傳熱與流動問題的多尺度數值模擬

前言

　　試驗研究、理論分析與數值模擬是進行現代科學研究的三種相輔相成的研究手段。隨著計算機硬件技術的飛速發(fā)展，數值計算在開展科學研究、開發(fā)高新技術和加強國防力量方面的作用不可低估。例如，2005年美國總統顧問委員會提出要發(fā)展計算科學以確保美國在世界上的競爭能力。　　進入21世紀以來，世界范圍內科學研究的一個重要特點是朝著多物理過程與多尺度的方向發(fā)展。數值模擬所涉及的物理過程越來越復雜、幾何尺度越來越廣，相應的數值方法迅速發(fā)展。自然界與工程領域中的許多復雜過程本身涉及的幾何尺度常常發(fā)生幾個數量級的變化。如何進行多尺度物理過程的數值模擬是現代數值計算發(fā)展的一個重要方向?！　∥覈叩葘W校中開設計算傳熱學課程已經有近三十年的歷史，培養(yǎng)了大批能從事數值模擬研究與應用的人才。僅就西安交通大學而言，二十五年中就有兩千多位研究生與青年教師接受過這方面的良好訓練。在這些人中，許多人繼續(xù)在國內外從事這方面的研究，并取得了矚目的成就?！　榱溯^為系統地反映二十余年來傳熱與流動數值計算方法及其應用的發(fā)展成就和我國學者所做出的貢獻，我們特組織編著了這一專著，旨在為廣大受過計算傳熱學（數值傳熱學）基本訓練的讀者提供一本進一步鉆研的參考書?！　”緯幸韵挛宕筇攸c：　　第一，本書各節(jié)對所涉及的數值方法或者應用領域都力圖給讀者提供較為詳盡的內容，對于每節(jié)內容的長短并未做出嚴格的限制，需長則較長，能短就短。讀者可以從本專著中學習到一般圖書中沒有涉及的數值處理細節(jié)或者獲得提供細節(jié)的有關文獻，這對于成功地應用一種數值方法是十分重要的?！　〉诙?，本書所論述到的數值方法既有目前工程領域數值計算中廣為采用的有限容積法，也有最近一二十年中發(fā)展起來的介觀與微觀方法，同時也介紹了多尺度數值計算的問題，這是目前國內外已經出版的各類計算流體力學或者計算傳熱學書籍中所沒有的?！　〉谌?，本書還特別注重所開發(fā)數值方法在科學研究與工程設計中的應用。對于大多數讀者來說，學習數值方法的主要目的是應用它來解決科學研究或者工程技術中的問題。因此本書專門從連續(xù)介質方法到介觀與微觀方法匯總了多個應用案例，既有采用作者自編程序計算的，也有采用商業(yè)軟件完成的，相信這對于讀者也會大有裨益?！　〉谒?，本書各節(jié)所述的內容多數都是該節(jié)作者自己科學研究的心得或成果，有的數值方法就是由該節(jié)作者提出來的，因此，無論在問題的提出、方法的論述或者結果的表述等方面都與僅僅是文獻綜述那樣的敘述方式有明顯區(qū)別，更利于讀者掌握。

內容概要

本書反映了近二十年來在傳熱與流動問題數值計算方面的研究進展。全書共14章，分為基礎篇與應用篇兩部分。在基礎篇部分，分別就有限容積法的網格生成、對流項離散、邊界條件處理與代數方程求解、壓力與速度耦合算法、湍流與兩相流數值模擬以及并行計算、無網格方法、正交分解方法等方面闡述了數值計算方法的主要進展，同時較詳細地介紹了介觀與微觀方法(格子－玻爾茲曼方法、直接模擬蒙特卡羅法和分子動力學模擬)；在應用篇部分，分別從強化傳熱技術、換熱器設計、新能源開發(fā)、高新技術、微細通道流動與傳熱以及納米與多孔結構等六方面闡述了各類數值方法的應用。    本書各節(jié)所述內容大部分是書稿作者的研究或者實踐應用的結果。全書有插圖六百余幅，各種數值計算例子一百余個。本書特色在于反映了傳熱與流動問題、多尺度與跨尺度數值計算的最新進展。    本書可作為能源、動力、化工、航空、冶金等專業(yè)的研究生、博士生和相關科技工作者的參考用書。

作者簡介

　　陶文銓，男，1939年3月生于浙江紹興。1962年西安交大本科畢業(yè)，1966年西安交大研究生畢業(yè)（導師楊世銘教授），1980－1982赴美國明尼蘇達大學機械系傳熱實驗室進修，師從E M Sparrow 教授。現為西安交大能源與動力工程學院教授、博士生導師。2005年被選為中國科學院院士。　　現任教育部高等學校熱工課程教學指導分委員會主任委員，教育部能源動力學科教學指導委員會副主任委員，中國工程熱物理學會副理事長，傳熱傳質專業(yè)委員會委副主任委員，西安交通大學學報（自然科學版）主編，International Journal of Heat Mass Transfer 以及 International Communication in Heat Mass Transfer 的負責中國地區(qū)事務的副編輯（Associate Editor），國際雜志Numerical Heat Transfer（A，B） 與Progress in Computational Fluid Dynamics 的編委。

書籍目錄

前言第一篇  基礎篇  第1章  網格生成技術    1.1 三維結構化網絡生成技術    1.2 圓柱坐標系中適體坐標的生成及其應用    1.3 非結構化網絡的生成及其上N-S方程的求解技術    參考文獻  第2章  對流項離散格式的構造    2.1 SCSD及SGSD格式    2.2 有限容積法中格式構造的一般方法    2.3 對稱奇階格式的構造    2.4 對流項離散格式有界性研究及有界性準則的改進    2.5 對流項離散格式有界性條件的進一步完善    參考文獻   第3章  壓力與速度的耦合算法    3.1 一種求解不可壓縮流場的全隱算法——CLEAR算法    3.2 一種高效穩(wěn)定的分離式算法——IDEAL算法    3.3 曲線坐標系下同位網格中SIMPLE系列算法的發(fā)展    3.4 SIMPLE系列算法中壓力邊界條件的處理    參考文獻  第4章  邊界條件處理和代數方程的求解    4.1 開口區(qū)域出口邊界格件的處理    4.2 孤島問題的數值處理    4.3 導熱對流表面輻射耦合問題的數值處理    4.4 迭代求解過程中拉格朗日初場插值方法的應用    4.5 Krylov子空間法在SIMPLER算法中的應用研究    參考文獻  第5章  湍流與兩相流的數值計算    5.1 方形戴面通道內湍流的大渦模擬    ……  第6章  連續(xù)介質場模擬計算方法的近代發(fā)展  第7章  介觀與微觀層次的數值模擬方法  第8章  熱流問題的多尺度耦合計算第二篇  應用篇  第9章  強化傳熱技術的數值研究  第10章  數值方法在換熱器設計優(yōu)化和運行控制中的應用  第11章  數值方法在新能源與清潔能源開發(fā)中的應用  第12章  高新技術中熱流問題的數值計算  第13章  微細通道流動與傳熱的數值研究  第14章  納米與多孔結構的物性預測及流動與換熱模擬作者索引

編輯推薦

　　《傳熱與流動問題的多尺度數值模擬：方法與應用》可作為能源、動力、化工、航空、冶金等專業(yè)的研究生、博士生和相關科技工作者的參考用書。

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