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98千字 字数
2025-07-01 发行日期
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主编推荐语

一本书带你轻松解锁流体力学。

内容简介

计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）是一门交叉学科，融合了流体力学、数值分析与计算机技术，致力于通过数学建模和数值模拟解决复杂流体流动问题。它不仅推动了航空航天、机械工程、能源开发等领域的技术进步，也为现代科学研究提供了强有力的支持。

本书以深入浅出的方式，系统阐述了计算流体力学的基本理论与核心方法，旨在为读者开启一扇通往流体模拟世界的大门。

全书共分8章，内容层层递进。第1章从动力学基础出发，引入流体力学的基本概念。第2章深入探讨连续性方程、动量方程与能量守恒方程等偏微分方程的推导与特性。第3章聚焦计算区域与控制方程的离散化方法。第4、5章分别介绍有限差分法、有限体积法及代数方程组的求解技术。第6～8章则围绕扩散问题、对流-扩散问题及压力-速度耦合问题展开详细讨论。

目录

  • 版权信息
  • 内容提要
  • 序
  • 资源与支持
  • 第1章 动力学基础
  • 1.1 金风玉露一相逢，便胜却人间无数
  • 1.2 质量流量和体积流量
  • 1.3 泰勒展开
  • 1.4 子非鱼，安知鱼之乐——欧拉法和拉格朗日法
  • 第2章 大自然的秘密——偏微分方程
  • 2.1 连续性方程
  • 2.1.1 连续性方程的推导
  • 2.1.2 可压缩、定常流动连续性方程
  • 2.1.3 不可压缩流体连续性方程
  • 2.1.4 物质导数（运动流体微团的时间变化率）
  • 2.1.5 连续性方程非守恒形式（选学）
  • 2.1.6 速度散度及其物理意义（选学）
  • 2.2 动量方程推导
  • 2.2.1 应力形式的N-S方程
  • 2.2.2 正常形式的N-S方程
  • 2.2.3 向量形式的N-S方程
  • 2.2.4 守恒形式的N-S方程
  • 2.3 能量守恒方程
  • 2.3.1 简单形式的能量方程
  • 2.3.2 严格形式的能量方程
  • 2.4 流动与传热微分方程
  • 2.4.1 流动与传热通用微分方程的通用形式
  • 2.4.2 流动与传热通用微分方程的各种具体形式
  • 2.5 微分方程的分类与特性
  • 2.5.1 常微分方程
  • 2.5.2 偏微分方程
  • 2.5.3 线性和非线性方程
  • 2.5.4 拟线性偏微分方程
  • 2.5.5 偏微分方程的分类
  • 2.5.6 不同类型偏微分方程的性质及其对CFD数值解的影响
  • 2.6 偏微分方程小结
  • 第3章 计算区域与控制方程的离散化
  • 3.1 哲学家笛卡儿——CFD离散和连续
  • 3.2 代数和微分之间的切换
  • 3.2.1 一阶导数和代数的切换
  • 3.2.2 二阶导数和代数的切换
  • 3.3 CFD的基本求解思想
  • 3.3.1 解析解（精确解、分析解）与数值解（近似解）的概念
  • 3.3.2 求解域的离散化（画网格）
  • 3.3.3 网格简介
  • 3.4 常用微分方程转变成代数方程的方法
  • 第4章 初识有限差分法和有限体积法
  • 4.1 有限差分法
  • 4.1.1 有限差分法基础
  • 4.1.2 差分方程
  • 4.1.3 显式格式与隐式格式
  • 4.2 误差与CFL条件
  • 4.2.1 误差
  • 4.2.2 CFL条件（库朗数）
  • 4.3 初探有限体积法
  • 4.3.1 高斯定理
  • 4.3.2 有限体积法的基本思想
  • 第5章 代数方程组的求解
  • 5.1 直接解法
  • 5.1.1 高斯消元法
  • 5.1.2 TDMA
  • 5.2 迭代解法
  • 5.2.1 雅可比迭代
  • 5.2.2 高斯-赛德尔迭代
  • 5.2.3 超松弛迭代和欠松弛迭代
  • 5.2.4 块迭代（选学）
  • 5.2.5 交替方向迭代法
  • 第6章 典型扩散问题的有限体积法
  • 6.1 一维稳态扩散问题（导热问题）的有限体积法
  • 6.1.1 无内热源一维稳态导热问题
  • 6.1.2 有内热源一维稳态导热问题
  • 6.2 二维稳态扩散问题（导热问题）的有限体积法
  • 6.3 三维稳态扩散问题（导热问题）的有限体积法
  • 6.4 稳态扩散问题小结
  • 6.5 典型非稳态扩散问题的有限体积法
  • 6.5.1 一维非稳态扩散问题（导热问题）
  • 6.5.2 二维非稳态扩散问题（导热问题）
  • 6.5.3 三维非稳态扩散问题（导热问题）
  • 第7章 对流-扩散问题的有限体积法
  • 7.1 一维稳态对流-扩散问题的有限体积法
  • 7.2 常用离散格式及其特性
  • 7.2.1 中心差分格式
  • 7.2.2 离散格式的性质
  • 7.2.3 一阶迎（上）风格式
  • 7.2.4 混合格式
  • 7.2.5 指数格式（选学）
  • 7.2.6 乘方格式
  • 7.2.7 各类离散格式的汇总
  • 7.2.8 低阶格式中的假扩散与人工黏性
  • 7.2.9 QUICK格式
  • 7.3 二维稳态对流-扩散问题的有限体积法
  • 7.4 三维稳态对流-扩散问题的有限体积法
  • 7.5 三维非稳态对流-扩散问题的有限体积法
  • 第8章 压力-速度耦合问题的有限体积法
  • 8.1 问题引出
  • 8.2 压力-速度耦合问题及求解困难
  • 8.2.1 压力-速度耦合问题
  • 8.2.2 压力-速度耦合问题求解的困难
  • 8.3 交错网格技术
  • 8.4 交错网格上运动方程的离散
  • 8.5 SIMPLE算法
  • 8.5.1 压力和速度的修正
  • 8.5.2 SIMPLE算法基本思路
  • 8.6 SIMPLER算法
  • 8.7 SIMPLEC算法
  • 8.8 PISO算法
  • 8.9 Coupled算法
  • 参考资料
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出版方

人民邮电出版社

人民邮电出版社是工业和信息化部主管的大型专业出版社，成立于1953年10月1日。人民邮电出版社坚持“立足信息产业、面向现代社会、传播科学知识、服务科教兴国”，致力于通信、计算机、电子技术、教材、少儿、经管、摄影、集邮、旅游、心理学等领域的专业图书出版。