傳輸過程數(shù)值計算

前言

近幾十年來，隨著數(shù)值計算技術(shù)、計算機軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機數(shù)值模擬已經(jīng)成為研究材料加工及冶金等過程的重要手段。傳熱、傳質(zhì)及動量傳輸是這些過程中的三個基本物理現(xiàn)象，與之對應(yīng)的溫度場、濃度場及流場的數(shù)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(guān)于傳輸現(xiàn)象或數(shù)值模擬的書籍中，對上述三類傳輸問題的數(shù)值計算大多只是作一些泛泛的介紹，而“計算傳熱學(xué)”或“計算流體力學(xué)”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(lǐng)域的問題，不適合作為材料專業(yè)學(xué)生的教學(xué)用書。本書正是基于這種現(xiàn)狀編寫的。本書較全面地介紹了傳輸過程數(shù)值計算各個方面的基本知識，內(nèi)容包括傳輸現(xiàn)象的數(shù)學(xué)描述、離散化方程的建立方法、溫度場數(shù)值計算、對流擴散問題中對流項的離散格式以及流場的數(shù)值計算方法等。由于傳質(zhì)與傳熱過程在物理上類似且數(shù)學(xué)模型上形式一致，因此它們的數(shù)值計算過程也完全類似。本書著重介紹傳輸過程數(shù)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(shù)值計算的各方面基本知識，為進一步閱讀和學(xué)習(xí)該研究領(lǐng)域更高深的教科書和文獻打下良好基礎(chǔ)。本書可作為材料加工工程、材料成型及控制工程、材料學(xué)及冶金專業(yè)高年級本科生及研究生的教學(xué)用書，也可以作為相關(guān)領(lǐng)域的科研工作者和工程技術(shù)人員的參考書。由于作者學(xué)識有限，內(nèi)容上有失誤或不妥之處在所難免，懇請讀者指正。

內(nèi)容概要

　　較全面地介紹了傳輸過程數(shù)值計算各個方面的基本知識，內(nèi)容包括傳輸現(xiàn)象的數(shù)學(xué)描述、離散化方程的建立方法、溫度場數(shù)值計算、對流擴散問題中對流項的離散格式以及流場的數(shù)值計算方法等。由于傳質(zhì)與傳熱過程在物理上類似且數(shù)學(xué)模型上形式一致，因此它們的數(shù)值計算過程也完全類似。著重介紹傳輸過程數(shù)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(shù)值計算的各方面基本知識，為進一步閱讀和學(xué)習(xí)該研究領(lǐng)域更高深的教科書和文獻打下良好基礎(chǔ)。

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(shù)值計算方法1.3　數(shù)值計算的意義及局限性1.3.1　數(shù)值計算的優(yōu)點1.3.2　數(shù)值計算的局限性1.4　常用數(shù)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(shù)值計算的主要環(huán)節(jié)第2章　傳輸現(xiàn)象的數(shù)學(xué)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(zhì)量守恒2.1.3　能量守恒2.1.4　物質(zhì)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(zhì)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(shù)學(xué)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(zhì)2.4.4　流動習(xí)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(shù)展開法導(dǎo)出導(dǎo)數(shù)的差分表達式3.2.2　多項式擬合法導(dǎo)出導(dǎo)數(shù)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(xí)題第4章　溫度場數(shù)值計算4.1　溫度場解析4.2　一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱溫度場數(shù)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(dǎo)熱計算4.4　柱坐標系導(dǎo)熱4.4.1　有限長圓柱體導(dǎo)熱4.4.2　無限長圓柱體導(dǎo)熱4.5　多材質(zhì)系統(tǒng)導(dǎo)熱計算4.5.1　一維導(dǎo)熱計算4.5.2　二維導(dǎo)熱計算4.5.3　控制容積界面上當量導(dǎo)熱系數(shù)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(shù)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(shù)方程組迭代求解的終止判據(jù)習(xí)題第5章　對流－擴散問題的數(shù)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(zhì)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(fēng)差分5.2.1　中心差分的兩種定義方式5.2.2　上風(fēng)差分的兩種定義方式5.3　指數(shù)格式、混合格式以及乘方格式5.3.1　指數(shù)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(shù)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(fēng)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(xí)題第6章　流場的計算6.1　流場求解中的關(guān)鍵問題6.1.1　壓力與速度的耦合關(guān)系6.1.2　交錯網(wǎng)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(wǎng)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(nèi)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(shù)值模擬習(xí)題參考文獻

章節(jié)摘錄

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《傳輸過程數(shù)值計算》由西安交通大學(xué)出版社出版。

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