时代教育 国外高校教材精选：计算流体力学基础及其应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] 约翰D.安德森（JohnD.Anderso 著

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111193937

商品编码：10416698900

包装：平装

出版时间：2007-06-01

图书基本信息
图书名称	时代教育 国外高校教材精选：计算流体力学基础及其应用
作者	约翰D.安德森（JohnD.Anderson）；吴
定价	38.00元
出版社	机械工业出版社
ISBN	9787111193937
出版日期	2007-06-01
字数
页码	371
版次	1
装帧	平装
开本	16开
商品重量	0.558Kg

内容简介

《计算流体力学基础及其应用》是计算流体力学（CFD）方面的入门书。本书先介绍了计算流体力学的基础知识，然后通过四个精心挑选的例子介绍了计算流体力学中的重要方法和处理技巧。这些例子都有理论上的解析解，读者可以将cFD计算的结果与解析解进行对比，从而更深入地了解cFD的基本概念、思路、方法、用途和优缺点。在此基础上，本书的后一部分介绍了计算流体力学中的几个前沿问题。

作者简介

目录

译者序 原书序 第1部分 基本思想和基本方程 第1章 计算流体力学的基本原理 1.1 为什么要学习计算流体力学 1.2 作为研究工具的计算流体力学 1.3 作为设计工具的计算流体力学 1.4 计算流体力学的应用实例 1.4.1 汽车和发动机 1.4.2 工业制造 1.4.3 土木工程 1.4.4 环境工程 1.4.5 造船（潜水艇） 1.5 计算流体力学的研究范畴 1.6 学习本书的目的 第2章 流体力学的控制方程组 2.1 引言 2.2 流动模型 2.2.1 有限控制体 2.2.2 无穷小流体微团 2.2.3 注释 2.3 物质导数（运动流体微团的时间变化率） 2.4 速度散度及其物理意义 2.5 连续性方程 2.5.1 空间位置固定的有限控制体模型 2.5.2 随流体运动的有限控制体模型 2.5.3 空间位置固定的无穷小微团模型 2.5.4 随流体运动的无穷小微团模型 2.5.5 方程不同形式之间的转化 2.5.6 积分形式与微分形式的重要注释 2.6 动量方程 2.7 能量方程 2.8 流体力学控制方程的总 结与注释 2.8.1 粘性流动的纳维一斯托克斯（Navier-Stokes）方程 2.8.2 无粘流欧拉（Euler）方程 2.8.3 关于控制方程的注释 2.9 物理边界条件 2.10 适合CFD使用的控制方程 2.11 小结 习题 第3章 偏微分方程的数学性质对CFD的影响 3.1 引言 3.2 拟线性偏微分方程的分类 …… 第2部分 基本的数值方法 第4章 离散化的基本方法 第5章 网络生成与坐标变换 第6章 计算流体力学的基本方法 第3部分 计算流体力学的应用 第7章 拟一维喷管流动的数值解 第8章 二维声速流动的数值解——普朗特—迈耶稀疏波 第9章 不可压库埃特（Couette）流的数值解 第10章 流过平板的声速流动 第4部分 现代计算流体力学概述 第11章 现代计算流体力学中的某些高级问题 第12章 计算流体力学的未来 附录

编辑推荐

《计算流体力学基础及其应用》选择和编排内容的这种方式非常适合没有接触或者很少接触计算流体力学的读者。无论是各专业的学生，还是不同领域的科研和工程技术人员，本书都能够使读者从基本概念出发，一步一步地进入到计算流体力学的整个领域，掌握其中的概念、方法和应用技巧。 本书既可作为力学专业高年级本科生和非力学专业研究生教材，也可作为航空航天、动力工程、建筑、水利、环境等专业科研和工程技术人员的参考读物。

