结合数值方法的流体动力学

Paul A. Durbin,Iowa State University,USA

Gorazd Medic,Stanford University,USA

Fluid Dynamics with a

Computational Perspective

2007, 349pp.

Hardcover

ISBN 9780521850179

P.A. 杜宾等著

现代流体动力学的研究综合使用了传统的理论分析方法与数值计算两种新手段。近几十年来,随着数值算法与计算机技术的发展,使用数值计算求解NavierMStokeks方程已经很普遍。而且出现了很多商业CFD软件,很多人非常精通这些软件,但是由于缺乏对流体动力学理论的深刻理解而影响了软件效果的发挥。

本书就是结合这两种方法进行介绍,努力将流体力学基本理论与数值模拟对比讲解。前部分章节介绍了流体动力学的基本方程与定律,回顾了计算流体力学方法与发展;后边章节按照雷诺数的从小到大安排,从蠕动流到湍流;最后讨论了可压缩流体与分界面。书中虽然介绍了流体力学中重要的方程和结果,但是推导过程并没有详细列出,具体推导需要参考文中的参考文献。书中数值计算部分与理论分析部分交织进行。

本书分为8章。1.主要介绍了粘性流体的基础知识与方程,包括粘性、雷诺数等概念、NMS方程、层流、Bernoulli方程、非稳态流、涡流、湍流等;2.数值计算基础。介绍了网格的划分、方程离散、差分格式、求解、边界条件、残差、收敛、后处理与可视化等内容;3.蠕动流。包括绕球体Stokes流、阻力矩阵、相对运动阻力、阻力系数计算、流体动力润滑等;4.中等雷诺数流动。介绍了流动分离、涡旋、漩涡脱落、尾流、喷流、混合层等内容;5.高雷诺数流动和边界层。包括边界层的定义、近似方程、3维边界层、边界层分离与临界点、球体的高雷诺数流动、势流等内容;6.湍流。介绍了统计平均方法、湍性剪切流、涡流数值模拟、不稳定理论等内容;7.可压缩流动。介绍了热力学第一定律、状态方程、熵与不可逆性等热力学理论、马赫波、1维和准1维气体动力学,可压缩流动的计算;8.分界面。主要包括交界条件、表面张力、无粘自由表面等。

本书作者P.A.Durbin是爱荷华州立大学航空和航天工程专业教授;Martin C. Jischke教授,曾在斯坦福大学机械工程专业任教。主要研究湍流及转变,包括数值模型、理论模型与解析模型研究。他是AIAA和ASME会员、APS特别会员和ASME《流体工程杂志》副编辑,具有丰富的流体动力学教学经验。曾出版《湍流的统计理论与建模》,并发表多篇学术论文。

本书结构清晰,表述深入浅出,理论分析与数值模型交叉对比进行,有利于对数值模型的理解深度。该书既可以作为流体力学专业本科生或研究生的教科书,也可以作为相关领域研究人员的参考资料。

论立勇,博士生

(中国科学院理化技术研究所)

Lun liyong ,Doctoral Candidate

(Technical Institute of Physics and Chemistry,CAS)