Computational Techniques for Complex Transport Phenomena

出版者:Cambridge University Press

作者:Wei Shyy

页数:336

出版时间:2005-11-24

价格:USD 84.99

装帧:Paperback

isbn号码:9780521023603

具体描述

Complex fluid flows are encountered widely in nature, in living beings and in engineering practice. These flows often involve both geometric and dynamic complexity and present problems that are difficult to analyse because of their wide range of length and time scales, as well as their geometric configuration. This book describes some newly developed computational techniques and modelling strategies for analysing and predicting complex transport phenomena. It summarizes advances in the context of a pressure-based algorithm. Among methods discussed are discretization schemes for treating convection and pressure, parallel computing, multigrid methods, and composite, multiblock techniques. With respect to physical modelling, the book addresses issues of turbulence closure and multiscale, multiphase transport from an engineering viewpoint. Both fundamental and practical issues are considered, along with the relative merits of competing approaches. The final chapter is devoted to practical applications that illustrate the advantages of various numerical and physical tools. Numerous examples are given throughout the text. Mechanical, aerospace, chemical and materials engineers can use the techniques presented in this book to tackle important, practical problems more effectively.

用户评价

这本书是一份令人惊叹的成果，它为我们这些在材料科学领域研究微观结构演变和输运现象的学者们打开了一扇新的大门。《计算技术在复杂输运现象中的应用》以一种极其精妙的方式，将宏观连续介质理论与微观离散方法巧妙地融合在一起。在材料的相变、晶界迁移、缺陷扩散等问题的模拟中，书中对相场模型、Cahn-Hilliard方程以及Lattice Boltzmann方法等技术的讲解，都极其深入和细致。我特别欣赏书中对多尺度建模的探讨，例如如何将介观尺度的相场模拟结果与宏观尺度的有限元分析相结合，以实现对复杂材料行为的全面预测。书中还对计算材料学中常用的各种算法，例如动力学蒙特卡洛（Kinetic Monte Carlo, KMC）和原子尺度模拟（例如DFT）的原理、应用和局限性进行了详细的阐述。我尤其喜欢作者在讲解这些方法时，总是能够清晰地勾勒出其物理背景和数学基础，让我能够深刻理解这些方法的内在逻辑。书中通过大量的案例，展示了这些计算技术在材料设计和性能预测中的巨大作用，例如对新型合金的性能预测、对陶瓷材料的断裂行为分析，以及对聚合物的蠕变行为模拟。作者在书中对数据科学和机器学习在计算材料学中的应用也进行了探讨，例如如何利用机器学习来加速材料结构的搜索，以及如何利用深度学习来预测材料的性能。这本书的结构清晰，逻辑严谨，从最基础的概念到最前沿的技术，都涵盖得恰到好处，是一部能够极大地推动材料科学研究的里程碑式著作。

这本书的出版，无疑为我们这些长期在流体仿真领域摸爬滚打的研究人员提供了一个极为详尽且深刻的指导。尤其是在处理那些非线性、多尺度、以及多物理场耦合的复杂输运问题时，《计算技术在复杂输运现象中的应用》这本书就显得尤为珍贵。作者以一种非常系统化的方式，从基础的守恒律方程出发，逐步引申到各种复杂的边界条件、源项以及耦合机制。对于湍流建模，书中对RANS（雷诺平均纳维-斯托克斯）模型、LES（大涡模拟）以及DNS（直接数值模拟）的原理、优缺点以及适用范围进行了深入的剖析，并结合了最新的计算技术进展。我尤其欣赏的是，书中并没有止步于理论层面，而是通过大量的数值算例，展示了这些模型在实际工程问题中的应用，例如飞机翼型的气动噪声预测、汽车的空气动力学优化等。这种理论与实践相结合的叙述方式，极大地降低了理解门槛，也让读者能够更直观地感受到计算方法的强大力量。此外，书中对离散化方法的选择与实现，诸如通量限制器、激波捕捉格式等，都进行了非常细致的讲解。对于处理激波、稀疏波等强间断问题，这些技术至关重要，而作者在这方面的阐述，无疑是极其富有启发性的。作者还对网格生成技术，包括自适应网格细化（AMR）以及非结构网格的构建，给予了充分的关注，这对于提高计算精度和效率至关重要。对于从事高性能计算的读者而言，书中关于并行计算策略的讨论，例如领域分解、消息传递接口（MPI）以及图形处理器（GPU）计算的介绍，更是锦上添花。这本书的结构清晰，逻辑严谨，从最基础的概念到最前沿的技术，都涵盖得恰到好处，是一部值得反复研读的经典之作。

