內容簡介

計算多物理場-有限體積方法應用
根據作者多年從事數值計算的經驗和開展計算多物理場教學的體會而編寫，盡量避免復雜的數學理論推導，側重數值計算實現的方式、方法；作為多物理場計算程序開發的教材，滿足當前多場耦閤計算技術教學的需要，內容盡量涵蓋近年來多物理場方麵研究的最新進展。全書共分9章，前5章為數值計算基本方法，包括基本控製方程、網格生成、離散方法基礎以及代數方程組求解；後4章為耦閤計算方法，包括熱流耦閤、流聲耦閤、結構聲耦閤以及熱應力耦閤計算方法。
本書內容豐富，涉及多種物理場耦閤模擬方法。它可以作為高等院校動力工程及工程熱物理、輪機工程等專業的研究生教材，也可以供相關專業的教師、科研人員和工程技術人員參考。

目錄

第1章　緒　論
1.1　計算多物理場應用
1.1.1　熱應力耦閤
1.1.2　結構聲耦閤
1.1.3　流聲耦閤
1.2　數值方法的組成部分
1.2.1　數學模型
1.2.2　離散方法
1.2.3　坐標及嚮量係統
1.2.4　數值網格
1.2.5　有限近似
1.2.6　求解過程
1.2.7　收斂標準
1.3　數值求解方法的性質
1.3.1　一緻性
1.3.2　穩定性
1.3.3　收斂性
1.3.4　守恒性
1.3.5　有界性
1.3.6　可靠性
1.3.7　精確性
1.4　離散方法
1.4.1　有限差分法
1.4.2　有限元法
1.4.3　有限體積法
參考文獻
第2章　物理問題的數學模型
2.1　連續介質定義
2.2　連續介質力學
2.2.1　質量守恒方程
2.2.2　動量守恒方程
2.2.3　能量守恒方程
2.3　流體動力學基本方程
2.4　固體動力學基本方程
2.5　流體中的聲波方程
2.6　各嚮同性彈性體中的應力波方程
2.7　狀態方程
2.8　基本數學公式
參考文獻

前言/序言

隨著製造業數字化時代的到來，軟件的重要性日趨顯現，並起著舉足輕重的作用，計算科學發展成為影響國傢利益與國傢安全的戰略性問題。一些國傢將計算機建模與仿真列為優先發展的服務於國傢利益的關鍵技術。有國內學者指齣，應將自主CAE軟件的開發提高到戰略發展的高度。關於計算多物理場方法及軟件開發的相關著作較少，因此作者及團隊在多年研究和積纍的基礎上撰寫瞭本教材。本教材最初為團隊內從事軟件開發的研究生培訓材料，2011年開始在哈爾濱工程大學內為研究生開設計算多物理場課程，並形成初稿。
一般來說，物理現象中各種作用都不是單獨存在的，物理係統的耦閤就是我們所說的多物理場相互作用，其分析比單獨一個物理場要復雜得多。常見的耦閤問題有熱流耦閤、流固耦閤、熱應力耦閤、結構聲耦閤、流聲耦閤等。物理係統中每增加一個耦閤的物理場，就意味著數值計算時增加一個或多個未知的物理變量，同樣的離散條件下，自由度數將會擴大。20世紀90年代以前，由於計算機資源的缺乏，多物理場模擬僅僅停留在理論階段，仿真建模也局限於單個物理場，最常見的是力學、傳熱、流體以及電磁場模擬。經過數十年的努力，計算科學的發展為我們提供瞭更靈巧、更簡潔而又更快速的算法，強勁的硬件配置，使得對多物理場的模擬成為可能。新興的有限體積方法為多物理場分析提供瞭一個新的機遇，滿足瞭工程師對真實物理係統的求解需要。以流固耦閤來說，它是流體力學與固體力學兩者之間相互作用産生的，其研究對象是固體在流場作用下的各種行為以及固體變形或運動對流場的影響。
多物理場耦閤計算方法是一門交叉學科，到目前為止，還未見到相關的教材。本教材盡量避免復雜的數學理論推導，側重數值計算實現的方式、方法；作為多物理場計算程序開發教材，它可滿足當前多場耦閤計算技術教學的需要，內容盡量涵蓋近年來多物理場方麵研究的最新進展。
全書共分9章，前5章為數值計算基本方法，包括基本控製方程、網格生成、離散方法基礎以及代數方程組求解；後4章為耦閤計算方法，包括熱流耦閤、流聲耦閤、結構聲耦閤以及熱應力耦閤計算方法。
本書的齣版得到瞭工業和信息化部“十二五”規劃教材齣版基金的資助，同時部分內容由國傢自然科學基金(51206031、51479038)、國庫基本科研業務費(HEUCF100307、HEUCF130302)等項目資助完成，在此深錶謝意！作者還要特彆感謝倪大明博士、宣領寬博士和龔京風博士在流聲耦閤、聲固耦閤以及熱應力耦閤計算方法研究方麵開展的相關工作。感謝團隊中已畢業及在讀的研究生為本書的齣版付齣的辛勤勞動！
由於計算多物理場涉及多個學科，計算方法發展速度較快，編寫內容難免掛一漏萬；另外，作者學識水平有限，書中難免齣現謬誤和不妥之處，懇請讀者及同行批評指正。
明平劍
於哈爾濱工程大學
2015年4月

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