文摘

序言

《流体动力学：从宏观到微观的探索》 本书旨在深入剖析流体运动的基本原理，勾勒出其在自然界与工程领域中的广泛应用图景。我们将从宏观尺度下的连续介质假设出发，逐步深入到微观层面，揭示流体粒子的行为规律如何塑造宏观流动的特性。全书共分为十一章，内容循序渐进，理论与实践相结合，力求为读者构建一个全面而深入的流体动力学知识体系。 第一章：流体基本概念与连续介质假设 本章将首先界定“流体”这一概念，明确其与固体和气体的区别，重点阐述流体在宏观层面可视为连续介质的合理性及其适用范围。我们将介绍描述流体状态的关键参数，如密度、压力、温度和速度。流体运动的基本描述方式——拉格朗日描述和欧拉描述——将被引入，并通过简单的例子说明它们的异同。此外，我们将初步接触到流体动力学的几个基本守恒定律：质量守恒（连续性方程）和动量守恒（纳维-斯托克斯方程的前身）。本章的重点在于建立对流体基本属性和描述方法的直观理解，为后续更复杂的理论奠定基础。 第二章：流体的静力学 本章将聚焦于静止流体的性质及其受力规律。我们将深入探讨压力的概念，理解其在流体内部的传播方式，并推导出静止流体中压强随深度的变化关系（静水压力定律）。阿基米德原理将被详细讲解，并分析其在浮力计算中的应用。此外，本章还将研究容器中静止流体表面的形状，包括自由表面的形状以及曲面上的压强分布。我们还会讨论一些实际应用，如水坝设计中的压力计算，以及浮体稳定性的初步分析。 第三章：流体运动学 在掌握了流体的基本概念和静力学之后，本章将转向流体的运动学，即不考虑引起运动的力的作用，仅研究流体运动的几何性质。我们将详细介绍流速场、流线、迹线和尘埃轨迹等概念，并阐明它们之间的联系与区别。涡量和散度作为描述流体运动特性的重要工具，将被引入并进行深入分析。本章还将讨论流体运动的两种基本状态：层流和湍流，并介绍区分它们的判据，如雷诺数。此外，我们将初步探讨速度势流和无旋流的概念。 第四章：流体动力学基础方程 本章是流体动力学的核心，我们将推导并讲解描述流体运动的守恒方程组。基于牛顿第二定律，我们将推导出流体的动量守恒方程，即纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes equations），并分析其形式和意义。同时，我们还将复习和深入理解质量守恒方程（连续性方程）和能量守恒方程。本章的重点在于理解这些方程的物理含义，以及它们如何描述流体在各种力（如压力梯度、粘性力、重力等）作用下的运动。我们将讨论不同流体模型（如牛顿流体和非牛顿流体）下方程形式的差异。 第五章：伯努利方程及其应用 伯努利方程是流体动力学中最基本也是最重要的方程之一，它描述了理想流体在稳定流动中，其机械能沿流动方向的守恒关系。本章将详细推导伯努利方程，并分析其适用条件，如不可压缩、无粘性、稳定流动等。我们将探讨伯努利方程在解释各种流体现象中的作用，例如文丘里管效应、皮托管原理以及飞机机翼升力产生的初步解释。本章还将引入有限能量守恒的概念，扩展伯努利方程的应用范围。 第六章：粘性流的流动 本章将重点研究粘性流体的流动特性，这是实际流体运动中最普遍的情况。我们将深入探讨粘性力的作用机制，以及它如何引起流体内部的摩擦和能量耗散。我们将分析在粘性作用下，管道中的层流和湍流流动，介绍层流的泊肃叶流动（Poiseuille flow）以及管道流动的阻力计算。湍流的复杂性将被初步揭示，并介绍一些描述湍流平均行为的统计方法。此外，本章还将讨论边界层理论，阐述粘性效应在固体表面附近如何形成薄层，并对整体流动产生重要影响。 第七章：相似性原理与量纲分析 相似性原理是处理复杂流体流动问题的强大工具。本章将引入相似性原理，阐述几何相似、运动相似和动力相似的概念，并解释为何可以通过缩尺模型实验来研究实际工程问题。量纲分析方法，如π定理，将被详细介绍，用于推导流体流动中的无量纲参数，如雷诺数、弗劳德数、马赫数等。这些无量纲参数对于确定流动的相似准则以及简化问题至关重要。本章的目的是让读者掌握利用相似性原理和量纲分析来简化和预测流体流动行为的方法。 第八章：流动分离与空化现象 流动分离是流体动力学中一个重要的非定常现象，当流体沿着非流线型物体运动时，由于粘性效应，靠近表面的流体速度降低，当遇到压力梯度时，可能会发生流动方向的逆转，导致流体脱离物体表面。