多介質流體界麵問題的數值模擬 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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趙寜，王東紅 著

圖書標籤:

• 多介質流體
• 界麵追蹤
• 數值模擬
• 計算流體力學
• VOF法
• Level Set法
• 錶麵張力
• 相變
• 多相流
• 傳熱傳質

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030498403

版次：1

商品編碼：12056380

包裝：平裝

開本：32開

齣版時間：2016-10-01

用紙：膠版紙

頁數：324

正文語種：中文

內容簡介

　　《多介質流體界麵問題的數值模擬》詳細介紹作者趙寜、王東紅以及課題組成員多年來在流體力學多介質流動界麵問題的數值模擬方法的研究成果。對於多介質流動界麵問題的數值模擬，給齣一係列高精度、有效實用的方法，包括Lagrange方法及ALE方法、界麵捕捉方法和界麵追蹤方法，並進行大量的數值試驗；重點介紹交錯網格下的Lagrange高精度有限體積格式、格心型Lagrange高精度有限體積格式、守恒重映方法與ALE方法數值模擬、自適應ALE方法、Level-Set重新初始化新方法、多介質流動的高分辨γ-mode。

目錄

前言

第一部分 基礎知識
第1章 計算流體力學基礎
1.1 流體力學方程
1.1.1 基本的Navier-Stokes方程
1.1.2 狀態方程的一般形式
1.1.3 直角坐標係下的Navier-Stokes方程和Euler方程
1.1.4 任意Lagrange-Euler守恒方程
1.2 間斷條件、弱解以及熵條件
1.2.1 間斷條件
1.2.2 弱解以及熵條件
1.3 Riemann問題
參考文獻
……

好的，這是一份關於“多介質流體界麵問題的數值模擬”的圖書簡介，旨在全麵介紹該領域的核心內容、研究方法、挑戰與未來方嚮，同時避免提及您給齣的書名或與其直接相關的具體內容。 --- 流體動力學前沿：復雜界麵現象的計算建模與仿真 內容簡介 本書聚焦於現代流體力學領域中一個極具挑戰性且應用廣泛的分支——多相流體係統中的界麵動力學。隨著工程技術對流體行為理解的不斷深入，特彆是在涉及不同物態或不同化學性質流體共存的復雜係統中，如何精確捕捉和模擬這些界麵在動態過程中的演化，已成為理論研究和工程應用的關鍵瓶頸。本書係統性地梳理瞭描述和解析這類復雜界麵問題的理論基礎、先進的數值方法及其在實際工程中的應用，為研究人員和工程師提供瞭一套全麵的認知框架和實用工具。 理論基礎與模型構建 理解多介質流體界麵問題，首先需要紮實的理論基礎。本書深入探討瞭描述界麵行為的守恒律方程組，包括質量、動量和能量的連續性方程，以及在不同介質區域內這些方程的特定形式。重點分析瞭界麵處的控製條件，如界麵張力梯度驅動的Marangoni效應、界麵動量傳遞機製以及相變過程中的能量交換。 在模型構建方麵，本書詳細闡述瞭如何對界麵進行精確錶徵。不同於對均質流體的處理，界麵處理是此類問題的核心難點。我們區分並比較瞭界麵捕捉技術（如VOF方法、水平集方法）和界麵追蹤方法（如浸入邊界法），並討論瞭它們各自在處理劇烈變形、拓撲結構變化（如液滴破碎、射流形成）時的優勢與局限性。此外，對於涉及化學反應或電磁場耦閤的界麵問題，本書也提供瞭相應的耦閤模型構建指南。 數值方法的核心技術 現代高性能計算為解決復雜的界麵問題提供瞭強大的支撐。本書將大量的篇幅用於介紹當前主流的數值模擬技術。 1. 界麵重構與演化： 詳細解析瞭基於網格的方法（如VOF的界麵函數重構、水平集方法的符號距離函數演化）以及無網格方法（如SPH、DFM）在界麵模擬中的實現細節。特彆關注瞭如何保持界麵在長時間演化過程中的幾何精度和拓撲正確性，避免數值擴散對界麵精度的侵蝕。 2. 動量方程的求解： 針對流體間相互作用，本書闡述瞭如何有效求解動量方程，特彆是處理界麵處的壓力跳躍條件和粘性應力連續性。討論瞭針對不同尺度的流動現象（從微重力環境下的毛細驅動流到高雷諾數的湍流界麵混閤），適用的壓力泊鬆方程求解策略，如基於迭代法的預條件子技術。 3. 界麵張力與相變處理： 界麵張力是驅動許多界麵現象的根本力量。本書介紹瞭不同精度的界麵張力模型，包括基於梯度或麯率的計算方法，以及如何在數值格式中穩定地引入這些力項。對於涉及相變的界麵問題（如氣液相變、固液熔化/凝固），本書探討瞭相場方法（Phase Field Method）以及其與界麵動力學的耦閤，以統一處理界麵傳輸過程。 4. 湍流與界麵耦閤： 在高雷諾數流動中，湍流對界麵結構的影響至關重要。本書介紹瞭適用於界麵問題的湍流建模策略，如RANS、LES等，並著重分析瞭LES在捕捉界麵附近湍流脈動和剪切層結構方麵的優勢，以及如何準確地將湍流效應傳遞至界麵動力學方程中。 計算挑戰與誤差分析 本書不僅提供瞭方法，更深入剖析瞭在數值模擬過程中必須麵對的挑戰。這些挑戰包括：如何保證界麵兩側的數值解在高梯度區域的精度和穩定性；如何高效處理計算域內不同介質體積比隨時間的變化；以及如何平衡計算效率與物理準確性。書中提供瞭詳細的誤差分析框架，指導讀者評估數值格式（如空間離散格式、時間積分方案）對最終結果的影響，特彆關注瞭質量守恒和界麵能量守恒的校驗。 應用領域與未來展望 復雜界麵流動的數值模擬已滲透到國民經濟的多個重要領域。本書通過一係列案例研究，展示瞭這些技術在以下領域的強大威力： 航空航天： 燃料箱中的流體晃動、推進劑在微重力下的管理與轉移。 新能源技術： 燃料電池中的電解質膜內多相傳輸、鋰離子電池電極界麵的化學反應與形貌演變。 生物醫學工程： 血液流動中的細胞團聚與界麵剪切、微流控芯片中液滴的生成與輸運。 環境科學： 油水乳化物的分散與沉積、汙染物在地下水中的遷移。 展望未來，本書指齣多介質界麵模擬的發展趨勢將集中在提高模型的物理完備性（如納入更精細的化學動力學和微觀效應）、開發更高效的自適應網格技術以應對復雜幾何，以及結閤機器學習方法來加速特定模型的求解和參數優化。 讀者對象 本書適閤於流體力學、計算物理、化學工程、航空航天工程等相關專業的博士研究生、高級本科生，以及從事計算流體力學研究和應用開發的專業工程師。閱讀本書需要具備常微分方程、偏微分方程和流體力學基礎知識。 ---

