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传热与流动问题的多尺度数值模拟：方法与应用（精装）


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传热与流动问题的多尺度数值模拟：方法与应用（精装）
  • 书号：9787030231130
    作者：陶文铨 等
  • 外文书名：
  • 装帧：精装
    开本：16开
  • 页数：948
    字数：1380000
    语种：中文
  • 出版社：科学出版社
    出版时间：2009-01
  • 所属分类：法学
  • 定价： ￥150.00元
    售价： ￥118.50元
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　　本书反映了近二十年来在传热与流动问题数值计算方面的研究进展。全书共14章，分为基础篇与应用篇两部分。在基础篇部分，分别就有限容积法的网格生成、对流项离散、边界条件处理与代数方程求解、压力与速度耦合算法、湍流与两相流数值模拟以及并行计算、无网格方法、正交分解方法等方面阐述了数值计算方法的主要进展，同时较详细地介绍了介观与微观方法（格子-玻尔兹曼方法、直接模拟蒙特卡罗法和分子动力学模拟）；在应用篇部分，分别从强化传热技术、换热器设计、新能源开发、高新技术、微细通道流动与传热以及纳米与多孔结构等六方面阐述了各类数值方法的应用。
　　本书各节所述内容大部分是书稿作者的研究或者实践应用的结果。全书有插图六百余幅，各种数值计算例子一百余个。本书特色在于反映了传热与流动问题、多尺度与跨尺度数值计算的最新进展。
　　本书可作为能源、动力、化工、航空、冶金等专业的研究生、博士生和相关科技工作者的参考用书。
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目录

  • 前言
    第一篇　基础篇
    第1章　网格生成技术
    1.1　三维结构化网格生成技术
    1.1.1　引言
    1.1.2　三维点控制的代数法结构化网格生成原理
    1.1.3　三维点控制代数法结构化网格生成原理的实现
    1.1.4　三维结构化网格生成技术应用举例
    1.1.5　结论
    1.2　圆柱坐标系中适体坐标的生成及其应用
    1.2.1　适体坐标简介
    1.2.2　有限容积法在圆柱轴对称适体坐标中的实施
    1.2.3　应用举例
    1.2.4　结论
    1.3　非结构化网格的生成及其上N-S方程的求解技术
    1.3.1　非结构化网格生成
    1.3.2　非结构化网格上的SIMPLE算法
    参考文献
    第2章　对流项离散格式的构造
    2.1　SCSD及SGSD格式
    2.1.1　引言
    2.1.2　SCSD格式
    2.1.3　SGSD格式
    2.1.4　SCSD格式与SGSD格式的比较
    2.1.5　SGSD格式在多重网格中的有效性和经济性
    2.1.6　小结
    2.2　有限容积法中格式构造的一般方法
    2.2.1　引言
    2.2.2　对流项高阶格式构造的统一公式
    2.2.3　对流项高精度绝对稳定格式的推导
    2.2.4　二阶精度差分格式求解特性的分析
    2.2.5　结论
    2.3　对称奇阶格式的构造
    2.3.1　传统的对流项“迎风”差分格式构造思想及离散格式的迁移性
    2.3.2　“对称”三阶精度格式的推导和求解特性分析
    2.3.3　“对称奇阶”格式构造理论的提出
    2.3.4　结论
    2.4　对流项离散格式有界性研究及有界性准则的改进
    2.4.1　研究现状
    2.4.2　GL-CBC的不足
    2.4.3　界面插值规则的更严格的限制条件
    2.4.4　基于上述讨论的新的CBC区域
    2.4.5　与现有的有界组合格式的比较
    2.4.6　GL-CBC与新CBC之间的数值比较
    2.4.7　小结
    2.5　对流项离散格式有界性条件的进一步完善
    2.5.1　引言
    2.5.2　通用对流有界性准则
    2.5.3　有界高精度差分格式的构建条件
    2.5.4　高分辨率组合格式中的一个问题及其改进措施
    2.5.5　结论
    参考文献
    第3章　压力和速度的耦合算法
    3.1　一种求解不可压缩流场的全隐算法——CLEAR算法
    3.1.1　引言
    3.1.2　CLEAR算法基本思想
    3.1.3　CLEAR算法的计算步骤
