流体力学(含流体机械)重点暨题型解析

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具体描述

作者凭借本身深厚之学理素养,透过多年在补教工作上的历练,建立独特之理论架构及论述。全书以丰富图表解说概念,并辅以经典题型供读者观念验证与应用。

  由于市面上几乎找不到内容完整且专为国考及国营事业而准备的流体力学书籍,为了满足考生的需求,作者深入了解国考及国营事业试题并全新撰写适合考生阅读之参考用书。作者发现国考及国营事业考题与研究所入学考的考题比较,亦有部分相似之处,因此,内容上除大量加入近年国考及国营事业考题作为例题外,并特别选录重要研究所试题,翻译为中文题型,让此书更具完整性。相信以如此完整的参考书籍,必定能使考生在极短的时间内,掌握考题的命题趋势,在考场上无往不利。

本书特色

  一、内容铺陈由浅入深,观念解说详细,连贯性强

  针对理论观念处,做精确解说,使读者易于阅读,快速掌握各章节的关联性。

  二、标题与架构清晰分明
  让读者迅速抓住各章节的重点,并有系统的组织其观念与架构。

  三、网罗历年必考试题,掌握考试趋势及脉动
  将重要的历届试题依章节编排,按题型循序演练,可提升相关类题的应考实力!

  四、解题精准、化繁为简,提供完整应试技巧
  透过详尽完整的解答剖析,完全釐清观念、掌握重点、学习进阶的解题技巧,获取高分!
图书简介:现代计算流体力学与应用 流体力学是理解自然界和工程实践中物质输运与相互作用的关键学科。 本书旨在深入探讨现代计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)的理论基础、数值方法及其在复杂工程问题中的实际应用。我们避开了传统流体力学(如伯努利原理、粘性流基础等)和纯粹的流体机械设计细节,将焦点完全集中于如何利用高性能计算手段来求解 Navier-Stokes 方程组,并展示这些工具如何重塑现代工程设计流程。 --- 第一部分:CFD 基础理论与数学模型重构 本部分首先为读者奠定坚实的数学和物理基础,但视角完全聚焦于数值求解的视角。 第一章:流体力学方程组的数值化准备 1.1 现代流体动力学方程的张量表达与守恒律: 重新审视质量、动量和能量守恒定律,强调其在控制体积上的积分形式,这是有限体积法的理论基石。我们将详细分析不同坐标系下方程的表达,并讨论描述流体特性的本构关系(如牛顿流体、非牛顿流体)的边界条件设定。 1.2 湍流模型的演进与挑战: 湍流是CFD应用中最具挑战性的部分。本章深入探讨从雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)方程到大涡模拟(LES)及直接数值模拟(DNS)的理论过渡。详细介绍主流的 RANS 模型,如 $k-epsilon$ 模型(标准、重整化群)、$k-omega$ 模型(SST 模型)及其在处理分离流、逆压梯度流动中的局限性与改进策略。对亚格子尺度(Subgrid Scale, SGS)模型的物理意义和数值实现进行深入剖析。 1.3 稀疏与稠密流体问题的区分: 区分针对高速气体动力学(可压缩流)和低速液体流动(不可压缩流)的方程组简化和预处理方法。重点讨论处理激波、膨胀波等强间断性问题的特有数值技巧。 第二章:离散化方法的核心原理 本章是本书的数值核心,讲解如何将偏微分方程转化为可求解的代数方程组。 2.1 有限差分法(FDM)在网格重构中的应用: 尽管FDM在复杂几何体应用受限,但其高阶精度格式(如紧致格式)在结构化网格上的应用仍有借鉴意义。重点分析迎风格式和中心格式的稳定性和色散误差。 2.2 有限体积法(FVM)的几何约束与通量计算: 深入探讨 FVM 的核心——如何精确计算通过控制体界面上的物理量通量。详细阐述界面通量的计算方法,包括黎曼求解器(如 Roe, HLLC, AUSM 等)在处理激波和接触间断时的表现,以及对质量和动量守恒的保证。 2.3 有限元法(FEM)与混合方法: 介绍 FEM 在处理流固耦合(FSI)问题中的优势,特别是其处理复杂边界的能力。简要探讨配点法(Collocated Methods)和非结构化网格上的离散化挑战。 --- 第二部分:求解器架构与高效算法 本部分聚焦于如何有效地求解由离散化产生的庞大线性方程组,这是决定CFD计算效率的关键。 第三章:压力-速度耦合算法详解 3.1 非耦合求解器的局限性: 分析不可压缩流动中,压力和速度场之间的隐式耦合关系(由连续性方程驱动)带来的求解难题。 3.2 SIMPLE 算法家族的迭代改进: 详细剖析 SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations)算法的修正过程,包括 PISO 和 SIMPLIC 算法的结构。重点讨论压力泊松方程的构建、离散化和解耦策略,以及松弛因子的选择对收敛性的影响。 3.3 基于分离(Fractional Step)与压强修正法: 深入讲解如何通过投影算子将速度场投影到连续性流形上,并分析预条件子(Preconditioners)在加速压力求解中的作用。 第四章:代数方程组的高效求解技术 4.1 稀疏矩阵的存储与预处理: 讨论大型稀疏矩阵的存储格式(如 CSR, CSC)及其对内存效率的影响。 4.2 迭代求解器的性能分析: 详细介绍 Krylov 子空间方法(如 GMRES, BiCGStab)在求解非对称、系统矩阵上的应用。重点分析多重网格(Multigrid, MG)方法的加速机制,包括 V 循环、W 循环及其在不同网格层级上的应用,特别是针对压力方程的预处理。 4.3 隐式与显式时间推进方法: 对比欧拉法(前向/后向)、Crank-Nicolson 等方法的稳定性(CFL 条件)和精度。重点分析在 LES 等需要解析瞬态波动的模拟中,如何选择合适的隐式时间步进策略以平衡计算成本和物理准确性。 --- 第三部分:网格生成、后处理与高级应用 本部分将理论与实践相结合,介绍将模型应用于真实世界问题的关键步骤。 第五章:适应性网格与边界处理 5.1 结构化、非结构化与混合网格的优缺点: 比较不同网格类型的生成技术(如体积分法、边界投射法)及其对数值扩散的影响。 5.2 网格质量指标与自适应网格加密(Adaptive Mesh Refinement, AMR): 讨论网格质量(正交性、纵横比)对解精度的量化评估。介绍基于梯度的判据、涡度判据等如何驱动 AMR 过程,实现计算资源在关键物理区域的动态分配。 5.3 近壁面网格处理: 针对湍流边界层,详细探讨壁面函数法(Wall Functions)的适用范围与局限性,以及低雷诺数模型中如何处理 $y^+$ 值接近零的网格点,保证粘性子层的准确解析。 第六章:高级应用案例与数据验证 6.1 流固耦合(FSI)的耦合策略: 介绍单向、双向耦合的数值实现。重点讨论流体求解器与结构求解器之间数据交换的同步、插值算法(如 RBF, Tree-based Interpolation)以及耦合迭代策略(松散耦合与强耦合)。 6.2 瞬态优化与逆向问题求解: 探讨利用伴随方程(Adjoint Equations)进行效率更高的灵敏度分析和气动外形优化(Shape Optimization)。 6.3 结果的可靠性评估与不确定性量化(UQ): 强调数值解必须通过严格的验证(Verification,如网格收敛性研究)和确认(Validation,与实验/解析解对比)。介绍如何量化和传播模型输入(如湍流模型常数、边界条件误差)对最终解的不确定性影响。 本书适合具备基础流体力学和数值分析背景的研究人员、高年级本科生及研究生,旨在提供一个深入理解现代CFD求解器内部机制的全面指南,而非简单停留在软件操作层面。

