计算流体力学：基础与应用（双语教学译注版） [Computational Fluid Dynamics：The Basics With Applications] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] 小约翰·D.安德森 著，李杰，许和勇，屈崑 译

图书标签:

• 计算流体力学
• CFD
• 流体力学
• 数值分析
• 双语教学
• 工程应用
• 传热
• 流体动力学
• 计算方法
• 物理学

出版社： 航空工业出版社

ISBN：9787516514719

版次：1

商品编码：12338693

包装：平装

外文名称：Computational Fluid Dynamics：The Basics With Applications

开本：16开

出版时间：2018-01-01

用纸：胶版纸

页数：547

正文语种：中文

内容简介

　　《计算流体力学：基础与应用（双语教学译注版）》共分为4个部分，涵盖了计算流体力学的基本思想和控制方程、基本数值方法、应用实例以及现代计算流体力学的初步讨论与展望。第一部分（第1～第3章）介绍计算流体力学的研究意义、控制方程的推导和数学特性。第二部分（第4～第6章）介绍数值离散、误差和稳定性分析、网格变换、计算格式、求解方法以及流场后处理方法。第三部分（第7～第10章）介绍几种应用实例，分别为拟一维喷管流动、二维超声速膨胀波流动、不可压缩库埃塔流动、超声速平板流动。第四部分（第11、第12章）介绍现代计算流体力学中的雅可比矩阵、隐式推进、迎风格式、高分辨率和高阶精度格式、通量限制器、多重网格以及未来展望。
　　《计算流体力学：基础与应用（双语教学译注版）》适用于计算流体力学的初学者，可作为力学、数学、工科相关专业院校的本科生或研究生教材，也可作为相关专业领域科研和工程技术人员的参考用书。

作者简介

　　小约翰·D.安德森，1937年10月1日出生于宾夕法尼亚州的兰卡斯特市，1959年以优异的成绩毕业于佛罗里达大学，获得航空工程学士学位。1959—1962年，他作为随军任务科学家在莱特·帕特森空军基地航空航天实验室工作。1962一1966年，他进入俄亥俄州立大学学习，并在美国国家自然科学基金会和NASA奖学金的资助下，攻读航空航天工程学博士学位。1966年，他加入美国海军军械实验室，任高超声速研究组的首席科学家。1973年他成为马里兰大学航空航天工程系系主任，并自1980年起在那里任教授，1982年获得该校“杰出学者／教师”称号。1986—1987年大学假期期间，安德森博士担任史密斯学会美国国家航空航天博物馆查尔斯·林德伯格（又译林白，Lindbergh，C.，1902—1974）馆的馆长。他作为该馆的空气动力学专业特别顾问，一直坚持每周去该馆一天，研究和撰写空气动力学史。在马里兰大学，他除了担任航空航天工程学教授外，还于1993年被聘为科学史和科学哲学委员会全职教员。
　　安德森博士出版了5本专著：美国学术出版社出版的《气体动力学激光器：导论》（1976年）；麦格劳一希尔（McGraw—Hill）公司出版的《飞行导论：工程和历史》（第三版）（1989年），《现代可压缩流：以历史的视角》（第二版）（1990年），《空气动力学基础》（第二版）（1991年），《高超声速和高温气体动力学》（1989年）。他发表了涉及辐射空气动力学、再入气动热力学、气动化学激光、计算流体力学、应用空气动力学、高超声速流和航空史等相关的论文100多篇。安德森博士被收入《美国名人录》。他是AIAA荣誉会员、伦敦英国皇家航空学会会员。他还是Tau Beta Pi荣誉学会、Sigma Tau荣誉学会、Phi Kappa Phi荣誉学会、Phi Eta Sigma荣誉学会，以及美国工程教育学会、科学史学会和技术史学会会员。他获得美国工程教育学会和AIAA联合颁发的John Leland Atwood航空航天工程教育奖。