当我拿到这本《计算技术在复杂输运现象中的应用》时，我并没有想到它会给我带来如此深刻的触动。它不仅仅是一本关于计算技术的书籍，更是一部关于如何理解和解决复杂科学问题的哲学指南。书中对于各种输运现象的描述，从热传导到质量扩散，从动量传递到能量传输，都充满了深刻的洞察力。作者在讲解数值方法时，不仅仅是罗列算法，而是深入探究了其背后的数学原理和物理内涵。例如，书中对有限差分方法的介绍，就让我领略到了它在简单几何体上的直观性和易用性。我尤其喜欢书中对复杂边界条件的处理，例如如何模拟具有任意形状的几何体，以及如何处理自由边界问题。作者在讲解这些模型时，总是能够提供非常清晰的推导过程和详实的算例，让我能够深刻理解这些方法的内在逻辑。书中通过大量的案例，展示了这些计算技术在解决实际工程问题中的巨大潜力，例如在建筑工程中的节能设计，在食品加工中的热处理优化，以及在石油化工中的反应器设计。作者还对计算方法的验证和不确定性量化进行了深入探讨，例如如何利用实验数据来验证模拟结果，以及如何量化模拟结果的误差。这本书的结构清晰，逻辑严谨，从最基础的概念到最前沿的技术，都涵盖得恰到好处，是一部能够极大地推动工程技术发展的里程碑式著作。

这本《计算技术在复杂输运现象中的应用》正如其名，深入探讨了在各种科学工程领域中无处不在的复杂输运现象，以及如何利用先进的计算技术来模拟、分析和理解这些现象。从流体力学中的湍流、多相流，到传热传质中的对流扩散、相变，再到材料科学中的微观结构演变，这本书提供了一个全面而深入的视角。它不仅仅是列举一堆算法，而是将数学模型、数值方法和物理过程紧密结合，让读者能够深刻理解计算的内在逻辑和物理意义。书中对有限元法、有限体积法、谱方法等经典数值方法的介绍，既有理论推导的严谨性，又不乏实际应用中的技巧和注意事项。尤其令我印象深刻的是，作者在讲解数值方法时，总是能清晰地勾勒出其背后的物理原理，例如如何通过离散化来近似微分方程，以及不同离散格式对精度和稳定性的影响。对于那些希望在复杂输运现象领域进行前沿研究的学者和工程师来说，这本书无疑是一本不可多得的宝贵财富。它不仅仅是工具书，更是一本能够启发思维、培养洞察力的思想指南。作者在书中的案例分析部分，更是将理论知识转化为实际应用，例如在航空航天领域的空气动力学模拟，在能源领域的反应堆安全分析，以及在生物医学领域的药物输运模拟。这些案例的设计都非常巧妙，能够充分展示计算技术在解决实际问题中的强大能力。此外，本书在讲解过程中，也注重了对计算效率和并行计算的讨论，这对于处理大规模、高精度的模拟至关重要。它鼓励读者思考如何在有限的计算资源下，最大化模拟的准确性和效率。整体而言，这本书的深度和广度都令人赞叹，它能够满足从初学者到资深专家的不同层次读者的需求，是一部里程碑式的著作。

