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内容简介

　　本书系统介绍流体机械内流理论、计算方法及应用，内容包括：张量的基本概念及运算，流体机械内部全三维、准三维、二维流动理论，计算流体力学的数值方法，流体机械内部三维可压缩黏性流动的数值方法及其应用。

目录

前言常用符号表第1章绪论11.1流体机械内流的特点11.2流体机械内流的研究方法31.3流体机械内流理论的发展41.4流体机械内流计算的作用51.5本书内容介绍6参考文献7第2章张量的基本概念及运算92.1张量的定义92.2流体力学中常用的张量102.3笛卡儿张量分析102.3.1坐标基矢量102.3.2矢量的代数运算112.3.3矢量的微分运算122.3.4二阶张量举例132.3.5二阶张量的代数运算192.3.6二阶张量的微分运算192.4圆柱坐标系下的张量分析202.4.1圆柱坐标系的基本要素202.4.2圆柱坐标系下的张量运算21习题25参考文献26第3章流体机械内部三维流动的基本方程273.1绝对流动283.1.1连续性方程283.1.2动量方程293.1.3能量方程303.1.4状态方程313.1.5理想流动的控制方程组313.2相对流动323.2.1绝对流动与相对流动的关系333.2.2相对流动的控制方程组383.2.3理想相对流动的控制方程组383.3笛卡儿坐标系下的相对流动控制方程组393.4圆柱坐标系下的相对流动控制方程组403.5定解条件413.5.1初始条件413.5.2边界条件423.6模型方程及性质43习题46参考文献47目录流体机械内流理论与计算第4章流体机械内部准三维流动理论484.1两类流面理论简介484.2速度梯度方程504.3S1回转流面正问题524.3.1回转流面上的速度梯度方程524.3.2回转流面上的快速分析法534.3.3回转流面上的质量守恒方程544.4周向平均S2m流面反问题554.4.1子午面上的速度梯度方程554.4.2子午面上的质量守恒方程564.5离心叶轮叶片的准三维设计算例574.5.1叶轮主要设计参数574.5.2计算过程574.5.3环量分布对叶片型线及气动载荷的影响60习题64参考文献64第5章平面叶栅二维流动理论665.1平面叶栅流动基本方程665.1.1平面叶栅模型665.1.2平面叶栅理想流动方程675.2一阶偏微分方程的特征理论685.2.1一维线性波动方程685.2.2一维非定常欧拉方程组695.2.3高维线性偏微分方程组725.3平面叶栅理想流动的特征分析735.3.1控制方程组的特征分析735.3.2边界上的特征分析765.4平面叶栅理想流动的定解条件及处理方式805.4.1边界条件805.4.2初始条件825.5三维黏性流动定解条件的讨论83习题84参考文献85第6章计算流体力学的数值方法866.1计算流体力学的发展简史866.2计算流体力学的基本过程886.3区域离散方法916.3.1网格的基本概念916.3.2贴体坐标网格的生成方法936.4有限差分法966.4.1泰勒级数展开式与有限差分966.4.2一维对流扩散方程的有限差分法976.4.3有限差分方程的数学特性996.5有限体积法1056.5.1有限体积法的基本步骤1056.5.2对流扩散方程的基本离散格式1076.5.3对流扩散方程的高阶离散格式1136.5.4高维对流扩散方程的离散格式1156.6非定常项的离散格式1166.6.1简单差分格式1166.6.2多步格式1166.6.3双重时间格式1186.7代数方程组求解方法1186.7.1TDMA方法1196.7.2PDMA方法1206.7.3ADI方法1216.7.4迭代方法1226.8对流扩散方程的编程算例122习题126参考文献128第7章时间推进法及其应用1297.1气动方程组1297.1.1绝对流动控制方程组的张量形式1297.1.2相对流动控制方程组的张量形式1307.1.3相对坐标系下的绝对流动方程的张量形式1307.1.4笛卡儿坐标系下的流动控制方程组1317.2Spalart�睞llmaras湍流模型1327.2.1湍流输运方程1337.2.2湍流黏度计算公式1337.2.3湍流生成项1337.2.4湍流破坏项1347.2.5考虑旋转和弯曲的改进模型1347.2.6模型常数1357.3定解条件1367.3.1初始条件1367.3.2边界条件1377.4数值方法1387.4.1二阶中心格式1387.4.2人工黏性1407.4.3显式时间推进1417.4.4加速收敛技巧1417.4.5收敛准则1457.5跨声速轴流压缩机转子内部三维可压缩湍流计算与分析1457.5.1NASA Rotor37简介1457.5.2计算程序及参数设置1467.5.3气动性能曲线1477.5.4流场分析148参考文献152第8章全速度压力修正法及其应用1558.1笛卡儿坐标系下的流动方程及定解条件1558.2非结构化网格上的全速度SIMPLE算法1568.2.1非结构化网格上的方程离散1568.2.2对流项的高阶离散格式1588.2.3代数方程组解法1598.2.4界面流速的动量插值法1598.2.5全速度SIMPLE算法1608.2.6计算流程1628.2.7全速度算例考核1638.3离心叶轮内部三维可压缩湍流计算与分析1648.3.1NASA LSCC简介1648.3.2计算程序及参数设置1648.3.3气动性能曲线1658.3.4流场分析165参考文献168