目录

第一部分 基本思想和控制方程
第1章 计算流体力学的基本理论
1．1 计算流体力学：为什么？
1．2 作为研究工具的计算流体力学
1．3 作为设计工具的计算流体力学
1．4 计算流体力学的影响——其他案例
1．4．1 汽车和发动机领域的应用
1．4．2 工业制造领域的应用
1．4．3 土木工程领域的应用
1．4．4 环境工程领域的应用
1．4．5 造船（如潜水艇）领域的应用
1．5 计算流体力学：是什么？
1．6 本书的目的
第2章 流体力学的控制方程组：推导过程、物理含义和适合于CFD的表达形式“
2．1 引言
2．2 流动模型
2．2．1 有限控制体模型
2．2．2 无穷小流体微团模型
2．2．3 注释
2．3 物质导数（运动的流体微团的时间变化率）
2．4 速度散度及其物理含义
2．4．1 注释
2．5 连续性方程
2．5．1 空间位置固定的有限控制体模型
2．5．2 随流体运动的有限控制体模型
2．5．3 空间位置固定的无穷小微团模型
2．5．4 随流体运动的无穷小微团模型
2．5．5 不同形式方程之间的转化
2．5．6 方程积分形式与微分形式的重要注释
2．6 动量方程
2．7 能量方程
2．8 流体力学控制方程的总结和注释
2．8．1 黏性流动方程（纳维-斯托克斯方程）
2．8．2 无黏流方程（欧拉方程）
2．8．3 关于控制方程的注释
2．9 物理边界条件
2．10 适用于CFD的控制方程：对守恒型、激波装配法和激波捕捉法的注解
2．11 小结
习题
第3章 偏微分方程的数学性质：对计算流体力学的影响
3．1 引言
3．2 拟线性偏微分方程的分类
3．3 确定偏微分方程类型的一般方法：特征值法
3．4 不同类型偏微分方程的一般性质：对物理学和计算流体力学的影响
3．4．1 双曲型方程
3．4．2 抛物型方程
3．4．3 椭圆型方程
3．4．4 注释：超声速钝体问题回顾
3．5 适定性问题
3．6 小结
习题

第二部分 基本数值方法
第4章 离散化的基本方法
第5章 网格与相应变换
第6章 一些简单的CFD技术：入门

第三部分 应用实例
第7章 拟一维喷管流动的数值解
第8章 二维超声速流动的数值模拟：普朗特-迈耶膨胀波
第9章 不可压缩库埃特流动：采用隐式方法和压力修正方法求解
第10章 超声速平板流动：数值求解全纳维-斯托克斯方程

