稀薄氣體動(dòng)力學(xué)矩方法及數(shù)值模擬
定 價(jià)：128 元
叢書名：“十三五”國家重點(diǎn)出版物出版規(guī)劃項(xiàng)目·重大出版工程·高速聲速出版工程
- 作者：陳偉芳, 趙文文著
- 出版時(shí)間：2017/11/1
- ISBN：9787030554390
- 出 版 社：科學(xué)出版社
- 中圖法分類：O354
- 頁碼：352
- 紙張：
- 版次：01
- 開本：B5
本書共分為五章。第一章為緒論，闡述了Boltzmann方程與矩方程的研究意義、發(fā)展歷程、工程應(yīng)用背景及面臨的挑戰(zhàn)。第二章詳細(xì)介紹了稀薄氣體動(dòng)力學(xué)中的基本概念，氣體宏觀屬性與微觀統(tǒng)計(jì)量之間的聯(lián)系，Boltzmann方程的基本假設(shè)與推導(dǎo)，基于Boltzmann方程的守恒定律及熱力學(xué)定律推導(dǎo)和矩方程的一般形式。第三章針對經(jīng)典Chapmann-Enskog展開推導(dǎo)了不同類型二階矩方程--Burnett方程的一維與高維形式。
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目錄
叢書序
序言
前言
第一章 緒論
1.1 Boltzmann方程研究進(jìn)展 1
1.2 矩方法研究進(jìn)展 8
1.2.1 Chapman-Enskog展開與Burnett方程 9
1.2.2 Hilbert展開與Grad方程 14
1.2.3 非線性本構(gòu)關(guān)系理論 15
1.3 稀薄氣體動(dòng)力學(xué)與臨近空間飛行器 16
1.4 本書主要內(nèi)容 19
參考文獻(xiàn) 21
第二章 Boltzmnn方程與速度矩 30
2.1 基本概念 30
2.1.1 理想氣體與分子平均自由程 30
2.1.2 宏觀物理量的微觀描述 32
2.1.3 速度分布函數(shù) 35
2.2 Boltzmann方程 35
2.2.1 速度分布函數(shù)f的時(shí)空演化 35
2.2.2 Boltzmann方程的假設(shè)與一般形式 37
2.2.3 麥克斯韋分布函數(shù)與平衡態(tài) 38
2.2.4 邊界條件的微觀表達(dá)形式 41
2.2.5 Boltzmann模型方程 42
2.3 矩與輸運(yùn)方程 45
2.3.1 單組分相密度的矩 45
2.3.2 混合氣體相密度的矩 49
2.3.3 輸運(yùn)方程 51
2.4 Boltzmann-H定理與熵 57
2.4.1 Boltzmann-H定理 57
2.4.2 熵和Boltzmann方程不可逆性 58
2.4.3 Gibbs悖論 60
2.5 Chapman-Enskog展開方法 60
參考文獻(xiàn) 69
第三章 Burnett方程及其穩(wěn)定性分析 71
3.1 Burnett方程一般形式 71
3.2 原始Burnett方程 74
3.3 常規(guī)Burnett方程 75
3.4 增廣Burnett方程 79
3.5 Woods方程與BGK-Burnett方程 81
3.6 正則化Burnett方程 82
3.7 簡化常規(guī)Burnett方程 88
3.8 Burnett方程線性穩(wěn)定性與熵增分析 93
3.8.1 Burnett方程線性穩(wěn)定性分析 93
3.8.2 Burnett方程的熵輸運(yùn)及熵增分析 107
參考文獻(xiàn) 124
第四章 量熱完全氣體Burnett方程數(shù)值模擬 126
4.1 激波結(jié)構(gòu)問題 126
4.1.1 激波結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與關(guān)鍵特征參數(shù) 127
4.1.2 激波結(jié)構(gòu)計(jì)算穩(wěn)定性與網(wǎng)格斂散性分析 128
4.1.3 激波結(jié)構(gòu)計(jì)算模擬 129
4.2 微尺度Couette流動(dòng)問題 142
4.2.1 控制方程 144
4.2.2 邊界條件 146
4.2.3 計(jì)算方法 147
4.2.4 算例分析 149
4.3 量熱完全氣體Burnett方程形式 152
4.4 空間差分格式與通量分裂方法 160
4.4.1 有限體積空間離散方法 161