著者信息

作者简介

王立宏


  .台湾大学工学硕、博士
  .专长计算流体力学、微通道热流问题
  .具有多年补教经验

图书目录

Chapter1 基本概念
Chapter2 流体静力学
Chapter3 流体运动学
Chapter4 控制体积的积分型式
Chapter5 流体质点的微分型式
Chapter6 因次分析与相似性
Chapter7 不可压缩之黏性内部流场
Chapter8 不可压缩之黏性外部流场
Chapter9 二维理想流体力学
Chapter10 明渠流
Chapter11 流体机械
附录 历届试题

图书序言

图书试读

用户评价

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收到这本书的时候,我正在为一项关于污水处理厂水泵选型的项目而发愁。流体力学一直是我的软肋,尤其是涉及到复杂的流体机械设计和性能分析时,我常常感到力不从心。市面上关于流体力学的书籍很多,但要么过于理论化,要么过于宽泛,很难找到一本能真正解决我实际问题的书。这本书的“重点暨题型解析”这个标题,恰好击中了我。我立刻翻阅了其中的流体机械部分,发现它的内容非常贴合我的需求。例如,在讲解离心泵的特性曲线时,它不仅给出了理论公式,还列举了如何根据不同的流量和扬程要求,从特性曲线上选择合适的泵型,并且详细解释了选择过程中的一些关键考量因素,比如效率、汽蚀余量等。这本书的题型解析部分更是让我觉得物超所值。它不是简单地给出题目和答案,而是通过分析题目的题设条件,引导读者一步步思考,最终找到解题的关键。我印象特别深刻的是关于管道系统水力计算的章节,它把各种常见的管道连接方式,如串联、并联,以及局部阻力系数的计算都进行了详细的归纳和讲解,并提供了相应的例题。这对于我在项目计算过程中,避免出现错误非常有帮助。总的来说,这本书的结构清晰,内容详实,理论与实践相结合,对于我这种需要将流体力学知识应用于实际工程中的读者来说,是极佳的学习资料。它让我对流体力学有了更深刻的理解,也增强了我解决实际问题的信心。