第四部分 其他专题
第11章 现代CFD中的某些高级问题
第12章 CFD的未来
附录A 三对角方程组的托马斯解法
参考文献
索引

计算流体力学：基础与应用（双语教学译注版） 本书旨在为读者提供计算流体力学（CFD）领域的全面入门，深入浅出地介绍其基本理论、核心算法和实际应用。本书以双语教学的视角编撰，并附有详尽的译注，旨在帮助不同语言背景的读者更清晰地理解复杂的概念。 核心内容聚焦： 第一部分：理论基础 流体力学基本原理回顾： 本部分将系统回顾经典流体力学中的关键概念，包括连续性方程、动量方程（Navier-Stokes方程）以及能量方程。我们将探讨这些方程的物理意义，以及它们在描述流体运动中的核心作用。此外，还将触及流体的基本性质，如粘度、密度和热容，并介绍几种重要的流动类型，如层流与湍流、不可压缩流与可压缩流等，为后续的数值方法奠定坚实的基础。 数值方法的数学基础： CFD的基石在于将连续的偏微分方程转化为离散的代数方程组。本书将详细介绍支撑这一转化的数学工具，包括有限差分法、有限体积法和有限元法。我们将深入讲解离散化技术的原理，如泰勒级数展开、通量守恒性以及单元积分等。对于每种方法，都会剖析其数学推导过程，并讨论它们各自的优缺点、适用范围以及在处理不同类型问题时的表现。 方程的离散化与求解： 本节将聚焦于如何将连续的流体力学方程转化为可执行的数值模型。我们将详细阐述如何对 Navier-Stokes 方程进行离散化处理，形成代数方程组。读者将学习到各种求解离散方程组的技术，包括直接法（如高斯消元法）和迭代法（如雅可比法、高斯-赛德尔法）。对于实际应用中常常遇到的非线性问题，还将介绍相关的线性化技术和迭代策略。 第二部分：CFD算法与实现 边界条件的处理： 在数值模拟中，准确地施加边界条件至关重要。本书将系统介绍不同类型的边界条件，例如速度入口、压力出口、壁面边界（无滑移、自由滑移）、对称边界以及周期性边界等。我们将详细讲解这些边界条件在数值离散方程组中的具体体现方式，以及如何确保边界条件的物理合理性和数值稳定性。 网格生成技术： 网格是 CFD 计算的载体，其质量直接影响模拟结果的准确性和效率。本书将介绍两种主要的网格生成方法：结构化网格和非结构化网格。读者将了解如何根据计算域的几何形状和流动特性选择和构建合适的网格，包括网格的划分、节点连接以及网格质量的评估。同时，还将探讨网格细化和自适应网格等高级技术。 求解器算法与收敛性： 本节将深入探讨 CFD 求解器的核心算法。我们将介绍常用的压力-速度耦合算法，如 SIMPLE 系列算法（SIMPLE, SIMPLER, SIMPLEC）以及 PISO 算法。这些算法在处理不可压缩流动的压力泊松方程时扮演着关键角色。此外，还将详细讲解数值计算的收敛性概念，以及如何通过残差分析、监控物理量变化等方法来判断计算是否收敛，并介绍提高收敛速度的策略。 第三部分：CFD的应用与进阶 湍流模型： 湍流是流体力学中最复杂、最普遍的现象之一。本书将介绍多种常用的湍流模型，包括雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）模型（如 Spalart-Allmaras, k-ε, k-ω 模型）和大涡模拟（LES）方法。我们将阐述不同模型的物理假设、适用范围以及它们在不同工程问题中的表现。读者将理解如何根据具体的工程需求选择合适的湍流模型。 多相流与传热传质： 除了单相流，许多工程问题涉及多相流动（如气液、气固、液液混合）以及伴随的传热传质过程。本书将介绍处理这些复杂情况的 CFD 方法，包括欧拉-欧拉模型、欧拉-拉格朗日模型等。对于传热传质，将涵盖热传导、对流和辐射等多种传热机制的数值模拟技术。 