格子玻尔兹曼方法：基础与工程应用

作者: [加拿大] A.A. Mohamad （穆罕默德·阿卜杜勒马吉德）著 , 杨大勇译

出版社: 电子工业出版社

出版时间: 2015-06

版次: 1

ISBN: 9787121259296

定价: 49.00

装帧: 平装

开本: 16开

纸张: 轻型纸

页数: 212页

字数: 326千字

正文语种: 简体中文

分类: 自然科学

本书是格子玻尔兹曼方法（LBM）方面的一本入门教程。本书从LBM的基本原理和常用模型入手，采用循序渐进的方式，逐步介绍了LBM在扩散、对流-扩散、等温和非等温不可压缩流体流动，以及复杂流动等典型问题中的实际应用。本书提供了全部实例完整的计算机代码（FORTRAN语言编写），针对扩散和对流-扩散问题，还给出了有限差分法和LBM的对比程序和研究结果。全书理论简单，程序结构清晰，实用性强，便于读者学习、调试和应用。杨大勇，南昌大学信息工程学院副教授，主要从事测控技术与仪器专业学科的教学及微机电系统、微流控芯片等方向的科研工作，获得2008年度江西省高等学校科技成果二等奖（项目排名第二）及2013年南昌大学第三届教授授课竞赛二等奖。目  录
第1章  引言与粒子动力学 1
1．1  引言 2
1．2  动力学理论 4
1．2．1  粒子动力学 4
1．2．2  压力和温度 5
1．3  分布函数 7
第2章  玻尔兹曼方程 15
2．1  玻尔兹曼输运方程 16
2．2  BGKW近似 19
2．3  格子排列 20
2．3．1  一维模型 20
2．3．2  二维模型 21
2．3．3  三维模型 22
2．4  平衡分布函数 23
第3章  扩散方程 25
3．1  扩散方程简介 26
3．2  有限差分近似法 27
3．3  格子玻尔兹曼方法 29
3．4  平衡分布函数 31
3．5  Chapman-Enskog展开 32
3．5．1  归一化和尺度 35
3．5．2  恒温限大板中的热扩散 36
3．5．3  Chapman-Enskog展开的边界条件 37
3．5．4  恒热流密度例子 38
3．6  源或汇 39
3．7  轴对称扩散 40
3．8  二维扩散方程 41
3．8．1  D2Q4 41
3．8．2  D2Q5 42
3．9  边界条件 42
3．9．1  给定边界函数值 43
3．9．2  绝热边界条件 43
3．9．3  恒热流密度边界条件 43
3．10  二维平板中的热扩散 44
3．10．1  D2Q9 45
3．10．2  第一类边界条件 47
3．10．3  恒热流密度边界条件 48
3．11  问题 48
第4章  对流―扩散问题 50
4．1  对流 51
4．2  对流―扩散方程 52
4．2．1  有限差分法 52
4．2．2  格子玻尔兹曼方法 53
4．3  平衡分布函数 55
4．4  Chapman-Enskog展开 56
4．5  二维格子玻尔兹曼方法 61
4．5．1  D2Q4 61
4．5．2  D2Q9 63
4．6  问题 65
4．6．1  多孔介质中的燃烧 65
4．6．2  加热板冷却 66
4．6．3  带有源项的耦合方程 66
第5章  等温不可压缩流体流动 68
5．1  Navier-Stokes方程 69
5．2  格子玻尔兹曼 70
5．3  边界条件 74
5．3．1  反弹格式 75
5．3．2  已知速度边界条件 77
5．3．3  平衡和非平衡分布函数 80
5．3．4  开放边界条件 80
5．3．5  周期性边界条件 81
5．3．6  对称条件 82
5．4  计算机算法 82
5．5  例子 83
5．5．1  方腔流 83
5．5．2  二维通道发展流 84
5．5．3  障碍绕流 87
5．6  涡量－流函数法 93
5．7  六边形格子 94
5．8  问题 94
第6章  非等温不可压缩流体流动 96
6．1  Naiver-Stokes方程和能量方程 97
6．2  强制对流 98
6．3  热方腔流 98
6．4  热通道中的强制对流 100
6．5  流固耦合传热 101
6．6  自然对流 102
6．7  多孔介质中的流动与传热 106
第7章  多松弛格式 107
7．1  多松弛方法（MRT） 108
7．2  问题 110
7．3  双松弛时间（TRT） 111
第8章  复杂流动 112
附录A  计算机代码 114
A．1  扩散问题（第3章） 115
A．1．1  The LBM Code (D1Q2) 115
A．1．2  The FDM Code (1-D) 116
A．1．3  The LBM Code (D2Q4) 117
A．1．4  The FDM Code (2-D) 120
A．1．5  The LBM Code (D2Q9) 123
A．2  对流―扩散问题（第4章） 127
A．2．1  The LBM Code (D1Q2) 127
A．2．2  The FDM Code (1-D) 129
A．2．3  The LBM Code (D2Q4) 130
A．2．4  The FDM Code (2-D) 133
A．2．5  The LBM Code (D2Q9) 136
A．3  等温不可压缩流体流动（第5章） 141
A．4  非等温不可压缩流体流动（第6章） 148
A．4．1  The LBM Code for a heated lid-driven cavity 148
A．4．2  The LBM Code for a forced convection 157
