傳熱與流動(dòng)問(wèn)題的多尺度數(shù)值模擬

前言

　　試驗(yàn)研究、理論分析與數(shù)值模擬是進(jìn)行現(xiàn)代科學(xué)研究的三種相輔相成的研究手段。隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)值計(jì)算在開(kāi)展科學(xué)研究、開(kāi)發(fā)高新技術(shù)和加強(qiáng)國(guó)防力量方面的作用不可低估。例如，2005年美國(guó)總統(tǒng)顧問(wèn)委員會(huì)提出要發(fā)展計(jì)算科學(xué)以確保美國(guó)在世界上的競(jìng)爭(zhēng)能力?！　∵M(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，世界范圍內(nèi)科學(xué)研究的一個(gè)重要特點(diǎn)是朝著多物理過(guò)程與多尺度的方向發(fā)展。數(shù)值模擬所涉及的物理過(guò)程越來(lái)越復(fù)雜、幾何尺度越來(lái)越廣，相應(yīng)的數(shù)值方法迅速發(fā)展。自然界與工程領(lǐng)域中的許多復(fù)雜過(guò)程本身涉及的幾何尺度常常發(fā)生幾個(gè)數(shù)量級(jí)的變化。如何進(jìn)行多尺度物理過(guò)程的數(shù)值模擬是現(xiàn)代數(shù)值計(jì)算發(fā)展的一個(gè)重要方向?！　∥覈?guó)高等學(xué)校中開(kāi)設(shè)計(jì)算傳熱學(xué)課程已經(jīng)有近三十年的歷史，培養(yǎng)了大批能從事數(shù)值模擬研究與應(yīng)用的人才。僅就西安交通大學(xué)而言，二十五年中就有兩千多位研究生與青年教師接受過(guò)這方面的良好訓(xùn)練。在這些人中，許多人繼續(xù)在國(guó)內(nèi)外從事這方面的研究，并取得了矚目的成就。　　為了較為系統(tǒng)地反映二十余年來(lái)傳熱與流動(dòng)數(shù)值計(jì)算方法及其應(yīng)用的發(fā)展成就和我國(guó)學(xué)者所做出的貢獻(xiàn)，我們特組織編著了這一專(zhuān)著，旨在為廣大受過(guò)計(jì)算傳熱學(xué)（數(shù)值傳熱學(xué)）基本訓(xùn)練的讀者提供一本進(jìn)一步鉆研的參考書(shū)?！　”緯?shū)有以下五大特點(diǎn)：　　第一，本書(shū)各節(jié)對(duì)所涉及的數(shù)值方法或者應(yīng)用領(lǐng)域都力圖給讀者提供較為詳盡的內(nèi)容，對(duì)于每節(jié)內(nèi)容的長(zhǎng)短并未做出嚴(yán)格的限制，需長(zhǎng)則較長(zhǎng)，能短就短。讀者可以從本專(zhuān)著中學(xué)習(xí)到一般圖書(shū)中沒(méi)有涉及的數(shù)值處理細(xì)節(jié)或者獲得提供細(xì)節(jié)的有關(guān)文獻(xiàn)，這對(duì)于成功地應(yīng)用一種數(shù)值方法是十分重要的?！　〉诙緯?shū)所論述到的數(shù)值方法既有目前工程領(lǐng)域數(shù)值計(jì)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(lái)的介觀(guān)與微觀(guān)方法，同時(shí)也介紹了多尺度數(shù)值計(jì)算的問(wèn)題，這是目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)出版的各類(lèi)計(jì)算流體力學(xué)或者計(jì)算傳熱學(xué)書(shū)籍中所沒(méi)有的。　　第三，本書(shū)還特別注重所開(kāi)發(fā)數(shù)值方法在科學(xué)研究與工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。對(duì)于大多數(shù)讀者來(lái)說(shuō)，學(xué)習(xí)數(shù)值方法的主要目的是應(yīng)用它來(lái)解決科學(xué)研究或者工程技術(shù)中的問(wèn)題。因此本書(shū)專(zhuān)門(mén)從連續(xù)介質(zhì)方法到介觀(guān)與微觀(guān)方法匯總了多個(gè)應(yīng)用案例，既有采用作者自編程序計(jì)算的，也有采用商業(yè)軟件完成的，相信這對(duì)于讀者也會(huì)大有裨益?！　〉谒?，本書(shū)各節(jié)所述的內(nèi)容多數(shù)都是該節(jié)作者自己科學(xué)研究的心得或成果，有的數(shù)值方法就是由該節(jié)作者提出來(lái)的，因此，無(wú)論在問(wèn)題的提出、方法的論述或者結(jié)果的表述等方面都與僅僅是文獻(xiàn)綜述那樣的敘述方式有明顯區(qū)別，更利于讀者掌握。