CFD软件介绍与案例分析： 为了让读者更好地将理论知识应用于实践，本书将介绍几款主流的 CFD 软件（例如，ANSYS Fluent, OpenFOAM 等）的基本使用方法和界面。通过一系列贴近实际的工程案例，包括航空航天、汽车工程、能源、环境等领域的应用，读者将有机会看到 CFD 如何解决现实世界中的复杂工程问题。这些案例将涵盖从几何建模、网格生成、物理模型设置到结果后处理的全过程。 译注特色： 本书的“译注版”特色体现在每个章节都配有详细的译注。这些译注旨在： 解释专业术语： 对原文中可能存在的、对于特定读者群（例如，初学者或非母语使用者）而言难以理解的专业术语、缩略语或特定用法进行清晰的解释和补充说明。 提供背景知识： 在介绍某些概念时，如果需要额外的背景知识才能更好地理解，译注将提供相关的补充信息、历史渊源或更广泛的联系。 对比与澄清： 对于某些可能存在不同理解或翻译歧义的表述，译注会提供对比说明，帮助读者更准确地把握原文的含义。 补充实用建议： 在介绍某些算法或技术时，译注可能包含一些实用的技巧、注意事项或经验性的建议，这些通常是教材正文中不会详细展开的内容。 语言风格的适应： 确保双语内容在逻辑和表述上保持一致性，同时照顾到不同语言读者的阅读习惯和理解能力。 通过本书，读者将不仅掌握计算流体力学坚实的理论基础和核心算法，更能理解如何将这些知识应用于解决实际工程挑战，并能熟练运用 CFD 工具进行模拟分析。本书期待成为所有致力于深入理解和应用计算流体力学的学习者和工程师的宝贵资源。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本《计算流体力学：基础与应用（双语教学译注版）》后，我最直观的感受是其翻译质量。作为一名长期从事科研工作的人员，我深知技术类书籍的翻译至关重要。低劣的翻译不仅会误导读者，更会严重影响学习效率。我期待这本书的中文译本能够精准、到位地传达英文原版的意思，并且能够对一些在中文学术界不常用的术语进行恰当的解释或注释。“译注版”这个词，让我对其翻译质量抱有很高的期望。我尤其关注书中对核心概念的翻译，例如“守恒方程”、“离散化”、“数值稳定性”、“湍流模型”等，希望译者能够给出符合中国读者习惯且准确无误的译法。此外，我希望译者能够在必要的时候，对英文原文中可能存在的歧义或者在中国读者看来难以理解的地方，进行详细的注释，提供额外的解释，甚至可以参考一些中文领域的经典教材或论文，来帮助读者更好地理解。一本优秀的译注版，应该不仅仅是语言的转换，更是一种知识的再加工和再传播，它能够帮助读者跨越语言障碍，更顺畅地掌握前沿知识。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书的时候，首先吸引我的是它厚实的质感，这通常意味着内容非常充实，不是那种浮光掠影式的介绍。翻开书页，纸张的触感很好，印刷清晰，排版也十分合理，阅读起来不会觉得拥挤或疲劳。我尤其欣赏它在学术书籍中难得的“故事性”叙述方式，虽然是技术性的内容，但作者似乎在努力构建一个循序渐进的学习路径，仿佛在引导读者一步步走进CFD的世界。他不仅仅是在罗列公式和理论，而是试图解释这些理论产生的背景，以及它们如何解决实际工程中的难题。我关注的重点在于，这本书是否能够真正地“从基础讲起”。很多CFD的入门书籍，往往会跳过一些关键的数学和物理基础，直接进入到数值方法。这对于缺乏相关背景的读者来说，无疑是巨大的障碍。我希望这本书能够从流体力学的基本方程（如纳维-斯托克斯方程）开始，系统地讲解其物理意义，然后逐步引入离散化方法，如有限差分、有限体积、有限元等。并且，我非常期待书中能够有大量的算例和实例分析，比如如何模拟翼型绕流、管道流动、传热传质等典型问题。