前言/序言

　　前言　　流体机械主要包括叶片式压缩机、鼓风机、通风机、泵、水轮机和风力机等以气体或液体为工作介质的旋转机械，广泛应用于石油化工、冶金电力、制冷空分、航空航天、能源动力等国民经济诸多支柱性行业。此外，流体机械还是航机燃机、西气东输、南水北调、深海开发等国家超大型工程中的核心设备。目前，工业流体机械正朝着大型化、高效化、高转速、宽工况方向发展，其先进设计理论、安全运行方法和流动控制技术几乎完全依赖于人们对流体机械内部流动的认识与研究水平，对流体机械内流理论与计算方面的专门人才有着长期稳定的市场需求。　　流体机械内流理论与计算是一门已有60多年发展历史且目前仍处于快速发展阶段的学科，如何把握教材内容的系统性、先进性和本科生的认知规律给本书编写提出了不小的挑战。作者在内容取舍、行笔构思、章节编排时注重形成如下特色：　　1)理论性与实践性的统一。阅读本书的读者应该具备流体机械原理和流体力学的专业基础知识，此外，本书涉及偏微分方程、张量分析和计算方法等数学知识。根据作者的教学经验，如果教学内容过分注重理论推导的严密性，而忽略必要的动手实践环节，可能会把学生带进“只见树木，不见森林”的误区；反之，如果对理论知识重视程度不够，盲目动手操作，不仅事倍功半，还可能得不到正确的计算结果。本书力求深入浅出，在进行必要的理论推导的同时，尽可能给出主要算法的实施步骤或流程图，同时针对书中的重点和难点还配备一些例题演算和课后练习，力争做到理论严密性与认知规律性的统一。　　2)系统性与先进性的统一。流体机械内流理论与计算覆盖面很广，作为一部本科生教材，既不可能也无必要囊括所有关于此方向的研究成果。作者在教材内容取舍方面，将主要篇幅用以介绍流体机械内流基本理论、流体机械内流计算主流方法上，同时，作为抛砖引玉，本书还专门安排两章内容介绍这些理论和方法在透平压缩机内流中的应用，为读者进一步学习本领域前沿知识奠定理论和实践基础。　　本书为高等院校能源与动力工程专业的高年级本科生教材，也可供相关专业的本科生、研究生和科技人员参考。全书由西安交通大学张楚华教授和琚亚平讲师编写，由上海理工大学戴韧教授主审。参加过本门课程学习的历届学生对书稿提出了很好的反馈意见，在此一并致谢。　　由于作者水平有限，书中肯定还存在缺点和不妥之处，我们殷切地期望专家、读者随时给予批评与指教。　　最后，谨将此书敬献给母校双甲子、我国流体机械及工程专业一甲子生日庆典！　　张楚华 于西安交通大学

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