    3.1.4　第二松弛因子
    3.1.5　CLEAR算法和SIMPLER算法的比较
    3.1.6　数值比较条件
    3.1.7　数值比较算例
    3.1.8　结论
    3.2　一种高效稳定的分离式算法——IDEAL算法
    3.2.1　引言
    3.2.2　IDEAL算法的计算步骤
    3.2.3　算例比较条件和收敛标准
    3.2.4　数值比较算例
    3.2.5　结论
    3.3　曲线坐标系下同位网格中SIMPLE系列算法的发展
    3.3.1　引言
    3.3.2　控制方程及其离散
    3.3.3　算例考核
    3.3.4　改进算法的收敛性及健壮性
    3.3.5　结论
    3.4　SIMPLE系列算法中压力边界条件的处理
    3.4.1　引言
    3.4.2　SIMPLE方法中静压力边界条件的处理方法
    3.4.3　压力边界条件的程序实现
    3.4.4　小结
    参考文献
    第4章　边界条件的处理和代数方程的求解
    4.1　开口区域出口边界条件的处理
    4.1.1　引言
    4.1.2　出口存在回流时速度边界处理方法
    4.1.3　周期性边界条件
    4.1.4　结论
    4.2　孤岛问题的数值处理
    4.2.1　引言
    4.2.2　孤岛处理方法简介
    4.2.3　物理问题及数值方法
    4.2.4　数值结果与实验验证
    4.3　导热对流表面辐射耦合问题的数值处理
    4.3.1　辐射表面处于求解区域的内部
    4.3.2　固体辐射表面为求解区域的边界
    4.3.3　数值方法的实验验证例子
    4.4　迭代求解过程中拉格朗日初场插值方法的应用
    4.4.1　引言
    4.4.2　数值方法
    4.4.3　数值试验
    4.4.4　非结构化网格下初场插值方法的推广
    4.4.5　结论
    4.5　Krylov子空间法在SIMPLER算法中的应用研究
    4.5.1　引言
    4.5.2　Krylov子空间法在SIMPLER算法中的求解特性分析
    4.5.3　不同代数方程求解方法收敛速度比较及对算法健壮性的影响分析
    4.5.4　结论
    参考文献
    第5章　湍流与两相流的数值计算
    5.1　方形截面通道内湍流的大涡模拟
    5.1.1　引言
    5.1.2　物理问题及数学描述
    5.1.3　数值方法
    5.1.4　程序考核
    5.1.5　计算结果分析
    5.1.6　结论
    5.2　湍流的直接模拟
    5.2.1　引言
    5.2.2　控制方程
    5.2.3　数值方法
    5.2.4　结果分析与讨论
    5.2.5　小结
    5.3　旋转方形截面通道中湍流的直接模拟
    5.3.1　引言
    5.3.2　物理模型和数学模型
    5.3.3　数值计算方法
    5.3.4　控制方程的离散
    5.3.5　模型1的结果及分析
    5.3.6　模型2的结果及分析
    5.3.7　结论
    5.4　非牛顿减阻流动的湍流直接数值模拟
    5.4.1　引言
    5.4.2　控制方程及数值计算方法
    5.4.3　高精度紧致格式
    5.4.4　ENO格式和WENO格式
    5.4.5　数值算例及结果分析
    5.4.6　结论
    5.5　湍流可压缩分离流的数值研究
    5.5.1　引言
    5.5.2　控制方程和数值方法
    5.5.3　计算结果与讨论
    5.5.4　结论
    5.6　VOSET ——一种精确高效的界面捕捉方法
    5.6.1　引言
    5.6.2　求解流体体积函数
    5.6.3　Level Set函数的几何计算方法
    5.6.4　Level Set函数的应用
    5.6.5　预测两相流流场的控制方程与离散格式
    5.6.6　VOSET方法的求解步骤
    5.6.7　计算例题及分析比较
    5.6.8　结论
    参考文献
    第6章　连续介质场模拟计算方法的近代发展
    6.1　两种并行计算编程模式及其应用
    6.1.1　引言
    6.1.2　并行计算的相关要素及概念
    6.1.3　并行计算的实施及应用
    6.1.4　结论
    6.2　无网格方法及其在求解传热问题中的应用
    6.2.1　无网格方法简介
    6.2.2　用移动最小二乘构建近似函数
    6.2.3　配点型无网格Petrov-Galerkin方法及其在导热问题中的应用