这本书是一份令人惊叹的礼物，它为我们这些在能源科学领域研究复杂输运现象的研究人员提供了宝贵的指导。《计算技术在复杂输运现象中的应用》以其非凡的清晰度和深度，彻底改变了我对能源系统模拟的认知。它不仅仅是提供了一系列算法的堆砌，而是深入探究了支撑这些算法的物理原理和数学基础。例如，书中在讲解多相流模型时，不仅仅是给出了方程本身，更是深入阐述了它在油气开采、核反应堆安全以及二氧化碳捕集与封存等领域的关键作用。我特别喜欢书中对于燃烧模拟的探讨，例如如何利用化学动力学模型与流体动力学模型相结合，以实现对火焰传播、爆燃以及爆轰等过程的精确模拟。书中还对计算方法在新能源技术中的应用进行了深入探讨，例如如何利用数值模拟来优化太阳能电池的性能，以及如何利用计算流体力学来设计高效的风力涡轮机。作者在处理这些复杂问题时，非常注重将理论推导与实际应用相结合，通过生动的案例，展示了这些计算技术在解决实际工程问题中的强大潜力，例如在先进核反应堆的设计中，在化石燃料燃烧的污染控制中，以及在可再生能源系统的整合中。书中对计算效率和并行计算的讨论，也为处理大规模、高精度的模拟提供了指导。这是一部能够极大地推动能源科学研究发展的里程碑式著作。

对于任何一个致力于理解和模拟非平衡态物理过程的科研人员来说，这本书都是一份无可估量的馈赠。《计算技术在复杂输运现象中的应用》以其非凡的清晰度和深度，彻底改变了我对计算模拟工具的认知。它不仅仅是提供了一系列算法的堆砌，而是深入探究了支撑这些算法的物理原理和数学基础。例如，书中在讲解玻尔兹曼方程及其各种近似方法时，不仅仅是给出了方程本身，更是深入阐述了它在描述气体动力学、稀薄气体流动以及等离子体输运中的关键作用。我特别喜欢书中对于介观尺度输运现象的探讨，例如如何利用分子动力学模拟来研究纳米材料中的热电输运，以及如何利用蒙特卡洛方法来模拟稀薄气体在微通道中的流动。这些方法虽然计算量巨大，但却能够捕捉到经典连续介质模型无法描述的细微物理过程。作者在处理这些复杂问题时，非常注重将理论推导与实际应用相结合，通过生动的案例，展示了这些计算技术在解决实际工程问题中的强大潜力，例如在半导体制造中的离子注入模拟，以及在真空技术中的气体输运分析。书中对概率统计方法在模拟中的应用，例如重要性采样、马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）等，都进行了细致的讲解，这对于处理高维度的概率分布问题尤为重要。此外，作者还对计算不确定性量化（UQ）进行了深入探讨，这对于评估模拟结果的可靠性至关重要。他解释了如何通过敏感性分析、误差传播等方法，来量化模型参数和输入数据的不确定性对模拟结果的影响。这本书的深度和广度都令人印象深刻，它不仅能帮助读者掌握现有的计算工具，更能激发读者对未来计算方法的创新思考。

这本《计算技术在复杂输运现象中的应用》对于任何在生物医学工程领域从事相关研究的学者来说，都是一份无价的宝藏。它以一种令人着迷的方式，将复杂的生物物理过程与先进的计算技术相结合，为我们理解和解决诸如药物输运、血液流动、组织再生等问题提供了强大的工具。书中对流体动力学、传质扩散以及耦合模型的讲解，都极其深入且富有洞察力。我尤其欣赏书中对生物流体仿真的介绍，例如如何利用Navier-Stokes方程来模拟血管中的血流动力学，以及如何利用多孔介质模型来描述组织中的药物分布。作者在讲解这些模型时，不仅注重数学上的严谨性，更强调其物理意义和生物学上的合理性。书中通过大量的案例，展示了这些计算技术在解决实际生物医学问题中的巨大潜力，例如对动脉粥样硬化的风险评估、对肿瘤药物递送系统的设计，以及对心脏瓣膜疾病的诊断和治疗。作者还对计算方法在生物医学成像和分析中的应用进行了探讨，例如如何利用有限元方法来重建三维生物组织结构，以及如何利用机器学习来分析医学图像。这本书的结构清晰，逻辑严谨，从最基础的概念到最前沿的技术，都涵盖得恰到好处，是一部能够极大地推动生物医学工程领域发展的里程碑式著作。它不仅仅是技术手册，更是一本能够启发思维、培养洞察力的思想指南。