本章将深入分析流动分离的产生机理、影响因素以及后果，如阻力增加、升力减小等。空化现象则发生在液体中，当局部压强降低到蒸汽压以下时，液体会汽化形成气泡，这些气泡的破裂会对物体表面造成严重的损害。本章将介绍空化产生的条件、类型以及其在机械设备中的危害。 第九章：可压缩流体的基本概念 本章将引入可压缩流体的概念，即流体的密度会随压力和温度的变化而显著改变。我们将重点研究气体动力学，介绍马赫数作为区分亚声速、跨声速、超声速和高超声速流动的关键参数。压缩波、激波和稀疏波等概念将被详细阐述，并分析它们在可压缩流体中的传播和演化。本章还将介绍一些基本的二维可压缩流动的分析方法，为理解高速流动现象提供理论基础。 第十章：流体机械基础 本章将从流体动力学的角度，介绍几种常见的流体机械的工作原理及其设计基础。我们将重点分析离心泵、轴流泵、离心式压缩机以及透平机械（如涡轮）等设备。通过应用前面章节介绍的流体动力学原理，如动量守恒、能量守恒和相似性原理，来分析这些机械的性能参数，如流量、扬程、效率等。本章旨在将理论知识与工程实践相结合，让读者理解流体动力学在实际工程设备中的应用价值。 第十一章：数值方法在流体力学中的应用简介 随着计算能力的提升，数值方法已成为解决复杂流体流动问题的重要手段。本章将对计算流体力学（CFD）进行初步介绍，阐述其基本思想，即将连续的流体域离散化为有限个单元，并通过数值算法求解离散后的方程组。我们将简要介绍有限差分法、有限体积法和有限元法等数值离散技术。尽管不深入细节，本章将为读者提供一个了解CFD如何模拟和可视化流体流动现象的概览，为进一步学习相关领域打下基础。 全书力求在理论深度和实际应用之间取得平衡，通过清晰的逻辑结构、丰富的实例和适当的数学推导，帮助读者建立对流体力学坚实的理解。无论是对流体物理现象的好奇，还是对工程应用的需求，本书都将为您提供一个系统而有价值的学习路径。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容实在是太丰富了，我刚翻开第一页就被深深吸引住了。作者在开篇就对计算流体力学（CFD）的历史发展脉络进行了详尽的梳理，从早期的概念萌芽到现代的复杂算法，每一步都充满了智慧的闪光。我特别欣赏作者在介绍基本概念时所采用的类比方式，例如将流体运动类比于交通拥堵，将数值离散化比喻为用方格纸近似圆形，这些生动形象的比喻让我这个初学者也能迅速抓住核心思想，而不至于被枯燥的数学公式吓倒。书中对纳维-斯托克斯方程的推导过程也讲解得非常透彻，作者并没有仅仅给出最终的公式，而是详细阐述了每一步的物理意义和数学原理，让我对流体动力学的基本原理有了更深刻的理解。此外，作者还花了不少篇幅介绍了几种经典的数值求解方法，比如有限差分法、有限体积法和有限元法，并对它们的优缺点进行了比较分析。我尤其对有限体积法在处理守恒律方面的优势印象深刻，这对于CFD应用来说至关重要。整本书的编排逻辑清晰，循序渐进，让我能够在一个扎实的基础上，逐步深入到更复杂的理论和应用。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，一本好的教材不应该仅仅局限于理论知识的传授，更应该关注如何培养读者的工程实践能力。这本书在这方面做得非常出色。它不仅仅提供了丰富的理论内容，更通过大量的实际案例分析，将理论与实践紧密地结合起来。我特别喜欢书中关于如何进行CFD模型建立的详细指导，从几何建模、网格划分到边界条件设定，作者都给出了非常细致的步骤和建议。例如，在处理复杂几何形状时，作者分享了许多实用的技巧，例如如何优化网格质量以提高计算效率和精度，以及如何根据流动特性选择合适的网格类型（如结构化网格、非结构化网格）。此外，书中还详细讲解了CFD结果的后处理和可视化技术，包括如何有效地展示速度场、压力场、温度场等关键信息，以及如何从大量的仿真数据中提取有用的工程参数。我从中学习到了如何利用CFD工具来解决实际工程问题，例如评估不同设计方案的性能，优化工艺参数，以及预测潜在的故障风险。这本书就像一位经验丰富的工程师，手把手地教我如何利用CFD技术来解决现实世界中的挑战。