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这本书的出现,简直是解了我长久以来对流体力学这个科目的困惑。我不是读理工科的,但因为工作原因,需要接触到一些流体相关的基础知识,以前看那些厚厚的教科书,简直是天书,公式推导看得头昏脑胀,根本抓不住重点。这本书就不一样了,它的副标题“重点暨题型解析”简直是为我量身定做的。我最怕的就是只讲理论,却不知道怎么应用。这本书很聪明地把理论和实际应用结合起来,尤其是在题型解析的部分,它不仅仅是给出一道题和答案,而是详细地分析了这道题考查的是哪个知识点,解题思路是什么,需要注意哪些陷阱,甚至是可能遇到的变种题型。我印象特别深刻的是关于伯努利方程的应用,以前我只知道有个公式,但不知道什么时候该用,怎么判断流体是定常流还是非定常流,这些书里都讲得清清楚楚。而且,它还举了很多实际的工程例子,比如水泵的设计、管道输送等等,让我能把枯燥的理论和生活联系起来,学习起来就没有那么枯燥了。对于我这种非科班出身的人来说,这本书真的像一盏明灯,照亮了我学习流体力学的道路,让我不再害怕这个曾经觉得无比高深的学科。这本书的编排也很合理,章节过渡自然,重点突出,让人很容易跟随作者的思路。它不仅仅是知识的罗列,更是一种学习方法的指导,让我学会如何去思考和解决流体相关的问题。

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作为一名即将毕业的机械工程系学生,我一直觉得流体力学是我所有课程中最头疼的一门。理论晦涩难懂,计算繁琐复杂,每次考试都感觉像是过鬼门关。当我拿到这本《流体力学(含流体机械)重点暨题型解析》时,说实话,我并没有抱太大的希望,因为市面上类似的书籍实在太多了,但大多数都只是对课本内容的复述,并没有真正解决我们学生在学习过程中遇到的痛点。然而,这本书的出现,让我眼前一亮。它最大的亮点在于“重点暨题型解析”这几个字。作者非常聪明地抓住了学生学习的薄弱环节,没有浪费篇幅去冗余地阐述那些不常考或者太过偏僻的理论,而是直击核心,把那些最重要、最常考的知识点提炼出来,用更加通俗易懂的语言进行解释。更关键的是,它不仅仅是讲解这些知识点,更重要的是如何将这些知识点应用到实际的题目中。我最喜欢的部分是它的题型解析,它会把同一类型的题目,以不同的问法、不同的侧重点呈现出来,然后一步步地拆解,告诉你解题的关键在哪里,每一步的逻辑是什么,甚至会提醒你在解题过程中容易犯的错误。这种“拆解式”的学习方法,让我能够真正理解题目的本质,而不是死记硬背公式。特别是关于动量方程在复杂流动分析中的应用,以及相似理论在模型试验中的选择,这些内容在我之前学习时都觉得非常抽象,但在这本书里,通过大量的例题和详细的步骤讲解,我才真正领悟了其中的奥妙。这本书的学习效率非常高,与其自己埋头苦读课本,不如有针对性地学习这本书的核心内容,再结合题型解析进行巩固,效果会事半功倍。

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对于我这种在大学阶段对流体力学“逃课”多次的学生来说,这本书简直是“救星”。毕业后在一家环保工程公司工作,经常会接触到水处理相关的项目,流体力学知识的缺乏让我感觉非常吃力,很多报告和方案都看不懂,更别说提出有建设性的意见了。朋友推荐了这本《流体力学(含流体机械)重点暨题型解析》,我抱着试一试的心态入手了。这本书最大的优点就是它的“实用导向”。它不像大学课本那样,从一开始就给你灌输一堆理论,而是直奔主题,告诉你流体力学在实际工程中是如何应用的。我尤其喜欢它的“流体机械”部分,对各种泵、风机、阀门的原理和选型都做了非常详细的介绍,还结合了实际案例,让我能快速理解这些设备在项目中的作用。而“题型解析”部分,更是让我感觉“对症下药”。它不是简单地给出题目的解法,而是会分析出题的思路,以及解题过程中可能遇到的陷阱。我印象特别深刻的是关于流体在管道中流动损失计算的部分,以前我总是混淆糙率和当量粗度,导致计算结果偏差很大。这本书用图表和对比的方式,清晰地解释了这两者的区别以及在不同计算公式中的应用,让我茅塞顿开。通过这本书的学习,我感觉我的专业能力得到了很大的提升,也更有信心应对工作中遇到的流体相关问题。它让我真正认识到,学习流体力学,不是为了考试,而是为了解决实际问题。