A．4．3  The LBM Code for a natural convection 167
A．5  多松弛格式（第7章） 176
参考文献 186
索引 191
内容简介:
本书是格子玻尔兹曼方法（LBM）方面的一本入门教程。本书从LBM的基本原理和常用模型入手，采用循序渐进的方式，逐步介绍了LBM在扩散、对流-扩散、等温和非等温不可压缩流体流动，以及复杂流动等典型问题中的实际应用。本书提供了全部实例完整的计算机代码（FORTRAN语言编写），针对扩散和对流-扩散问题，还给出了有限差分法和LBM的对比程序和研究结果。全书理论简单，程序结构清晰，实用性强，便于读者学习、调试和应用。
作者简介:
杨大勇，南昌大学信息工程学院副教授，主要从事测控技术与仪器专业学科的教学及微机电系统、微流控芯片等方向的科研工作，获得2008年度江西省高等学校科技成果二等奖（项目排名第二）及2013年南昌大学第三届教授授课竞赛二等奖。
目录:
目  录
第1章  引言与粒子动力学 1
1．1  引言 2
1．2  动力学理论 4
1．2．1  粒子动力学 4
1．2．2  压力和温度 5
1．3  分布函数 7
第2章  玻尔兹曼方程 15
2．1  玻尔兹曼输运方程 16
2．2  BGKW近似 19
2．3  格子排列 20
2．3．1  一维模型 20
2．3．2  二维模型 21
2．3．3  三维模型 22
2．4  平衡分布函数 23
第3章  扩散方程 25
3．1  扩散方程简介 26
3．2  有限差分近似法 27
3．3  格子玻尔兹曼方法 29
3．4  平衡分布函数 31
3．5  Chapman-Enskog展开 32
3．5．1  归一化和尺度 35
3．5．2  恒温限大板中的热扩散 36
3．5．3  Chapman-Enskog展开的边界条件 37
3．5．4  恒热流密度例子 38
3．6  源或汇 39
3．7  轴对称扩散 40
3．8  二维扩散方程 41
3．8．1  D2Q4 41
3．8．2  D2Q5 42
3．9  边界条件 42
3．9．1  给定边界函数值 43
3．9．2  绝热边界条件 43
3．9．3  恒热流密度边界条件 43
3．10  二维平板中的热扩散 44
3．10．1  D2Q9 45
3．10．2  第一类边界条件 47
3．10．3  恒热流密度边界条件 48
3．11  问题 48
第4章  对流―扩散问题 50
4．1  对流 51
4．2  对流―扩散方程 52
4．2．1  有限差分法 52
4．2．2  格子玻尔兹曼方法 53
4．3  平衡分布函数 55
4．4  Chapman-Enskog展开 56
4．5  二维格子玻尔兹曼方法 61
4．5．1  D2Q4 61
4．5．2  D2Q9 63
4．6  问题 65
4．6．1  多孔介质中的燃烧 65
4．6．2  加热板冷却 66
4．6．3  带有源项的耦合方程 66
第5章  等温不可压缩流体流动 68
5．1  Navier-Stokes方程 69
5．2  格子玻尔兹曼 70
5．3  边界条件 74
5．3．1  反弹格式 75
5．3．2  已知速度边界条件 77
5．3．3  平衡和非平衡分布函数 80
5．3．4  开放边界条件 80
5．3．5  周期性边界条件 81
5．3．6  对称条件 82
5．4  计算机算法 82
5．5  例子 83
5．5．1  方腔流 83
5．5．2  二维通道发展流 84
5．5．3  障碍绕流 87
5．6  涡量－流函数法 93
5．7  六边形格子 94
5．8  问题 94
第6章  非等温不可压缩流体流动 96
6．1  Naiver-Stokes方程和能量方程 97
6．2  强制对流 98
6．3  热方腔流 98
6．4  热通道中的强制对流 100
6．5  流固耦合传热 101
6．6  自然对流 102
6．7  多孔介质中的流动与传热 106
第7章  多松弛格式 107
7．1  多松弛方法（MRT） 108
7．2  问题 110
7．3  双松弛时间（TRT） 111
第8章  复杂流动 112
附录A  计算机代码 114
A．1  扩散问题（第3章） 115
A．1．1  The LBM Code (D1Q2) 115
A．1．2  The FDM Code (1-D) 116
A．1．3  The LBM Code (D2Q4) 117
A．1．4  The FDM Code (2-D) 120
A．1．5  The LBM Code (D2Q9) 123
A．2  对流―扩散问题（第4章） 127
A．2．1  The LBM Code (D1Q2) 127
A．2．2  The FDM Code (1-D) 129
A．2．3  The LBM Code (D2Q4) 130
A．2．4  The FDM Code (2-D) 133
A．2．5  The LBM Code (D2Q9) 136
A．3  等温不可压缩流体流动（第5章） 141
A．4  非等温不可压缩流体流动（第6章） 148
A．4．1  The LBM Code for a heated lid-driven cavity 148
A．4．2  The LBM Code for a forced convection 157
A．4．3  The LBM Code for a natural convection 167
A．5  多松弛格式（第7章） 176
参考文献 186
索引 191

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