內(nèi)容概要

本書(shū)反映了近二十年來(lái)在傳熱與流動(dòng)問(wèn)題數(shù)值計(jì)算方面的研究進(jìn)展。全書(shū)共14章，分為基礎(chǔ)篇與應(yīng)用篇兩部分。在基礎(chǔ)篇部分，分別就有限容積法的網(wǎng)格生成、對(duì)流項(xiàng)離散、邊界條件處理與代數(shù)方程求解、壓力與速度耦合算法、湍流與兩相流數(shù)值模擬以及并行計(jì)算、無(wú)網(wǎng)格方法、正交分解方法等方面闡述了數(shù)值計(jì)算方法的主要進(jìn)展，同時(shí)較詳細(xì)地介紹了介觀(guān)與微觀(guān)方法(格子－玻爾茲曼方法、直接模擬蒙特卡羅法和分子動(dòng)力學(xué)模擬)；在應(yīng)用篇部分，分別從強(qiáng)化傳熱技術(shù)、換熱器設(shè)計(jì)、新能源開(kāi)發(fā)、高新技術(shù)、微細(xì)通道流動(dòng)與傳熱以及納米與多孔結(jié)構(gòu)等六方面闡述了各類(lèi)數(shù)值方法的應(yīng)用。    本書(shū)各節(jié)所述內(nèi)容大部分是書(shū)稿作者的研究或者實(shí)踐應(yīng)用的結(jié)果。全書(shū)有插圖六百余幅，各種數(shù)值計(jì)算例子一百余個(gè)。本書(shū)特色在于反映了傳熱與流動(dòng)問(wèn)題、多尺度與跨尺度數(shù)值計(jì)算的最新進(jìn)展。    本書(shū)可作為能源、動(dòng)力、化工、航空、冶金等專(zhuān)業(yè)的研究生、博士生和相關(guān)科技工作者的參考用書(shū)。

作者簡(jiǎn)介

　　陶文銓?zhuān)校?939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(dǎo)師楊世銘教授），1980－1982赴美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)機(jī)械系傳熱實(shí)驗(yàn)室進(jìn)修，師從E M Sparrow 教授。現(xiàn)為西安交大能源與動(dòng)力工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師。2005年被選為中國(guó)科學(xué)院院士?！　‖F(xiàn)任教育部高等學(xué)校熱工課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)主任委員，教育部能源動(dòng)力學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)副主任委員，中國(guó)工程熱物理學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)，傳熱傳質(zhì)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)委副主任委員，西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）主編，International Journal of Heat Mass Transfer 以及 International Communication in Heat Mass Transfer 的負(fù)責(zé)中國(guó)地區(qū)事務(wù)的副編輯（Associate Editor），國(guó)際雜志Numerical Heat Transfer（A，B） 與Progress in Computational Fluid Dynamics 的編委。

書(shū)籍目錄

前言第一篇  基礎(chǔ)篇  第1章  網(wǎng)格生成技術(shù)    1.1 三維結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)    1.2 圓柱坐標(biāo)系中適體坐標(biāo)的生成及其應(yīng)用    1.3 非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)的生成及其上N-S方程的求解技術(shù)    參考文獻(xiàn)  第2章  對(duì)流項(xiàng)離散格式的構(gòu)造    2.1 SCSD及SGSD格式    2.2 有限容積法中格式構(gòu)造的一般方法    2.3 對(duì)稱(chēng)奇階格式的構(gòu)造    2.4 對(duì)流項(xiàng)離散格式有界性研究及有界性準(zhǔn)則的改進(jìn)    2.5 對(duì)流項(xiàng)離散格式有界性條件的進(jìn)一步完善    參考文獻(xiàn)   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(chǎng)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(xiàn)坐標(biāo)系下同位網(wǎng)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(xiàn)  第4章  邊界條件處理和代數(shù)方程的求解    4.1 開(kāi)口區(qū)域出口邊界格件的處理    4.2 孤島問(wèn)題的數(shù)值處理    4.3 導(dǎo)熱對(duì)流表面輻射耦合問(wèn)題的數(shù)值處理    4.4 迭代求解過(guò)程中拉格朗日初場(chǎng)插值方法的應(yīng)用    4.5 Krylov子空間法在SIMPLER算法中的應(yīng)用研究    參考文獻(xiàn)  第5章  湍流與兩相流的數(shù)值計(jì)算    5.1 方形戴面通道內(nèi)湍流的大渦模擬    ……  第6章  連續(xù)介質(zhì)場(chǎng)模擬計(jì)算方法的近代發(fā)展  第7章  介觀(guān)與微觀(guān)層次的數(shù)值模擬方法  第8章  熱流問(wèn)題的多尺度耦合計(jì)算第二篇  應(yīng)用篇  第9章  強(qiáng)化傳熱技術(shù)的數(shù)值研究  第10章  數(shù)值方法在換熱器設(shè)計(jì)優(yōu)化和運(yùn)行控制中的應(yīng)用  第11章  數(shù)值方法在新能源與清潔能源開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用  第12章  高新技術(shù)中熱流問(wèn)題的數(shù)值計(jì)算  第13章  微細(xì)通道流動(dòng)與傳熱的數(shù)值研究  第14章  納米與多孔結(jié)構(gòu)的物性預(yù)測(cè)及流動(dòng)與換熱模擬作者索引

編輯推薦

　　《傳熱與流動(dòng)問(wèn)題的多尺度數(shù)值模擬：方法與應(yīng)用》可作為能源、動(dòng)力、化工、航空、冶金等專(zhuān)業(yè)的研究生、博士生和相關(guān)科技工作者的參考用書(shū)。

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