評分☆☆☆☆☆

對於我這樣一個剛入門流體力學數值模擬領域的學生來說，《多介質流體界麵問題的數值模擬》這個名字聽起來既有挑戰性又充滿瞭吸引力。我的本科畢業設計課題就涉及到一些關於微尺度下液體在粗糙錶麵上鋪展的問題，當時查閱瞭很多文獻，發現這個領域的研究非常深入，涉及到的數學模型和數值算法也相當復雜。很多時候，我隻是理解瞭物理過程的錶象，但對其背後的數值實現原理卻感到茫然。所以，我非常渴望能夠找到一本能夠係統性地講解如何將這些復雜的物理模型轉化為計算機可執行程序的書籍。我希望這本書不僅僅是羅列公式和算法，更能深入淺齣地解釋這些算法是如何處理多介質界麵的特殊性，比如界麵的連續性條件、守恒律的離散化等等。尤其是在涉及自由界麵的情況下，如何追蹤和更新界麵位置，如何避免網格畸變，這些都是睏擾我的關鍵技術。如果書中能夠提供一些實際的算例，比如兩相流的界麵追蹤、液滴的破碎與閤並、或者錶麵活性劑對界麵行為的影響，並詳細展示其數值求解過程，那對我來說將是寶貴的學習資源。我也會關注書中是否對不同數值方法的適用範圍和計算效率進行瞭比較分析，這有助於我根據具體的工程問題選擇最閤適的算法。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對計算物理充滿熱情的科研人員，我對《多介質流體界麵問題的數值模擬》這本書充滿瞭好奇。在我的研究領域，例如顆粒材料的流動與團聚，或者軟物質（如膠體、聚閤物溶液）在不同環境下的自組裝行為，都離不開對介質界麵物理化學性質的深刻理解。以顆粒材料為例，當細小的顆粒在流體中懸浮、沉降或碰撞時，顆粒與顆粒之間、顆粒與流體之間都存在著復雜的界麵相互作用，這些相互作用不僅影響顆粒的運動軌跡，還會導緻顆粒的團聚或分散，進而影響材料的宏觀性質。而對於軟物質，其界麵行為更是其功能性的關鍵，比如液晶的相變、生物膜的形成，都與復雜的界麵動力學密切相關。因此，一本能夠提供係統性的數值模擬方法，來刻畫和預測這些界麵行為的書籍，對於我們深入理解其背後的微觀機製，設計和調控新型功能材料，具有不可替代的價值。我特彆關注書中是否能對不同尺度的模擬方法進行討論，比如從分子動力學到介觀模擬，再到連續介質模型，以及如何有效地連接這些不同尺度的模型，這對於解決復雜的多尺度問題至關重要。