4.4.2 MUSCL插值方法 162
4.4.3 通量分裂方法與AUSM 類格式 163
4.5 時(shí)間隱式處理 166
4.5.1 隱式時(shí)間離散方法的一般形式 166
4.5.2 LU-SGS方法 167
4.5.3 時(shí)間步長計(jì)算與黏性項(xiàng)近似隱式處理 169
4.6 初邊值條件 172
4.6.1 流場初始條件與虛擬網(wǎng)格 172
4.6.2 邊界條件 173
4.6.3 多塊網(wǎng)格與并行計(jì)算 174
4.7 典型流動(dòng)數(shù)值模擬與分析 175
4.7.1 二維高超聲速圓柱繞流 175
4.7.2 三維高超聲速球頭繞流 185
4.7.3 三維雙曲鈍錐再入流動(dòng) 191
4.7.4 三維空心擴(kuò)張圓管 196
4.7.5 三維高超聲速尖雙錐飛行器 200
4.7.6 三維高超聲速類HTV-2飛行器 205
參考文獻(xiàn) 209
第五章 考慮高溫氣體效應(yīng)的Burnett方程流動(dòng)數(shù)值模擬 214
5.1 高溫氣體熱力學(xué)與化學(xué)非平衡理論 216
5.1.1 氣體模型與高溫氣體效應(yīng) 216
5.1.2 熱力學(xué)狀態(tài)與溫度模型 217
5.1.3 化學(xué)平衡流、非平衡流與凍結(jié)流 220
5.2 高溫?zé)峄瘜W(xué)非平衡流動(dòng)控制方程 221
5.2.1 振動(dòng)能化學(xué)非平衡流Burnett方程直角坐標(biāo)形式 221
5.2.2 化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型 227
5.2.3 熱力學(xué)關(guān)系 228
5.2.4 混合氣體輸運(yùn)系數(shù) 230
5.3 非平衡流數(shù)值計(jì)算方法 232
5.3.1 控制方程定解條件 232
5.3.2 數(shù)值離散與差分格式 233
5.3.3 化學(xué)反應(yīng)源項(xiàng)點(diǎn)隱式處理 233
5.3.4 熱力學(xué)溫度的求解 235
5.4 典型流動(dòng)數(shù)值模擬與分析 236
5.4.1 二維高超聲速圓柱繞流 236
5.4.2 三維高超聲速球頭繞流 250
5.4.3 三維高超聲速鈍錐繞流 252
參考文獻(xiàn) 258
第六章 Grad方法及正則化方法 262
6.1 基于Grad方法的矩封閉理論 262
6.2 Grad十三矩方程 265
6.3 Grad方程Chapman-Enskog展開 267
6.4 Grad方程正則化理論及R-13方程 269
6.5 矩方程量綱分析法 274
參考文獻(xiàn) 276
第七章 廣義流體力學(xué)方法理論及應(yīng)用 278
7.1 NCCR理論基礎(chǔ)與方程基本形式 279
7.1.1 Boltzmann-Curtiss方程 279
7.1.2 廣義流體動(dòng)力學(xué)方程推導(dǎo) 280
7.2 NCCR理論數(shù)值計(jì)算方法 294
7.2.1 無量綱化的控制方程和非線性耦合本構(gòu)模型 294
7.2.2 非線性耦合本構(gòu)關(guān)系的迭代解法 296
7.2.3 非線性耦合本構(gòu)關(guān)系特征曲線 302
7.3 典型流動(dòng)數(shù)值模擬與分析 308
7.3.1 滑移流域單原子氣體圓柱繞流 308
7.3.2 過渡流域雙原子氣體圓柱繞流 310
7.3.3 三維軸對稱空心擴(kuò)張圓管高超聲速流動(dòng) 312
參考文獻(xiàn) 314
符號說明 317
附錄A Burnett方程系數(shù)表及計(jì)算公式 322
附錄B 量熱完全氣體數(shù)值通量雅克比矩陣推導(dǎo) 325
附錄C 轉(zhuǎn)動(dòng)非平衡氣體源項(xiàng)雅克比矩陣推導(dǎo) 327
附錄D 單溫模型非平衡數(shù)值通量與源項(xiàng)雅克比矩陣 329
附錄E 雙溫模型非平衡數(shù)值通量與源項(xiàng)雅克比矩陣 331
附錄F 空氣化學(xué)反應(yīng)模型及組分常數(shù)表 334
后記 336
彩頁 337
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