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内容简介

　　《无网格粒子方法及其在水波问题中的应用》采用无网格粒子方法对水波问题进行模拟研究。该方法采用拉格朗日观点对整个流场的水粒子进行模拟，能够方便地模拟破碎波浪和运动物体问题，是目前快速发展的流体力学新方法。
　　《无网格粒子方法及其在水波问题中的应用》基于弱可压缩假设介绍了求解水波问题的重要控制方程。针对核近似方法的特点，对不同类型核近似方法的精度和特点进行系统分析。对一些数值技巧开展了系统分析，为求解水波问题的模拟提供了强有力的支持。另外还对一些水波问题的模拟开展了系统研究，包括经典的水波问题及一些大变形的非连续自由表面的水波问题，为更加复杂的水波问题应用提供了重要基础。
　　《无网格粒子方法及其在水波问题中的应用》是针对无网格粒子方法的初学者而编写，需要读者具备水动力学方法的基础知识，可作为高校教授无网格方法的教材，也可供初学者自学使用。

内页插图

目录

第1章 无网格粒子方法的基本概况
1．1 研究水波问题的几种数值方法
1．2 发展无网格粒子方法的前景
1．3 一些改进的无网格方法简介
本章小结
参考文献

第2章 核近似和改进方法的精度分析
2．1 核近似和粒子近似
2．2 核函数的形式
2．3 核近似的离散精度分析
2．4 高精度核近似方法的提出和精度分析
2．5 K_SPH核近似方法
本章小结
参考文献

第3章 SPH形式的流体力学控制方程
3．1 流体力学控制方程
3．2 SPH形式的流体力学控制方程
3．3 其他辅助方程
3．4 湍流模型和离散方法
本章小结
参考文献

第4章 数值解法关键技术
4．1 时间步进方法
4．2 初始时刻粒子布置的调整方法
4．3 固壁边界处理方法
4．4 运动边界处理方法
4．5 自由表面边界处理方法
4．6 周期性边界处理方法
4．7 运动物体的处理方法
4．8 提高粒子分布均匀程度的处理方法
4．9 动态粒子处理方法
本章小结
参考文献

第5章 无网格粒子方法在经典流体力学问题中的模拟
5．1 Poiseuille流动
5．2 Couette流动
5．3 驻波问题模拟
本章小结
参考文献

第6章 无网格粒子方法在水波问题中的应用
6．1 推板造波问题模拟
6．2 液舱晃荡问题模拟
本章小结
参考文献

第7章 无网格粒子方法在破碎波浪中的应用
7．1 溃坝流动数值模拟
7．2 涌浪发展全过程模拟
7．3 液舱大幅晃荡的模拟
7．4 孤立波与斜坡碰撞模拟
7．5 基于2D+t方法的高速船兴波问题模拟
7．6 部分三维模拟结果展示
本章小结
参考文献

附录A 动坐标下控制方程的转换关系
附录B 任意直线外点的垂线和垂足计算公式
附录C 二维弱可压缩SPH方法溃坝模拟Fortran程序

前言/序言

　　对于水波问题方面的研究，无网格粒子方法利用其无网格和拉格朗日特性，在一些经典流体力学方法无法解决的问题上，体现出良好的适应性，也促进了相关学科的发展，如破碎波浪、波浪雾化、大幅运动、多物体的耦合运动、流固耦合问题等。无网格粒子方法在水波问题应用方面存在计算量比较大的问题，计算精度还需要不断提高。随着计算条件的飞速发展，特别是CPU并行、GPU并行、CPU和GPU耦合技术的快速发展，为用无网格粒子方法解决实际工程问题提供了可能。随着研究无网格粒子方法的学者不断增多，研究领域不断扩展，一些改进的方法和可靠的数值技巧可以被很好地总结出来，方便大家交流和借鉴。
　　无网格粒子方法是一种快速发展的数值方法，目前也有几部优秀的著作，但是本书的重点是针对水波应用方面展开研究。本书尽量采用通俗易懂的语言，介绍无网格方法的发展、基本算法、状态方程和数值技巧。由于该方法还在快速发展，所以本书内容尽量覆盖近年来无网格方法研究的最新进展。
　　全书共分7章。第1章主要介绍无网格粒子方法发展的概况以及一些改进的无网格粒子方法。第2章主要介绍核近似方法及其一些改进方法，并对一些方法的精度进行分析。第3章主要针对水波问题模拟的特点，介绍无网格粒子形式的流体力学方程。第4章主要介绍无网格粒子方法的一些数值求解技巧。第5章主要采用SPH方法对经典的流体力学问题展开研究。第6章采用SPH方法对普通水波问题展开研究。第7章采用SPH方法对破碎波浪问题展开研究。
　　本书的部分研究内容得到了国家自然科学基金（51009034，51279041），总装预研基金（9140A14020712CB01158），中央高校基本科研业务费（HEUCD21202，HEUCF170104）等科研项目资助，在此深表感谢！感谢团队中金善勤博士、张宁波博士和郝红彬博士在相关领域做出的重要贡献。感谢团队中已经毕业和在读研究生为本书的出版付出的辛勤劳动！
　　由于无网格粒子方法的核心涉及多个学科，且该计算方法发展迅猛，书中内容难免有疏漏。另外，由于著者学识有限，书中难免出现不妥之处，恳请读者及同行专家批评指正。
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