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浸入邊界流固耦合方法及應用

  • 作者：王文全//李偉忠//蔡尚炅|責編:趙敬偉//田軼靜
  • 出版社：科學
  • ISBN：9787030830821
  • 出版日期：2026/06/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：258
人民幣：RMB 158 元      售價：元
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內容大鋼
    本書系統闡述了浸入邊界法的理論體系與工程應用。內容涵蓋流固耦合基礎、擴散與銳利界面兩類主流方法、LBM-IBM-ALE混合演算法、高雷諾數湍流模擬及強/松耦合計算策略。通過板殼振動、水翼運動、魚類遊動及水力機械等典型案例，展示了該方法在處理複雜動邊界問題時的獨特優勢，為航空航天、生物力學及能源工程領域的流固耦合模擬提供了系統的解決方案。
作者介紹
王文全//李偉忠//蔡尚炅|責編:趙敬偉//田軼靜
目錄
前言
第1章  緒論
  1.1  計算流固耦合研究進展概述
  1.2  浸入邊界法研究進展概述
  1.3  浸入邊界壁面模型研究進展概述
  參考文獻
第2章  浸入邊界法控制方程
  2.1  流固耦合問題描述
  2.2  流固耦合控制方程
  2.3  貼體網格流固耦合方法
    2.3.1  流體控制方程及求解方法
    2.3.2  結構控制方程及求解方法
    2.3.3  耦合界面數據傳遞方法
    2.3.4  同步子迭代強耦合演算法
  2.4  非貼體網格流固耦合方法
    2.4.1  浸入邊界法
    2.4.2  浸入體積法
  2.5  浸入邊界法分類
    2.5.1  浸入邊界法數學模型
    2.5.2  浸入邊界類型
  參考文獻
第3章  擴散界面浸入邊界法
  3.1  經典擴散方法
    3.1.1  數學模型
    3.1.2  差分方程
  3.2  直接強迫方法
    3.2.1  連續介質運動和變形的基本理論
    3.2.2  浸入邊界方程的建立
    3.2.3  結構體力密度的求解
    3.2.4  數值離散
  3.3  隱式直接力法
    3.3.1  投影浸入邊界法的時間推進
    3.3.2  力源項數值求解及速度的二次修正
    3.3.3  控制方程的空間離散化
    3.3.4  壓力泊松方程組求解
  參考文獻
第4章  銳利界面浸入邊界法
  4.1  銳利界面數學描述
    4.1.1  數學模型
    4.1.2  切割單元法
    4.1.3  浸入界面法
    4.1.4  混合笛卡兒-浸入邊界法
  4.2  浸入邊界插值點速度求解方法
    4.2.1  浸入邊界受力節點選擇
    4.2.2  靜止邊界
    4.2.3  移動邊界
    4.2.4  高階插值方法
  4.3  浸入界面處的表面力計算
  參考文獻
第5章  基於ALE的浸入邊界和格子Boltzmann混合演算法

  5.1  格子Boltzmann方法
    5.1.1  概述
    5.1.2  單鬆弛時間格子Boltzmann方法
    5.1.3  多鬆弛時間格子Boltzmann方法
  5.2  浸入邊界-格子Boltzmann方法
  5.3  ALE框架下浸入邊界法和格子Boltzmann方法的耦合求解方法
    5.3.1  二維隱式擴散IB-LBM
    5.3.2  三維隱式擴散IB-LBM
    5.3.3  混合求解演算法程序驗證
  參考文獻
第6章  高雷諾數浸入邊界法
  6.1  引言
  6.2  耦合湍流壁模型
  6.3  湍流模型邊界條件
  6.4  高雷諾數浸入邊界法實現
  6.5  工程實例分析
  6.6  小結
  參考文獻
第7章  基於浸入邊界的流固耦合計算策略
  7.1  時空高階格式
    7.1.1  概述
    7.1.2  時間推進
    7.1.3  對流項和黏性項空間離散
    7.1.4  計算域的邊界條件
    7.1.5  壓力處理
  7.2  松耦合演算法
    7.2.1  時間推進
    7.2.2  空間離散
    7.2.3  固體體積比的求解
    7.2.4  數值計算流程
  7.3  強耦合演算法
    7.3.1  隱式擴散浸入邊界大渦模擬方法
    7.3.2  浸入邊界-大渦模擬與有限元的強耦合演算法
  7.4  收斂加速與並行計算策略
    7.4.1  GPU和CUDA簡介
    7.4.2  基於CUDA的格子Boltzmann方法的實現
    7.4.3  基於OpenMP的浸入邊界法和剛體動力學的程序實現
  7.5  迭代求解策略
    7.5.1  方法概述
    7.5.2  稀疏矩陣存儲格式
    7.5.3  稀疏存儲在開源庫中的實現
  參考文獻
第8章  工程應用舉例
  8.1  懸臂樑的流激振動
    8.1.1  數值模型
    8.1.2  計算結果分析
  8.2  水翼主動與半主動耦合運動
    8.2.1  水翼主動耦合運動
    8.2.2  水翼半主動耦合運動
  8.3  三維雙曲柱繞流

    8.3.1  單圓柱繞流
    8.3.2  均勻來流下雙曲柱繞流
  8.4  粒子輸運與沉降
    8.4.1  二維橢圓顆粒輸運
    8.4.2  三維球形顆粒沉降
  8.5  魚的自主遊動
    8.5.1  「C」形魚遊動理論分析
    8.5.2  自由遊動魚模型的建立
    8.5.3  魚啟動、巡遊及滑行過程中的流固耦合特性分析
  8.6  水力機械導葉調節模擬
    8.6.1  計算模型
    8.6.2  單水翼運動工況
    8.6.3  多水翼運動工況
    8.6.4  非正弦俯仰運動的影響
    8.6.5  衰減頻率的影響
    8.6.6  雷諾數的影響
  參考文獻

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