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    計算流體力學及其應用

    計算流體力學及其應用

    • 作者
    • 郭棟鵬 著

    本書以計算流體力學(CFD)的應用為主線,重點介紹了CFD在大氣環境領域中應用的基本理論,并用實例對CFD在大氣環境領域中的應用進行詳細驗證及分析。本書分上下兩篇,共10章:上篇為基礎篇(第1章~第5章),主要介紹了計算流體力學的基礎知識、湍流模型、控制方程的離散、流場數值計算等;下篇為應用篇(第6章~第10章),主要介紹了大氣邊界層與大氣擴散、CFD在大氣邊界層中應...


    • ¥98.00

    ISBN: 978-7-122-38306-8

    版次: 1

    出版時間: 2020-12-01

    圖書介紹

    ISBN:978-7-122-38306-8

    語種:漢文

    開本:16

    出版時間:2020-12-01

    裝幀:平

    頁數:225

    編輯推薦

    1. 近年來,隨著計算機技術與性能的快速發展,CFD廣泛應用于與流動現象有關的學科及工程領域之中。CFD技術在航空、建筑、能源、氣象、環境、海洋、流體工程等許多行業得到成功應用,成為解決各種流體流動與傳熱問題的強有力工具。 2. CFD在環境工程領域的應用十分廣泛,例如在核電廠建設前期評價、規劃環境影響評價、水利水電環境影響評價、風險物質環境風險評價等方面。 3. 本書的亮點在于結合多個簡單到復雜的實例,系統的對CFD在環境工程領域的應用給出了詳細的指導,具有學術指導意義,也為工程應用提供了具體的思路。

    作者簡介

    郭棟鵬,太原科技大學,副教授,博士,2011年畢業于太原理工大學與中國輻射防護研究院聯合培養環境工程專業,獲博士學位,長期從事大氣邊界層物理模擬理論與試驗研究、大氣擴散模式與數值計算及其在環境影響評價中的應用。 2011年畢業于太原理工大學與中國輻射防護研究院聯合培養環境工程專業,獲博士學位,先后參與了湖南桃花江核電站、江西彭澤核電站、重慶涪陵核電站、浙江三門核電站以及民用核設施的風洞模擬試驗、數值模擬等項目;參加"十一五"核能開發項目——防護評價技術研究專題,國家重大科技專項——內陸廠址環境影響評價關鍵技術研究及一些軍工、軍用核設施的核環境領域科研項目。在國內外雜志和出版物發表論文30余篇,其中部分文章被SCI、EI等收錄。

    精彩書摘

    本書以計算流體力學(CFD)的應用為主線,重點介紹了CFD在大氣環境領域中應用的基本理論,并用實例對CFD在大氣環境領域中的應用進行詳細驗證及分析。本書分上下兩篇,共10章:上篇為基礎篇(第1章~第5章),主要介紹了計算流體力學的基礎知識、湍流模型、控制方程的離散、流場數值計算等;下篇為應用篇(第6章~第10章),主要介紹了大氣邊界層與大氣擴散、CFD在大氣邊界層中應用實例等。 本書具有專業性強、應用范圍廣的特點,可供航空航天、動力工程、建筑、水利及環境領域的科學研究、管理和設計等從業人員參考,也可供高等學校環境科學與工程、大氣科學、氣象學、海洋科學與工程及相關專業師生參閱。

    目錄

    上篇基礎篇
    第1章緒論3
    1.1流體力學的研究方法3
    1.2計算流體力學的應用及前景分析4
    
    第2章計算流體力學基礎知識6
    2.1流體的基本特性6
    2.1.1理想流體與黏性流體6
    2.1.2牛頓流體與非牛頓流體7
    2.1.3流體熱傳導及擴散7
    2.1.4可壓流體與不可壓流體8
    2.1.5定常流動與非定常流動8
    2.1.6層流與湍流8
    2.2流體力學的控制方程9
    2.2.1質量守恒方程9
    2.2.2動量守恒方程10
    2.2.3能量守恒方程11
    2.2.4組分質量守恒方程12
    2.2.5湍流的控制方程13
    2.2.6控制方程的通用形式14
    2.2.7守恒型控制方程與非守恒型控制方程15
    2.3CFD工作原理16
    2.3.1計算流程16
    2.3.2建立控制方程16
    2.3.3確定邊界條件與初始條件17
    2.3.4劃分計算網格17
    2.3.5建立離散方程17
    2.3.6離散初始條件和邊界條件18
    2.3.7給定求解控制參數18
    2.3.8求解離散方程18
    2.3.9判斷解的收斂性19
    2.3.10顯示和輸出計算結果19
    