評分☆☆☆☆☆

一本關於多介質流體界麵問題的數值模擬的書籍，光看書名就足以讓那些長期在流體力學、傳熱傳質、或者材料科學領域深耕的科研工作者眼前一亮。我所在的實驗室，就長期緻力於研發高性能的薄膜材料，而薄膜的製備過程，無論是氣相沉積還是液相塗布，都離不開對復雜多介質流體界麵的精確控製和理解。想象一下，在真空室內，原子團像雨點一樣落在基底上，形成一層薄薄的晶體，每一個原子團的軌跡、碰撞、附著，都受到氣流、溫度梯度以及等離子體電離等多種因素的影響，這些因素共同作用，塑造瞭最終薄膜的微觀結構和宏觀性能。又或者，在工業生産中，為瞭獲得均勻緻密的塗層，需要精確控製塗料在基底上的鋪展行為，這涉及到錶麵張力、粘度和基底潤濕性的協同作用，任何一個環節的偏差，都可能導緻最終産品的缺陷。因此，能夠提供一套可靠的數值模擬方法，來揭示這些復雜界麵行為背後的物理機製，對於我們突破現有技術瓶頸，開發齣更先進的材料，具有至關重要的意義。這本書的齣現，無疑為我們提供瞭一個強有力的理論和工具支撐。我們非常期待書中能夠詳細介紹各種數值方法，比如有限元法、有限差分法、或者更加前沿的格子玻爾茲曼方法，並闡述它們在處理錶麵張力、相變、界麵拖曳等復雜物理現象時的優勢與局限。同時，對於如何高效地構建和處理非結構化網格，如何處理不同介質之間的相互作用，以及如何保證模擬結果的穩定性和精度，這些也是我們在實際應用中常常遇到的難題，如果書中能夠提供詳實的解決方案，那就再好不過瞭。

評分☆☆☆☆☆

從應用工程的角度來看，一本關於多介質流體界麵問題的數值模擬的書，其價值在於能否為解決實際工程難題提供行之有效的工具和方法。在很多工業過程中，比如化工反應器中的多相混閤、油氣開采中的油水兩相流動、或者航空發動機中的燃燒過程，流體界麵的行為都直接影響著過程的效率和安全性。以煉油廠為例，原油在管道中的流動，常常涉及到原油、天然氣、水以及可能的固體顆粒等多相流體的混閤與分離，這些界麵之間的相互作用，會産生復雜的流動阻力，影響輸送效率，甚至引發垢下腐蝕等問題。而如果能通過精確的數值模擬，預測不同工況下這些界麵的形態和演化趨勢，我們就能優化管道設計、控製進料參數，從而提高生産效率，降低能耗。再比如，在海上油氣平颱的開發中，如何有效分離油水混閤物，降低含水量，是至關重要的環節。通過對油水界麵的數值模擬，我們可以深入理解重力、錶麵張力、以及動量交換在分離過程中的作用機製，從而設計齣更高效的分離器。因此，我期待這本書能夠提供一些與實際工業應用緊密相關的案例研究，並且所介紹的數值方法能夠具備一定的通用性和可擴展性，能夠適應不同尺度和不同復雜度的工程問題。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，我是一位比較“實用主義”的讀者，我購買一本技術書籍，最看重的是它能否直接解決我工作中遇到的實際問題，或者為我指明一個切實可行的解決方案。我目前的工作單位是一傢做水處理設備的工程公司，我們經常會遇到一些復雜的水流問題，比如膜分離過程中的汙染物在膜錶麵的吸附與傳輸，或者絮凝劑在水中混閤與沉澱的過程。在膜分離中，汙染物在膜錶麵的富集會導緻膜汙染，降低分離效率，而汙染物與膜錶麵的相互作用，本質上就是一種界麵現象，涉及到溶質在液膜中的擴散、界麵吸附的動力學以及化學反應等。如果我們能通過數值模擬，精確地描繪汙染物在膜錶麵的分布和演變過程，就能更好地設計膜材料和優化操作條件，延長膜的使用壽命。同樣，在絮凝過程中，小顆粒在水中如何聚集形成更大的絮體，也涉及到顆粒之間的界麵粘附力和流體的剪切力等復雜因素。因此，一本真正能夠提供可操作性強的數值模擬框架，並且有大量貼近實際工程的案例分析的書籍，對我來說是極具吸引力的。我希望能看到書中對於如何構建符閤工程實際的幾何模型，如何進行網格劃分，如何設置邊界條件，以及如何對模擬結果進行工程上的解讀和驗證等方麵的詳盡闡述。

評分☆☆☆☆☆

非常給力，活到老，學到老！

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好好好好好好好好好好好好

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內容很專業，送貨速度也很快。適閤具有一定流體力學基礎的人學習。