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作为一名对科学充满好奇心的非科班人士,我一直对流体力学这个学科感到既着迷又敬畏。总觉得它充满了神秘感,是那些高智商的科学家才能玩转的领域。直到我偶然看到了这本《流体力学(含流体机械)重点暨题型解析》,我才发现,原来它并没有我想象的那么遥不可及。这本书最大的优点在于它的“易懂性”。作者用了非常平实的语言,将原本可能非常复杂的概念解释得浅显易懂。我特别喜欢它在介绍一些基础概念时,会用生活中的例子来打比方,比如用吹泡泡来解释表面张力,用开水壶烧水来讲解热对流。这些生动的比喻,让我一下子就抓住了问题的核心。而“题型解析”部分,更是让我觉得这本书充满了“人性化”。它不是一股脑地把所有的题目都丢给你,而是把各种类型的题目进行分类,然后有针对性地进行讲解。例如,在讲到阿基米德原理时,它会分析为什么浮力等于排开液体所受到的重力,并通过不同形状物体的受力分析,来解释这个原理是如何应用的。这本书让我觉得学习流体力学不再是一件苦差事,而是一种探索和发现的乐趣。它就像一位循循善诱的老师,耐心解答你的每一个疑问,并引导你一步步走向更深的理解。我不再害怕那些复杂的公式,因为我知道,只要理解了背后的原理,公式只是一个工具。这本书让我对流体力学产生了浓厚的兴趣,并激励我去进一步探索这个奇妙的世界。

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这本书,与其说是一本教材,不如说是一本“流体力学思维指南”。我是在准备一项关于船舶设计的项目时,需要用到流体力学知识,才开始接触这本书的。之前我对流体力学的理解,停留在“背公式”的阶段,考试能过就行。但这本书,却让我体会到了流体力学真正的魅力。它在讲解每一个知识点时,都不仅仅是给出定义和公式,而是深入分析了这个知识点是如何被发现的,它解决了什么问题,以及在实际应用中需要注意什么。我特别喜欢它关于“相似理论”的讲解,它通过对模型试验的详细分析,让我明白了为什么在设计大型水坝或者舰船时,需要进行缩尺模型试验,以及如何根据试验结果来推断实际的性能。而“题型解析”部分,更是将这种“思维”的训练落到了实处。它不是让你去套用某个公式,而是让你去分析题目的条件,判断应该采用哪种理论模型,然后一步步地推导出答案。我印象最深刻的是关于水下航行器阻力计算的部分,它会根据航行器的形状、速度、流体性质等因素,引导你一步步地进行估算,并且会提醒你在计算过程中可能出现的误差来源。这本书让我不再畏惧流体力学,反而对它产生了浓厚的兴趣。它让我学会了如何用流体力学的视角去分析和解决问题,这种思维方式,对于我未来的职业发展,无疑是有着重要的意义。

评分

这本书的出现,让我对流体力学这个曾经让我望而生畏的学科,有了全新的认识。我是在参加一个关于新能源的培训时,接触到流体力学相关的内容,当时就觉得非常吃力,很多概念都理解不了。后来,我特意找了这本书来学习。它最让我感到惊喜的是,能够将非常抽象的物理概念,用非常直观的方式呈现出来。例如,在讲解流体混合和扩散的时候,它会用很多生活化的例子,比如咖啡里的牛奶是如何混合的,香水是如何扩散的,然后将这些现象与流体力学中的湍流、扩散系数等概念联系起来。而“题型解析”部分,更是将学习的重点落到了实处。它会把一些非常经典的流体力学问题,例如自由液面绕流、空化现象等,进行详细的解析,并且会提供多种解题思路,让你能够从不同的角度去理解问题。我印象深刻的是关于动量方程在计算明渠流和有压流中的应用,它详细地给出了每一步的推导过程,并且说明了在什么条件下可以简化计算。这本书不是那种一味灌输知识的书,它更像是在引导读者进行思考,让你在解决问题的过程中,逐渐掌握流体力学的精髓。对于我这种跨领域学习的人来说,这本书无疑是一本不可多得的宝藏,它让我能够快速有效地掌握流体力学的基础知识,并将其应用于我的研究领域。