这些实际的应用场景，能够帮助我更好地将书本上的理论知识与工程实践联系起来，理解CFD在解决实际问题中的强大能力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封皮设计相当简洁，但又不失专业感，那种深邃的蓝色背景配合白色的书名和作者信息，在书架上远远一看就能注意到，有一种沉静而又引人探究的气质。我当初选择它，很大程度上是被“双语教学译注版”这个副标题吸引了。作为一名在学术领域不断探索的科研人员，我深知掌握前沿知识的重要性，而跨语言的获取信息往往是学习过程中的一个重要瓶颈。很多时候，直接阅读英文原版能够最直接地理解作者的思想和意图，避免了翻译过程中可能出现的理解偏差或信息丢失。然而，对于一些复杂的概念，尤其是像计算流体力学这样涉及大量专业术语和抽象理论的领域，完全依赖英文原版又可能显得吃力，尤其是当你想要深入理解其背后的数学原理和物理意义时。这本书的“译注版”形式，恰恰提供了一个绝佳的解决方案。它意味着在保留英文原版精髓的同时，加入了中文的解释、注释和一些可能有助于中国读者理解的额外信息。这种“桥梁”式的设计，我个人认为是非常有价值的，它能够极大地降低学习门槛，让更多对CFD感兴趣的同行，无论其英文阅读能力处于何种水平，都能更顺畅地接触和学习这门重要的学科。我特别期待看到译者在注释中对那些晦涩难懂的公式推导、复杂的算法原理，或者是一些在不同学术体系中可能存在的术语差异，进行详细的阐释。这不仅能帮助我理解“是什么”，更能让我明白“为什么”和“如何做”，从而在我的研究中更灵活地运用CFD技术。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对CFD技术充满好奇的工科背景研究者，我一直在寻找一本能够“打通任督二脉”的书籍。我希望这本《计算流体力学：基础与应用（双语教学译注版）》能够成为这样一本里程碑式的读物。在我看来，一本优秀的CFD教材，首先需要具备清晰的逻辑结构，能够将复杂的概念层层剖析，由浅入深。我期待书中能够从流体动力学最基本的守恒方程讲起，例如质量守恒、动量守恒和能量守恒方程，并详细解释它们的物理含义和数学形式。接着，我希望能够看到对各种离散化方法的介绍，包括有限差分法、有限体积法和有限元法，并对它们的原理、特点、适用范围进行比较。在这些基础之上，我期望书中能够进一步深入探讨求解器技术，如迭代求解器的原理、并行计算在CFD中的应用、以及模型构建中的一些关键技术，如网格自适应、流固耦合、多相流等。这本书能否在“基础”和“应用”之间建立起坚实的桥梁，是我非常关注的。我希望它不仅能够让我理解CFD的“是什么”，更能让我明白“如何做”，并最终能够激发我去思考“还能如何做得更好”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的“双语教学译注版”定位，对我而言具有特殊的意义。我一直认为，在学习一个高度专业化的领域时，能够同时接触到原版和高质量的译本，是一种无与伦比的学习体验。原版能够让我最直接地感受到作者的思维方式和学术风格，而译注版则能够帮助我扫清语言障碍，并提供更深入的理解。我期望这本书的英文原版部分能够清晰、系统地介绍计算流体力学的基本原理和方法，例如从流体动力学的基本方程出发，详细讲解各种数值离散化技术，包括有限差分、有限体积、有限元方法，以及相关的求解算法和网格生成技术。而中文译注部分，我则希望它能够成为一个得力的助手，不仅是对英文内容的忠实翻译，更能提供一些“画龙点睛”式的注释。这些注释可能包括对复杂数学公式的推导过程进行补充说明，对关键概念的深入解读，对不同数值方法的比较分析，以及对一些在中文学术界更常见的术语进行对照介绍。通过这种双语对照的学习方式，我希望能够极大地提升我对CFD技术的理解深度和广度。