    6.2.4　无网格Petrov-Galerkin方法在导热和对流-扩散问题中的应用
    6.2.5　小结
    6.3　最佳正交分解在流动与传热数值计算中的应用
    6.3.1　引言
    6.3.2　POD的实施过程
    6.3.3　低阶模型的构建
    6.3.4　算例
    参考文献
    第7章　介观与微观层次的数值模拟方法
    7.1　格子-玻尔兹曼方法简介
    7.1.1　引言
    7.1.2　格子-玻尔兹曼方法的热模型
    7.1.3　格子-玻尔兹曼方法多块网格处理
    7.1.4　格子-玻尔兹曼方法的应力场模拟
    7.1.5　格子-玻尔兹曼方法对微尺度电渗问题的模拟
    7.1.6　小结
    7.2　可压缩完全气体流动的格子-玻尔兹曼模型
    7.2.1　引言
    7.2.2　用于可压缩流动的耦合双分布函数格子-玻尔兹曼模型
    7.2.3　关于耦合的双分布函数小结
    7.3　可压缩格子-玻尔兹曼方法的应用
    7.3.1　激波管问题的模拟
    7.3.2　双马赫反射问题的模拟
    7.3.3　库埃特流的模拟
    7.3.4　小结
    7.4　熵格子-玻尔兹曼方法及其应用
    7.4.1　引言
    7.4.2　熵格子-玻尔兹曼方法框架的构建
    7.4.3　Ehrenfest粗粒化
    7.4.4　强制正定性方法
    7.4.5　熵函数
    7.4.6　优化策略
    7.4.7　数值实例
    7.4.8　小结
    7.5　直接模拟蒙特卡罗方法
    7.5.1　引言
    7.5.2　直接模拟蒙特卡罗方法简介
    7.5.3　DSMC方法中热流边界处理方法及实施
    7.5.4　子网格与非结构化网格在DSMC方法中的应用
    7.5.5　结论
    7.6　分子动力学模拟方法
    7.6.1　引言
    7.6.2　分子动力学模拟的实施
    7.6.3　对模拟结果的处理
    7.6.4　其他问题
    参考文献
    第8章　热流问题的多尺度耦合计算
    8.1　计算的高效、精确化与多尺度耦合
    8.2　热流过程多尺度问题的耦合模拟
    8.2.1　引言
    8.2.2　多尺度物理过程的建模
    8.2.3　求解多尺度问题的“分区建模-界面耦合”方法及实例
    8.2.4　求解多尺度问题的“统一方程整场求解”方法的实例
    8.2.5　热流过程的多尺度问题模拟的展望
    8.3　热流系统的多尺度问题的耦合模拟
    8.3.1　引言
    8.3.2　系统级数值分析
    8.3.3　印制板级数值分析
    8.3.4　元件级数值分析
    8.3.5　结论
    参考文献
    第二篇　应用篇
    第9章　强化传热技术的数值研究
    9.1　数值设计高效开缝翅片的原则
    9.1.1　引言
    9.1.2　物理模型
    9.1.3　数学建模
    9.1.4　结果与讨论
    9.1.5　结论
    9.2　X型开缝翅片传热与流动特性的数值预测
    9.2.1　引言
    9.2.2　计算区域的选取及其数学描述
    9.2.3　流动和传热的数值计算方法
    9.2.4　计算结果和场协同原理分析
    9.2.5　结论
    9.3　辐射状翅片及椭圆管翅片特性的数值模拟
    9.3.1　引言
    9.3.2　数学物理建模
    9.3.3　计算区域与边界条件
    9.3.4　方程求解
    9.3.5　结果分析与讨论
    9.3.6　结论
    9.4　纵向涡发生器强化翅片传热特性的数值预测
    9.4.1　引言
    9.4.2　计算模型及数值方法
    9.4.3　计算结果及分析
    9.4.4　结论
    9.5　钉泡翅片流动与传热的数值模拟
    9.5.1　引言
    9.5.2　非正交曲线坐标系中同位网格耦合传热问题计算方法
    9.5.3　钉泡翅片的数值模拟
    9.5.4　结论
    9.6　扭转椭圆管内气体流动与传热特性的数值预测
    9.6.1　引言
    9.6.2　物理模型
    9.6.3　计算模型与数值方法
    9.6.4　结果与讨论
    9.6.5　小结
    9.7　管内螺旋流动对流传热的数值模拟
    9.7.1　引言
    9.7.2　物理模型和数学模型
    9.7.3　离散方法和数值方法
    9.7.4　计算结果及分析
    9.7.5　结论
    9.8　泡沫金属传热特性的数值模拟
    9.8.1　引言
    9.8.2　研究现状