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这本书简直是为那些准备考研或者考公的同学量身定做的“秘籍”! 我不是应届毕业生,已经工作好几年了,但因为职业发展需要,不得不重新拾起流体力学这个科目,准备考研。说实话,离开校园这么久,重新面对流体力学这种“硬核”的工科科目,压力真的很大。以前读书的时候,课本看得云里雾里的,遇到题目更是摸不着头脑。但这本书,从目录到内容,都充满了“干货”。它的“重点”部分,把流体力学的核心概念,比如流体静力学、流体动力学、相似性原理等,都提炼得非常精炼,而且语言非常简洁明了,没有那些冗余的学术术语,读起来一点都不费劲。我特别欣赏它对一些基本原理的阐释,比如量纲分析和无量纲数在流体机械设计中的重要性,以前我只是知道有这么回事,但具体怎么用,这本书用非常清晰的图示和例子,把我彻底讲明白了。而它的“题型解析”部分,更是让我惊喜。它把考试中经常出现的那种“变着花样”考查同一个知识点的题目,都归类整理出来,然后逐一分析,告诉你出题人的思路是什么,以及如何快速准确地找到解题方法。我最头疼的各种边界层理论和流动损失的计算,在这本书里都有非常详尽的解析,甚至还提供了很多实用的计算技巧和公式简化方法。这本书不是那种死板的教材,它更像是一个经验丰富的老师,知道你的痛点在哪里,然后用最直接有效的方式帮你解决问题。我感觉,有了这本书,我的复习效率提高了很多,也更有信心面对考试了。

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我是一名来自南部的技师,平时的工作涉及到一些水泵、风机的维护和简单的性能评估。坦白说,以前我对流体力学的理解都停留在“凭感觉”的层面,很多时候是依靠经验来判断问题。直到我接触到这本《流体力学(含流体机械)重点暨题型解析》,我才真正开始系统地、科学地认识这个领域。这本书的实用性是我选择它的最主要原因。它没有过多地纠缠于那些高深的数学推导,而是更侧重于理论在实际工程中的应用。特别是关于流体机械的部分,它对离心泵、轴流泵、罗茨鼓风机等常见设备的工作原理、性能参数以及故障诊断都做了非常详细的说明。这本书最让我受益匪浅的是“题型解析”部分。它不仅仅是罗列题目,更是深入剖析了各种常见问题的解决方法。例如,在处理管道系统中的水头损失时,它不仅给出了达西-魏斯巴赫公式,还结合实际的工程管径、流速、摩擦系数等参数,通过大量的例题演示了如何一步步计算。此外,书中对流体粘度和雷诺数对流动阻力的影响,以及在不同工况下流体机械效率的分析,都提供了非常直观的图表和数据,让我能够更好地理解这些抽象的概念。通过学习这本书,我感觉自己解决现场问题的能力有了质的飞跃,不再只是“知其然”,更能“知其所以然”。这本书对于一线工程技术人员来说,绝对是一本不可多得的宝典。

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我是一名对航空航天领域充满热情的业余爱好者,虽然没有接受过系统的工科教育,但我一直对飞机和火箭的飞行原理感到好奇。流体力学,尤其是空气动力学,自然是我绕不开的一门学科。在寻找相关的学习资料时,我偶然发现了这本《流体力学(含流体机械)重点暨题型解析》。这本书对于我这样没有基础的学习者来说,简直是“雪中送炭”。它没有上来就讲复杂的空气动力学方程,而是从最基础的流体性质、流体静力学讲起,循序渐进。我特别喜欢它对“势流理论”的讲解,它用非常形象的比喻,比如水流通过障碍物时产生的“势场”,来解释这种抽象的理论。而“题型解析”部分,更是让我受益匪浅。它会把一些常见的空气动力学问题,例如翼型表面的压力分布、飞机的升力和阻力计算等,用简化的模型和公式进行讲解,并且给出具体的计算步骤。我印象最深刻的是关于“马赫数”的讲解,它不仅解释了马赫数是什么,还详细分析了在不同马赫数下,空气的流动特性是如何变化的,以及这对飞机设计的影响。这本书让我能够将抽象的理论与实际的航空器模型联系起来,仿佛真的能够“看到”空气在物体周围流动。它为我打开了通往航空航天世界的大门,让我能够更深入地理解那些我曾经只在科幻电影里看到过的飞行器是如何工作的。

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