评分☆☆☆☆☆

这本书最大的价值在于它能够帮助读者建立起一套完整的CFD思维模式。它不仅仅是传授知识，更重要的是启发思考。作者在讲解每一个概念时，都会引导读者去思考其背后的物理意义，以及这些概念在实际工程问题中的应用。例如，在介绍守恒律时，作者会强调为什么CFD模型必须满足质量、动量和能量守恒，以及违反这些守恒律可能带来的后果。这种强调“为什么”和“如何应用”的教学方法，让我能够从更深层次上理解CFD的原理，并能够将这些原理灵活地应用于解决各种工程问题。我尤其欣赏作者在书中反复强调的“迭代思维”和“优化过程”，他指出CFD建模和计算是一个不断完善和优化的过程，需要不断地进行验证和修正。这本书为我提供了一个系统性的学习框架，让我能够更加自信和有条理地进行CFD相关的研究和工作。

评分☆☆☆☆☆

在阅读这本书的过程中，我深刻体会到作者在组织内容和呈现信息方面的独到之处。这本书并没有采用传统教科书那种枯燥乏味的论述方式，而是将复杂的CFD理论巧妙地融入到生动有趣的案例研究之中。作者在讲解每一个概念时，都会引用相关的工程应用实例，例如，在介绍层流和湍流的差异时，会用自来水龙头和河流的流动进行类比；在讲解边界层理论时，会结合飞机机翼表面的流动现象。这种“理论与实际相结合”的教学方法，不仅大大降低了学习的难度，更重要的是，它能够激发读者的学习兴趣，并帮助读者建立起宏观的认识。我尤其欣赏作者在书中多次强调的“物理建模”的重要性，他指出，CFD计算的准确性很大程度上取决于我们对物理过程的理解和建模的恰当性。这本书的讲解，让我从一个初学者，逐渐成长为一个能够独立思考和解决CFD相关问题的学习者。它不仅仅是一本书，更像是一扇窗，让我得以窥见CFD在工程领域广阔的应用前景。

评分☆☆☆☆☆

这本书在介绍CFD基础理论的同时，还非常注重对前沿研究方向的探讨，这对于我这样希望在CFD领域深入发展的学习者来说，是极其宝贵的。作者在书中对多相流、燃烧流、以及耦合问题（如流固耦合、流热耦合）的CFD模拟进行了详细的介绍，并阐述了这些复杂问题的难点和研究进展。我特别对书中关于如何处理相间作用力、界面追踪技术以及化学反应动力学模型的讲解印象深刻。此外，作者还讨论了如何利用CFD技术来研究天气预报、气候变化以及环境污染等宏观尺度的流动现象，这让我对CFD的未来应用充满了期待。书中对一些新兴的CFD技术，例如GPU加速计算、机器学习在CFD中的应用等也有所提及，这让我能够对CFD领域的发展趋势有一个初步的了解，并为我未来的进一步学习和研究指明了方向。

评分☆☆☆☆☆

这本书的另一大亮点在于其对CFD数值方法的深入剖析，这对于我理解CFD背后的数学原理至关重要。作者并没有满足于简单地介绍几种常见的数值方法，而是花费了相当的篇幅来解释这些方法是如何工作的，以及它们背后的数学基础。例如，在讲解有限差分法时，作者不仅给出了不同阶数的差分格式，还详细分析了截断误差和稳定性问题，并讨论了如何通过改变网格密度和离散格式来提高计算精度。对于有限体积法，作者从守恒性出发，详细阐述了如何通过对控制体进行积分来推导离散方程，并强调了通量计算在其中的关键作用。我特别欣赏作者关于数值稳定性分析的讲解，例如特征线分析和CFL条件，这让我对数值求解过程中的潜在问题有了更深刻的认识，并且学会了如何规避这些问题。此外，书中还对有限元法进行了较为详细的介绍，虽然篇幅相对较少，但足以让我了解其基本思想和在处理复杂几何形状和边界条件方面的优势。通过对这些数值方法的深入理解，我能够更加自信地进行CFD模拟，并且能够更好地判断和分析计算结果的可靠性。