    9.8.3　物理问题
    9.8.4　计算区域及控制方程
    9.8.5　数值方法及程序验证
    9.8.6　结果及分析
    9.8.7　结论
    9.9　强化单相对流传热机制的数值分析
    9.9.1　引言
    9.9.2　场协同原理从抛物型流动推广到椭圆型的流动
    9.9.3　表征协同性优劣的指标
    9.9.4　场协同原理的数值验证
    9.9.5　速度与温度梯度垂直时流速对换热没有影响的实验验证
    9.9.6　场协同原理是强化单相对流换热的统一理论
    9.9.7　应用场协同原理指导强化传热表面的开发
    9.9.8　结论
    9.10　多孔砖最佳结构的数值设计
    9.10.1　物理问题和数学模型
    9.10.2　数值模拟方法
    9.10.3　结果分析
    9.10.4　结论
    参考文献
    第10章　数值方法在换热器设计优化和运行控制中的应用
    10.1　用数值方法设计管片式散热器
    10.1.1　引言
    10.1.2　用数值方法设计管片式散热器的流程
    10.1.3　数值方法准确性分析
    10.1.4　典型传热单元所能交换的热量φc的确
    10.1.5　管片式散热器的数值优化
    10.1.6　综合设计
    10.1.7　数值设计结果
    10.1.8　结论
    10.2　多级翅片管换热器的数值设计
    10.2.1　引言
    10.2.2　物理模型
    10.2.3　数学模型
    10.2.4　结果与讨论
    10.2.5　结论
    10.3　空调换热器流路布置的数值研究
    10.3.1　换热器流路布置问题的提出
    10.3.2　换热器流路布置研究的发展和现状
    10.3.3　数值计算方法
    10.3.4　程序的结构和考核
    10.3.5　换热器典型流路形式对比
    10.3.6　换热器流路的改进
    10.3.7　小管径空调换热器流路设计
    10.3.8　总结
    10.4　壳管式换热器的三维数值模拟
    10.4.1　引言
    10.4.2　数值研究方法
    10.4.3　管壳式换热器多孔介质模型介绍及应用
    10.4.4　商用软件与并行计算在管壳式换热器数值模拟中的应用
    10.4.5　总结
    10.5　圆管内CaSO4污垢的数值模拟
    10.5.1　引言
    10.5.2　基本守恒方程
    10.5.3　物理模型及网格划分
    10.5.4　污垢模型
    10.5.5　定解条件与计算结果
    10.5.6　结论
    10.6　数值方法在变频空调器特性研究中的应用
    10.6.1　引言
    10.6.2　数学模型
    10.6.3　数值模拟与系统仿真
    10.6.4　数值仿真结果的实验验证
    10.6.5　结论
    参考文献
    第11章　数值方法在新能源与清洁能源开发中的应用
    11.1　固体氧化物电解质燃料电池中的电流、温度、浓度诸场的联立解析
    11.1.1　引言
    11.1.2　固体氧化物电解质燃料电池的基本原理及数值求解的目标
    11.1.3　流体流动、传热、传质及电流传导的耦合数值模型
    11.1.4　一些计算结果及讨论
    11.1.5　小结
    11.2　质子交换膜燃料电池的数值模拟
    11.2.1　引言
    11.2.2　PEMFC的三维两相数学模型简介
    11.2.3　数值模拟方法
    11.2.4　数值模拟结果与分析
    11.2.5　结论
    11.3　现有质子交换膜燃料电池物理数学模型验证方法探讨
    11.3.1　引言
    11.3.2　模型描述
    11.3.3　计算方法
    11.3.4　模型验证分析
    11.3.5　结论
    11.4　太阳能制氢的数值模拟
    11.4.1　引言
    11.4.2　光电化学制氢
    11.4.3　热化学制氢
    11.4.4　电化学制氢
    11.4.5　结论
    11.5　辐射换热数值计算
    11.5.1　引言
    11.5.2　辐射传递方程
    11.5.3　辐射换热数学模型
    11.5.4　讨论
    参考文献
    第12章　高新技术中热流问题的数值计算
    12.1　脉管制冷机的数值模拟
    12.1.1　前言
    12.1.2　基本型脉管制冷机
    12.1.3　小孔型脉管制冷机
    12.1.4　结论
    12.2　热声对流的数值模拟
    12.2.1　研究背景