    第3章湍流模型20
    3.1湍流及其數學描述20
    3.1.1湍流流動的特征20
    3.1.2湍流的基本方程21
    3.2湍流的數值模擬方法23
    3.2.1湍流數值模擬方法的分類23
    3.2.2直接數值模擬法24
    3.2.3大渦模擬法24
    3.2.4Reynolds平均法25
    3.3零方程模型及一方程模型26
    3.3.1零方程模型27
    3.3.2一方程模型27
    3.4標準k-ε二方程模型28
    3.4.1標準k-ε模型28
    3.4.2標準k-ε模型的有關計算公式28
    3.4.3標準k-ε模型的控制方程組30
    3.4.4標準k-ε模型方程的解法及適用性30
    3.5改進型k-ε模型31
    3.5.1RNG k-ε模型31
    3.5.2Realizable k-ε模型32
    3.6在近壁區使用k-ε模型的問題及對策34
    3.6.1近壁區流動的特點34
    3.6.2在近壁區使用k-ε模型的問題36
    3.6.3壁面函數法36
    3.6.4低雷諾數k-ε模型39
    3.7Reynolds應力方程模型40
    3.7.1Reynolds應力輸運方程40
    3.7.2RSM的控制方程組及其解法44
    3.7.3對RSM適用性的討論45
    3.8大渦模擬46
    3.8.1大渦模擬的基本思想46
    3.8.2大渦運動方程46
    3.8.3亞格子尺度應力模型48
    3.8.4LES控制方程的求解48
    
    第4章控制方程的離散50
    4.1離散化概述50
    4.1.1離散化的目的50
    4.1.2離散時所使用的網格51
    4.1.3常用的離散化方法51
    4.2有限體積法及其網格52
    4.2.1有限體積法的基本思想52
    4.2.2有限體積法的區域離散53
    4.3一維穩態問題的有限體積法54
    4.3.1問題的描述55
    4.3.2生成計算網格55
    4.3.3建立離散方程55
    4.3.4求解離散方程58
    4.4常用的離散格式64
    4.4.1問題描述64
    4.4.2中心差分格式65
    4.4.3一階迎風格式67
    4.4.4混合格式71
    4.4.5指數格式73
    4.4.6乘方格式74
    4.5高階離散格式74
    4.5.1二階迎風格式74
    4.5.2QUICK格式76
    4.6各種離散格式的性能對比81
    
    第5章流場數值計算83
    5.1流場數值解法概述83
    5.1.1常規解法存在的主要問題83
    5.1.2流場數值計算的主要方法84
    5.2交錯網格技術87
    5.2.1普通網格87
    5.2.2交錯網格88
    5.2.3動量方程的離散90
    5.3流場計算的SIMPLE算法95
    5.3.1SIMPLE算法的基本思路95
    5.3.2速度修正方程96
    5.3.3壓力修正方程97
    5.3.4SIMPLE算法的計算步驟98
    5.3.5SIMPLE算法的討論99
    5.4改進的SIMPLE算法100
    5.4.1SIMPLEC算法101
    5.4.2PISO算法102
    5.5瞬態問題的數值計算105
    5.5.1瞬態問題的SIMPLE算法105
    5.5.2瞬態問題的PISO算法106
    
    下篇應用篇
    第6章大氣邊界層與大氣擴散111
    6.1大氣污染物的彌散過程、大氣湍流擴散111
    6.1.1大氣污染物的彌散過程111
    6.1.2大氣湍流113
    6.1.3湍流擴散116
    6.1.4大氣擴散狀態與氣象條件的關系117
    6.2大氣邊界層118
    6.2.1大氣邊界層的一般特點和分裝118
    6.2.2大氣邊界層的運動及能量和物質的垂直運輸121
    6.2.3近地面層126
    6.2.4不穩定大氣邊界層141
    6.2.5混合層發展的簡化模式147
    6.2.6穩定大氣邊界層149
    
    第7章不同溫度層結下建筑物周圍流場影響161
    7.1數值模擬162
    7.1.1邊界條件162
    7.1.2不同溫度層結實現164
    7.2結果分析與比較164
    7.2.1建筑物對流場的影響165
    7.2.2建筑物對湍流的影響167
    7.3結論168
    
    第8章不同溫度層結下山體對流場與污染物擴散影響170
    8.1數值模擬172
    8.1.1湍流模型173
    8.1.2邊界條件173
    8.2結果分析與比較175
    8.2.1流場結構175
    8.2.2湍流結構179
    8.2.3濃度場分析179
    8.3結論184
    
    第9章規則建筑群中流動和污染物擴散的研究185
    9.1模擬描述187
    9.1.1幾何描述187
    9.1.2計算域和網格187
    9.1.3邊界條件189
    9.2模型有效性分析190
    9.2.1MUST現場實驗描述190
    9.2.2模擬設置192
    9.2.3統計學分析192
    9.3結果分析195
    9.3.1縱向速度(u/Uref)196
    9.3.2垂直速度(w/Uref)199
    9.3.3湍流動能(k/U2ref)200
    9.3.4流場結構201
    9.3.5污染物擴散201
    
    第10章不同溫度層結對LNG蒸氣擴散影響204
    10.1數值模擬205
    10.1.1計算域設置206
    10.1.2邊界條件設置207
    10.2數值模擬有效性分析209
    10.2.1邊界條件209
    10.2.2驗證結果分析210
    10.3不同穩定度對LNG擴散的影響212
    10.3.1垂直分布213
    10.3.2水平分布217
    10.4結論218
    
    參考文獻219
    

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