评分☆☆☆☆☆

我一直对航空航天领域的流体力学问题很感兴趣，所以一直想找一本能够系统性地介绍CFD在这一领域应用的教材。这本书简直是为我量身定做的！书中专门辟出章节详细讲解了CFD在飞机气动设计、飞行器减阻、发动机性能优化等方面的应用案例。作者不仅介绍了具体的CFD模型和算法，更重要的是，他强调了如何将这些理论知识与实际工程问题相结合。我特别喜欢关于翼型绕流模拟的部分，作者详细阐述了如何根据翼型几何形状和来流条件，选择合适的网格划分策略和求解器，以及如何解释仿真结果中的升力、阻力、力矩等关键参数。书中还给出了大量的仿真截图和图表，直观地展示了流场的可视化效果，例如速度等值线、压力分布图、涡量图等等，这些都极大地增强了我的理解。更令人惊喜的是，作者还讨论了CFD在模拟高超声速流动、燃烧过程等复杂问题中的挑战与进展，这对于我未来在该领域的研究具有非常重要的指导意义。这本书不仅仅是一本技术手册，更像是一位经验丰富的导师，引领我探索CFD在航空航天领域的无限可能。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最大的惊喜在于它在处理非定常流动和湍流模型方面所展现出的深度和广度。很多教材在讲解CFD时，往往会集中于定常流的求解，对于如何准确地模拟随时间变化的流动现象以及如何有效地处理湍流这种复杂且普遍存在的现象，讲解得相对简略。然而，这本书在这两个方面都进行了详尽的阐述。作者首先清晰地介绍了不同类型的非定常求解方法，并解释了它们在处理瞬态现象时的不同优势和劣势，例如，在模拟周期性振荡或者瞬态冲击波传播等问题时，如何选择合适的时步长和求解算法。随后，本书重点深入探讨了各种湍流模型，从早期的雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）模型，如 Spalart-Allmaras、k-ε、k-ω 模型，到更先进的涡分辨模拟（LES）和直接数值模拟（DNS）。作者不仅详细推导了这些模型的控制方程，还深入分析了它们各自的物理假设、适用范围以及在不同工程问题中的表现。我尤其喜欢作者通过具体算例，例如管道内流动、大气边界层流动以及飞机起落架附近流场，来展示不同湍流模型预测结果的差异，这让我对这些模型的优缺点有了更直观的认识。这本书的讲解让我能够更好地理解和选择适合特定工程问题的湍流模型，从而提高CFD模拟的准确性和可靠性。

评分☆☆☆☆☆

对于我来说，学习CFD的另一个难点是如何掌握各种CFD软件的操作技巧。这本书在这方面也给予了我极大的帮助。虽然书中并未直接介绍某一款具体的CFD软件，但作者在讲解CFD方法和理论时，都紧密结合了软件应用中的实际需求。例如，在介绍网格生成时，作者详细阐述了不同类型网格的特点以及它们在特定几何形状和流动条件下的优劣，这为我理解和选择网格生成器提供了清晰的指导。在讲解数值离散化方法时，作者深入剖析了不同方法的数学原理，这使我在使用CFD软件时，能够更有针对性地选择和调整求解器参数。更重要的是，书中关于CFD模型验证与确认（V&V）的详细论述，让我明白了在软件应用中，如何通过与实验数据或解析解进行对比，来评估和修正计算结果的准确性。这本书为我打下了坚实的理论基础，让我能够更有效地学习和掌握各种CFD软件，并能够根据实际需求，灵活运用这些工具来解决工程问题。

评分☆☆☆☆☆

在学习计算流体力学过程中，我常常感到困惑的是如何将理论知识转化为实际的工程应用，尤其是在面对复杂几何形状和边界条件时。这本书在这方面做得非常出色。它不仅深入浅出地讲解了CFD的基本原理和数值方法，更重要的是，它提供了大量不同领域的实际应用案例，并且对这些案例进行了详细的分析。例如，在介绍化工过程模拟时，作者详细讲解了如何对反应器内的混合、传热、传质过程进行CFD模拟，并给出了不同操作参数对产品收率和能耗的影响。我还注意到书中对建筑工程中的通风和消防安全模拟也有专门的介绍，这让我意识到CFD的应用范围远比我之前想象的要广。作者在讲解这些案例时，并没有简单地罗列结果，而是深入剖析了模型建立、网格生成、边界条件设定、求解器选择以及结果后处理等关键步骤，并且强调了不同方法之间的权衡与选择。我特别欣赏作者在书中反复强调的“模型验证与确认（V&V）”的重要性，这对于保证CFD模拟结果的可靠性至关重要。通过这些案例学习，我不仅加深了对CFD理论的理解，更重要的是，我学会了如何将这些理论知识应用到实际工程问题中，为我未来的科研和工作打下了坚实的基础。

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