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计算热物理引论 (“十一五”国家重点图书)

计算热物理引论
计算热物理引论 (“十一五”国家重点图书)
作者:吴清松(编著)

图书详细信息:
ISBN:978-7-312-02517-4
定价:39.00元
版本:1
装帧:平装
出版年月:200909
丛书名称:中国科学技术大学精品教材

图书简介:

  本书较为系统介绍了求解热物理问题的三种数值方法——有限容积法、有限差分法和有限元法,其中着重于介绍热物理中用得最多的有限容积法.全书共10章:第1章,绪论,介绍学科背景;第2~3章,为有限容积法和有限差分法的基础部分,重点讲述离散方法及其离散格式的定性性质;第4~7章,侧重于有限容积法,讲述数值方法在热物理问题中的应用;第8~9章为提高部分,介绍代数解法和网格生成技术;第10章,讲述有限元法基础及其在热物理中的应用.全书内容取材广泛,层次分明,概念清晰,论述严谨,理实并重,适用性强.
  本书可以作为理工院校热能与动力工程专业高年级本科生和研究生教材,也可供相近专业师生以及工程技术人员和科研人员参考.

前言:

  描述热物理过程(流动、传热传质、燃烧)的数学物理方程基本上都是非线性的偏微分方程组.除非极为简单的特殊情况,一般都不能通过解析分析的数学方法得到理论解.电子计算机的出现和蓬勃发展,为人们提供了用离散的数值模拟方法来解决问题的途径.计算热物理作为热物理、数值数学和计算机科学相结合的产物,已发展成热科学研究中独立于理论研究和实验研究的一种重要研究手段.
  学习、掌握离散数值方法的基本理论及其在热物理学科中的应用,已经成为全面提高热物理专业学生素质、增强学生适应能力的一项重要内容.为此,中国科学技术大学从20世纪80年代起就在热物理专业的本科生和研究生中开设了相应的数值方法必修课程.本书根据作者多年来讲授这类课程的讲稿整理而成,目的在于为理工院校相近专业提供一本专业基础课教材,为未曾接触过数值计算的高年级本科生和研究生,有选择地介绍几种离散数值方法的基础理论及其在热科学中的应用.通过学习,使读者理解数值计算的基本原理,掌握数值计算的一些主要方法,能够理论联系实际,初步具有对热物理问题进行数值计算的能力,为进一步用数值方法从事热科学研究奠定基础.
  热物理数值方法的内容很多,本书选择了发展相对成熟的有限容积法、有限差分法和有限元法,讲述了这些方法的基本概念、基本理论和基本方法.在应用于实际物理问题时,主要采用热物理中用得最为广泛的有限容积法.作为一部入门教材,所介绍的内容都是一些最基础的知识和方法.但有了这些基础,读者可以很容易地学习和掌握尚未列入本书的高深一些的相关内容和方法.
  全书内容分为10章.第1章,绪论,介绍了学科背景.第2~3章,作为本书的基础,首先介绍了热物理过程的控制方程,偏微分方程的物理分类和数学分类;进而针对有限差分法和有限容积法,讲述了离散方法基础: 详细介绍了解域离散、微分方程离散的基本方法,并对离散格式的有效性进行了分析,阐明了离散方程一系列数值特性的基本概念及其分析方法.有了这些基本理论知识,原则上读者就可以对一个有确定数学模型的物理问题进行数值求解了.但还不够,随后的第4~7章,作为基础理论在热物理中的应用,侧重于应用有限容积法,对热物理问题中的扩散、对流扩散、湍流等问题的数值计算进行了讨论.作为基础理论和方法的补充和提高部分,第8~9章分别介绍了代数解法和网格生成技术.鉴于有限元法在热物理中的应用也日渐广泛,第10章简要介绍了有限元法的基本理论及其在热物理中的应用.
  本书内容在中国科学技术大学热科学和能源工程系的本科生和研究生中作为学位课程讲授多次.对于具有高等数学、计算方法、流体力学、传热学等基础的读者,阅读本书不会有困难.根据学生的实际基础状况和教学时数,讲授内容可作不同取舍.
  作者在撰写本书过程中,参考了每章后面所附的文献.在此,作者对这些文献的著者表示深深的谢意.由于作者水平有限,成书时间仓促,书中的错误和不足之处在所难免,敬请读者批评指正.作者Email为: qswu@ustc.edu.cn.

                          吴清松

                         2008年9月

目录:

  总 序

  前 言

  第1章 绪论

  第2章 热物理问题的数学描述与偏微分方程的分类

  第3章 离散方法基础

  第4章 扩散方程的数值方法

  第5章 对流扩散方程的数值方法

  第6章 回流问题流动—传热耦合计算的数值方法

  第7章 湍流流动—传热耦合计算的数值方法

  第8章 离散化代数方程组的求解

  第9章 网格生成

  第10章 热物理中的有限元法基础

  习题

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