傳輸過程數值計算

前言

近幾十年來，隨著數值計算技術、計算機軟硬件技術的飛速發(fā)展，計算機數值模擬已經成為研究材料加工及冶金等過程的重要手段。傳熱、傳質及動量傳輸是這些過程中的三個基本物理現象，與之對應的溫度場、濃度場及流場的數值計算無論在宏觀工藝過程模擬還是微觀組織形成過程的模擬中都是必不可少的。在目前已有的關于傳輸現象或數值模擬的書籍中，對上述三類傳輸問題的數值計算大多只是作一些泛泛的介紹，而“計算傳熱學”或“計算流體力學”等方面的書籍主要針對的是動力工程、航空航天等專業(yè)領域的問題，不適合作為材料專業(yè)學生的教學用書。本書正是基于這種現狀編寫的。本書較全面地介紹了傳輸過程數值計算各個方面的基本知識，內容包括傳輸現象的數學描述、離散化方程的建立方法、溫度場數值計算、對流擴散問題中對流項的離散格式以及流場的數值計算方法等。由于傳質與傳熱過程在物理上類似且數學模型上形式一致，因此它們的數值計算過程也完全類似。本書著重介紹傳輸過程數值計算的基本原理和主要方法，在編寫上力求淺顯易懂，使讀者能盡快地系統(tǒng)掌握傳輸過程數值計算的各方面基本知識，為進一步閱讀和學習該研究領域更高深的教科書和文獻打下良好基礎。本書可作為材料加工工程、材料成型及控制工程、材料學及冶金專業(yè)高年級本科生及研究生的教學用書，也可以作為相關領域的科研工作者和工程技術人員的參考書。由于作者學識有限，內容上有失誤或不妥之處在所難免，懇請讀者指正。

內容概要

　　較全面地介紹了傳輸過程數值計算各個方面的基本知識，內容包括傳輸現象的數學描述、離散化方程的建立方法、溫度場數值計算、對流擴散問題中對流項的離散格式以及流場的數值計算方法等。由于傳質與傳熱過程在物理上類似且數學模型上形式一致，因此它們的數值計算過程也完全類似。著重介紹傳輸過程數值計算的基本原理和主要方法，在編寫上力求淺顯易懂，使讀者能盡快地系統(tǒng)掌握傳輸過程數值計算的各方面基本知識，為進一步閱讀和學習該研究領域更高深的教科書和文獻打下良好基礎。

書籍目錄

第1章　緒論1.1　傳輸過程的重要性1.2　傳輸過程的研究方法1.2.1　理論研究方法1.2.2　實驗研究方法1.2.3　數值計算方法1.3　數值計算的意義及局限性1.3.1　數值計算的優(yōu)點1.3.2　數值計算的局限性1.4　常用數值計算方法1.4.1　有限差分法1.4.2　有限容積法1.4.3　有限元方法1.5　傳輸過程數值計算的主要環(huán)節(jié)第2章　傳輸現象的數學描述2.1　控制微分方程2.1.1　控制微分方程的意義2.1.2　質量守恒2.1.3　能量守恒2.1.4　物質守恒2.1.5　動量方程2.1.6　守恒方程的通用形式2.2　坐標的性質2.2.1　自變量2.2.2　坐標的合適選擇2.2.3　單向與雙向的坐標2.3　傳輸控制方程的類型2.3.1　控制方程的數學分類2.3.2　控制方程的守恒與非守恒形式2.4　邊界條件及初始條件2.4.1　概述2.4.2　傳熱2.4.3　傳質2.4.4　流動習題第3章　離散化方法3.1　空間區(qū)域的離散化3.1.1　空間區(qū)域的離散化方法3.1.2　兩種區(qū)域離散化方法的比較3.2　有限差分法建立離散方程3.2.1　用泰勒級數展開法導出導數的差分表達式3.2.2　多項式擬合法導出導數的差分表達式3.2.3　建立差分方程3.3　有限容積法建立離散方程3.3.1　控制容積積分法3.3.2　控制容積平衡法3.3.3　不同離散方法的比較3.3.4　源項的處理3.4　離散方程的誤差及特性分析3.5　建立離散方程的四項基本法則習題第4章　溫度場數值計算4.1　溫度場解析4.2　一維非穩(wěn)態(tài)導熱溫度場數值計算4.2.1　顯式與隱式差分4.2.2　穩(wěn)定性問題4.2.3　邊界條件的處理4.2.4　TDMA算法4.3　二維導熱計算4.4　柱坐標系導熱4.4.1　有限長圓柱體導熱4.4.2　無限長圓柱體導熱4.5　多材質系統(tǒng)導熱計算4.5.1　一維導熱計算4.5.2　二維導熱計算4.5.3　控制容積界面上當量導熱系數確定4.6　凝固潛熱處理4.6.1　溫度補償法4.6.2　等效比熱法4.7　代數方程組的求解方法4.7.1　點迭代法4.7.2　線迭代法4.7.3　代數方程組迭代求解的終止判據習題第5章　對流－擴散問題的數值計算5.1　對流－擴散問題的解析解5.1.1　定向凝固過程中固／液界面前沿溶質濃度分布5.1.2　一維對流－擴散模型方程的解析解5.2　對流項的中心差分與上風差分5.2.1　中心差分的兩種定義方式5.2.2　上風差分的兩種定義方式5.3　指數格式、混合格式以及乘方格式5.3.1　指數格式5.3.2　混合格式5.3.3　乘方格式5.4　通用化公式5.4.1　J流量密度5.4.2　一維對流－擴散問題的通用化離散公式5.4.3　離散方程系數特性分析5.5　多維對流－擴散方程的離散及邊界條件處理5.5.1　二維對流－擴散方程的離散5.5.2　三維對流－擴散方程的離散5.5.3　邊界條件處理5.6　對流項離散的高階格式5.6.1　二階上風格式5.6.2　QUICK格式5.6.3　采用高階格式時近邊界點的處理5.6.4　采用高階格式時離散方程的求解方法習題第6章　流場的計算6.1　流場求解中的關鍵問題6.1.1　壓力與速度的耦合關系6.1.2　交錯網格6.2　求解N-S方程的SIMPLE方法6.2.1　動量方程的離散6.2.2　交錯網格上的插值6.2.3　壓力修正法基本思想6.2.4　SIMPLE算法6.2.5　壓力修正值方程的邊界條件6.3　求解N-S方程的SOLA方法6.3.1　動量方程離散6.3.2　流場求解6.3.3　內部障礙物處理6.3.4　邊界條件6.3.5　穩(wěn)定性條件6.4　自由表面追蹤6.4.1　自由表面邊界條件6.4.2　MAC方法6.4.3　VOF方法6.5　鑄造充型過程數值模擬習題參考文獻

章節(jié)摘錄

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《傳輸過程數值計算》由西安交通大學出版社出版。

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