评分☆☆☆☆☆

这本书在内容深度和广度上的平衡是我非常看重的一点。我之前接触过一些CFD的书籍，有些过于侧重理论的严谨性，导致数学推导冗长，对于初学者来说难以消化；而有些则过于追求工程应用的便捷性，对底层算法的解释含糊不清，不利于深入理解和二次开发。我希望这本“计算流体力学：基础与应用”能够找到一个恰到好处的平衡点。它的“基础”部分，我期望能够清晰地阐述CFD的核心概念，包括流体动力学基本原理、数值方法的演变、网格生成技术、求解器的选择与实现等。而“应用”部分，则应该展示CFD在航空航天、汽车工程、能源、环境等多个领域的典型应用案例。我特别关注书中关于具体数值方法的讲解，比如有限体积法的通量求解、高阶格式的构建、湍流模型的选择与应用、以及多相流模拟的挑战等等。如果书中能够对这些算法的优缺点、适用范围以及在不同问题中的具体实现策略进行深入的探讨，那将对我非常有价值。此外，我还在期待书中关于数值稳定性、收敛性分析以及误差控制的讨论。这些是保证CFD仿真结果可靠性的关键，也是很多研究者在实际工作中面临的难题。

评分☆☆☆☆☆

一本优秀的计算流体力学教材，应该具备一个清晰的学习路径，能够引导读者从零基础逐步建立起对CFD的系统认识。我希望这本《计算流体力学：基础与应用（双语教学译注版）》能够遵循这样的原则。我期待它能够从最基础的流体动力学概念和物理定律讲起，例如流体的连续性方程、动量方程和能量方程，详细解释这些方程的物理意义，以及它们在描述流体运动中的作用。在此基础上，我期望书中能够循序渐进地介绍各种数值方法，从简单的有限差分法开始，逐步深入到更广泛应用的有限体积法和有限元法。对于每种方法，我希望书中能够详细讲解其基本原理、推导过程，以及在具体工程问题中的应用。此外，我非常关注书中关于“应用”的部分，希望能够看到一些实际的工程案例分析，例如如何模拟飞机表面的气流，如何优化汽车的空气动力学设计，如何分析管道内的流动等等。这些案例能够帮助我更好地理解CFD技术在解决实际问题中的价值，并学习如何将理论知识应用于实践。

评分☆☆☆☆☆

我是一个非常注重学习方法和学习体验的读者。一本好的技术书籍，不仅要有扎实的内容，还要有清晰的结构和引人入胜的叙述方式。这本书的“双语教学译注版”的定位，让我预感到它会采用一种更具引导性和互动性的教学模式。我希望能看到书中不仅有理论的阐述，还有大量的插图、图表和流程图，用以直观地解释复杂的概念。例如，在讲解网格生成时，我期望能够看到不同类型网格（结构网格、非结构网格、混合网格）的示意图，以及它们各自的优缺点。在介绍求解器时，最好能有算法流程图，帮助读者理解计算的迭代过程。另外，我非常期待书中能够提供一些源代码片段或者伪代码，哪怕是简单的示例，也能极大地帮助我理解算法的实现细节。如果书中还能提供一些推荐的学习资源，比如相关的开源CFD软件、学术论文、或者在线课程，那就更完美了。作为一名学习者，我希望能够通过这本书，建立起一个清晰的学习脉络，知道在掌握了基础理论之后，下一步应该往哪个方向深入，或者如何去查阅更专业的文献。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，理解一项技术，不仅要掌握其理论，更要了解其发展历程和面临的挑战。这本书的书名中包含“基础与应用”，这让我对它的内容充满了期待。在“基础”层面，我希望这本书能够系统地介绍CFD的核心算法和理论框架。例如，从描述流体运动的基本方程（Navier-Stokes方程）开始，解释其物理意义，然后逐步引入各种数值离散化的方法，如有限差分、有限体积和有限元方法，并对其原理、优缺点进行详细的阐述。我特别希望能看到书中对边界条件的处理、求解器类型的选择（显式与隐式）、以及网格生成技术（结构网格、非结构网格）的深入探讨。在“应用”层面，我期待这本书能够展示CFD在各个工程领域的广泛应用，例如航空航天、汽车工程、能源、生物医学等等。我希望书中能够通过具体的工程案例，来阐释CFD在解决实际问题中的强大能力，并详细介绍在这些案例中是如何选择和应用CFD方法的，包括前处理、计算设置、结果分析等方面。我希望这本书能够帮助我建立起CFD技术在理论与实践之间的桥梁，让我能够更好地理解并应用CFD技术来解决实际工程问题。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名“计算流体力学：基础与应用（双语教学译注版）”传递给我一种“实用主义”的信号，这正是我所追求的。我不是纯粹的理论研究者，我更关注如何将CFD技术应用到实际的工程问题中去，去解决那些令人头疼的实际挑战。因此，我非常期待书中能够有大量的实际案例分析，并且这些案例能够覆盖到我工作和研究领域。例如，在航空航天领域，模拟飞机翼型表面的气流分布，预测升力和阻力；在汽车工程领域，优化车身设计以降低风阻，提高燃油效率；在能源领域，模拟燃烧过程，提高能量转化效率；在环境领域，预测污染物扩散，评估环境影响等等。我希望书中不仅仅是展示最终的仿真结果，更重要的是能够深入剖析解决这些问题所采用的CFD方法，包括如何进行前处理（几何建模、网格划分）、如何选择合适的物理模型和数值方法、如何进行后处理（结果分析、可视化），以及在仿真过程中可能遇到的难点和解决方案。如果书中还能提到一些在工业界常用的CFD软件（如ANSYS Fluent, OpenFOAM等）在处理这些问题时的特点和应用，那就更具参考价值了。