考如何將這些理論應用於真實世界中的復雜環境問題。

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我嘗試用這本書來指導我的一個關於近岸海域汙染物稀釋項目的初步設計，結果發現它在處理非均勻介質中的流動問題時，提供瞭非常實用的指導框架。尤其是在討論層流與湍流過渡區的特性時，書中的分析模型對於我們預測初期混閤效率至關重要。它不僅提供瞭經典的公式，還對公式適用的前提條件做瞭極其細緻的限定，這一點對於避免工程實踐中的“黑箱操作”具有決定性意義。此外，書中對模型簡化和尺度效應的討論也極具啓發性，幫助我清晰地界定瞭哪些變量可以忽略，哪些必須保留，從而優化瞭我的計算資源分配。總而言之，這本書的實用價值是無可置疑的，它成功地彌閤瞭象牙塔內的理論與現實工程需求之間的鴻溝。

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