    12.2.2　数学模型及求解方法
    12.2.3　热声波数值模拟的虚假振荡现象
    12.2.4　半无限大空间内的热声波数值模拟
    12.2.5　热声波强化传热的数值模拟
    12.2.6　结论
    12.3　用于冷却技术的复杂通道内对流换热特性的研究
    12.3.1　引言
    12.3.2　前人工作回顾
    12.3.3　存在的问题
    12.3.4　楔形通道换热三维数值模拟
    12.3.5　扰流柱沿流向叉排布置的流动和换热
    12.3.6　束腰结构扰流柱对强化传热特性的影响
    12.3.7　断裂结构扰流柱的流动与换热数值模拟
    12.3.8　结论
    12.4　高压大推力液体火箭发动机流动与传热的数值模拟
    12.4.1　引言
    12.4.2　问题描述
    12.4.3　燃气的简化处理及热物性的计算
    12.4.4　数值方法
    12.4.5　计算结果分析
    12.4.6　结论
    12.5　核聚变包层内金属流体在强梯度磁场作用下流动的直接数值模拟
    12.5.1　引言
    12.5.2　守恒格式计算洛仑兹力
    12.5.3　强梯度磁场作用下的MHD流动分析
    12.5.4　结论
    12.6　室内空气污染物传播过程数值模拟研究
    12.6.1　引言
    12.6.2　房间几何模型和数学描述
    12.6.3　边界条件和源项处理
    12.6.4　计算结果与分析
    12.6.5　结论
    参考文献
    第13章　微细通道流动与传热的数值研究
    13.1　细通道电子器件冷却器的数值设计
    13.1.1　引言
    13.1.2　细通道模型设计
    13.1.3　控制方程与边界条件
    13.1.4　计算方法
    13.1.5　湍流计算结果
    13.1.6　层流计算结果
    13.2　微尺度非平衡态气体的格子-玻尔兹曼方法模拟
    13.2.1　引言
    13.2.2　微尺度非平衡态气体格子-玻尔兹曼方法求解模型
    13.2.3　微尺度非平衡态气体格子-玻尔兹曼方法的应用
    13.2.4　总结
    13.3　微通道电渗流数值模拟
    13.3.1　引言
    13.3.2　电渗流速度控制方程
    13.3.3　伴随焦耳热的三维电渗流的物理与数学模型
    13.3.4　数值解法
    13.3.5　数值模拟结果与分析
    13.3.6　总结
    13.4　微通道内气体流动传热特性的N-S方程及DSMC求解
    13.4.1　引言
    13.4.2　气体稀薄性与可压缩性的耦合作用
    13.4.3　突扩／缩微通道内的流动特性
    13.4.4　平直微通道传热特性
    13.4.5　结论
    13.5　微喷管中传热与流动的耦合跨尺度模拟
    13.5.1　引言
    13.5.2　计算方法
    13.5.3　程序验证
    13.5.4　FMMR模拟
    13.5.5　计算结果及分析
    13.5.6　结论
    13.6　计算微流体力学的应用
    13.6.1　引言
    13.6.2　计算工具
    13.6.3　微流体领域中使用CFD的几个例子
    13.6.4　结论
    参考文献
    第14章　纳米与多孔结构的物性预测及流动与换热模拟
    14.1　深过冷液态金属热物性的分子动力学计算
    14.1.1　引言
    14.1.2　嵌入原子模型
    14.1.3　熔点的模拟方法
    14.1.4　比热容的模拟方法
    14.1.5　自扩散系数的模拟方法
    14.1.6　黏度的模拟方法
    14.2　纳米流动与传热现象的分子动力学模拟
    14.2.1　引言
    14.2.2　纳米尺度圆柱绕流的MD模拟研究
    14.3　多孔介质中流场的多块网格格子-玻尔兹曼方法模拟
    14.3.1　引言
    14.3.2　多孔介质简介
    14.3.3　LBM应用于多孔介质研究回顾
    14.3.4　多孔介质的格子-玻尔兹曼模型
    14.3.5　多孔介质内部固体点边界条件的处理方法
    14.3.6　LBM网格技术的发展
    14.3.7　块结构化网格原理及实施步骤
    14.3.8　LBM块结构化网格程序考核
    14.3.9　二维流道填充多孔介质的流动模拟
    14.3.10　结论
    参考文献
    作者索引
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