这本《计算技术在复杂输运现象中的应用》是一份为那些渴望深入理解和掌控复杂物理现象的研究者量身打造的指南。它以一种令人印象深刻的方式，将深奥的数学理论与前沿的计算技术巧妙地融合在一起。书中对从经典力学到量子力学，从连续介质到离散粒子等各种尺度和类型的输运现象的阐述，都极为详尽且富有洞察力。作者在讲解数值方法时，不仅仅是罗列算法，而是深入探究了其背后的物理原理和数学基础，从而帮助读者构建起牢固的理论框架。我尤其欣赏书中对如何处理复杂几何和边界条件的技术讨论，这对于模拟现实世界中的许多工程和科学问题至关重要。书中通过大量的精选案例，生动地展示了这些计算技术在解决诸如天气预报、材料失效分析、化学反应工程等实际问题中的强大能力。这些案例的设计都非常巧妙，能够充分展示计算技术在解决实际问题中的强大能力。此外，作者还对并行计算、网格自适应以及不确定性量化等高级计算策略进行了深入的介绍，这为读者提供了更高效、更可靠的模拟手段。这本书的结构清晰，逻辑严谨，从最基础的概念到最前沿的技术，都涵盖得恰到好处，是一部能够极大地推动科学研究和技术创新的里程碑式著作。

我一直对那些能够将看似毫不相关的学科领域联系起来的著作深感钦佩，而《计算技术在复杂输运现象中的应用》无疑是其中的佼佼者。它以一种极其独特的方式，将物理学、数学、计算机科学以及工程学紧密地结合在一起。书中对于各种复杂输运现象的描述，从宏观到微观，从经典到量子，都充满了深度和广度。作者在讲解数值方法时，不仅仅是列举算法，而是深入探究了其背后的数学原理和物理内涵。例如，书中对谱方法的介绍，就让我领略到了它在精度和效率上的巨大优势。我尤其喜欢书中对耦合问题的处理，例如如何将电磁学中的麦克斯韦方程与流体力学中的纳维-斯托克斯方程耦合在一起，以模拟等离子体输运。作者在讲解这些复杂模型时，总是能够提供非常清晰的推导过程和详实的算例，让我能够深刻理解这些方法的内在逻辑。书中通过大量的案例，展示了这些计算技术在解决实际工程问题中的巨大潜力，例如在天体物理学中的星体形成模拟，在核能工程中的反应堆热工水力分析，以及在环境科学中的大气污染物扩散模拟。作者还对计算方法的优化和加速进行了深入探讨，例如如何利用GPU计算来处理海量数据，以及如何利用机器学习来加速模拟过程。这本书的结构清晰，逻辑严谨，从最基础的概念到最前沿的技术，都涵盖得恰到好处，是一部能够极大地推动科学研究发展的里程碑式著作。

我一直认为，真正的学术著作，不仅在于其内容的深度，更在于其启发思考的能力。《计算技术在复杂输运现象中的应用》正是这样一部著作。它以一种极其深入浅出的方式，揭示了计算技术在理解和解决复杂输运问题中的核心作用。书中对于各种输运现象的描述，从宏观的连续介质模型到微观的粒子模拟，都充满了严谨的逻辑和精妙的论证。作者在讲解数值方法时，不仅仅是提供一个工具，而是引导读者去理解算法背后的物理原理和数学基础。例如，书中对有限体积法的介绍，就让我深刻理解了其在守恒律方程离散化方面的优势。我尤其喜欢书中对耦合问题的处理，例如如何将热传导与流体流动耦合，以及如何将质量扩散与化学反应耦合。作者在讲解这些模型时，总是能够提供非常清晰的推导过程和详实的算例，让我能够深刻理解这些方法的内在逻辑。书中通过大量的案例，展示了这些计算技术在解决实际工程问题中的巨大潜力，例如在冶金工业中的熔炼过程模拟，在制药工业中的结晶过程控制，以及在环境工程中的污染物迁移模拟。作者还对计算方法的精度和稳定性进行了深入探讨，例如如何选择合适的离散格式，以及如何进行误差分析。这是一部能够极大地推动工程技术创新和发展的里程碑式著作。