计算流体力学教程

《计算流体力学教程》属于“中国科学院研究生院教材”系列。《计算流体力学教程》主要介绍计算流体力学中的有限差分算法和有限体积算法及它们的应用。全书共分上、下两篇：上篇共有8章，主要介绍差分算法理论基础；下篇共有6章，主要介绍差分算法应用研究和网格生成技术。为便于读者学习和应用，配书光盘包含若干算法的算例和用C语言和FORTRAN77语言编写的计算程序。《计算流体力学教程》强调基础、突出应用、关注近期新进展。通过学习《计算流体力学教程》，读者能对计算流体力学有一个系统和深入的理解，并掌握扎实的理论基础和具备较强的解决实际问题的能力。《计算流体力学教程》可作为力学、机械、航空航天、热能等专业及相关专业的研究生教学用书，以及高年级的本科生学习计算流体力学的教材，也可作为从事数值模拟的科研人员和工程技术人员的参考书。

第一章 绪论
第1节 引言
第2节 什么是计算流体力学
第3节 计算流体力学发展概况
第4节 计算流体力学、理论流体力学及实验流体力学的关系
第5节 验证与确认
参考文献

上篇 差分算法理论基础
第二章 流体力学基本方程组
第1节 描述流体运动的方法
第2节 推导流体力学基本方程组的基本思路
第3节 流体力学基本方程组
第4节 流体力学基本方程组分析和应用
第5节 湍流基本方程组简介
第6节 连续介质力学基本方程组简介
第7节 流体力学基本方程组数学性质及其类型
第8节 流体流动定解条件的提法
参考文献

第三章 模型方程及其数学物理性质
第1节 模型方程类型
第2节 对流方程及其数学物理性质
第3节 扩散方程及其数学物理性质
第4节 对流一扩散方程及其数学物理性质
第5节 浅水波方程及其数学物理性质
第6节 Riemann问题间断解
参考文献

第四章 有限差分算法理论基础
第1节 有限差分方程离散化
第2节 差分方程构造方法
第3节 差分方程有效性分析
第4节 差分方程稳定性分析——Fourier分析法
第5节 Fourier法分析差分方程稳定性算例
第6节 差分方程耗散性和色散性的Fouricr分析法
第7节 差分方程耗散性和色散性的Taylor分析法
参考文献

第五章 非线性演化方程数值分析
第1节 非线性演化方程及其特性
第2节 非线性演化方程广义解——弱解
第3节 弱解的专享性条件——熵条件
第4节 非线性差分方程稳定性讨论
第5节 非线性差分方程局部线性化稳定性分析
参考文献

第六章 方程(组)的典型差分格式
第1节 引言
第2节 模型方程的典型差分格式
第3节 守恒型方程(组)与守恒型差分格式
第4节 特征型方程(组)与特征型差分格式
第5节 Jacobian系数矩阵分裂和流通量矢量分裂
第6节 流体力学多维问题的差分格式和算法
第7节 黏性流动N-S方程组的差分格式和数值解法
第8节 差分格式的时间微商离散问题
参考文献

第七章 差分方程(组)数值解法
第1节 Gauss消去法
第2节 追赶法
第3节 迭代法
第4节 交替方向隐式差分法(ADI法)
第5节 隐式近似因式分解法(AF法)
第6节 多重网格法
第7节 预处理法
参考文献

第八章 有限体积算法基础
第1节 有限体积算法基本思路和做法
第2节 有限体积算法离散化
第3节 对流方程有限体积算法
第4节 对流一扩散方程有限体积算法
第5节 有限体积算法和有限差分算法之间的关系
第6节 有限体积算法的精度和守恒性分析
第7节 有限体积算法在二维不可压缩黏性流动问题中的应用
参考文献

下篇 差分算法应用研究
第九章 差分算法应用研究综述
第1节 可压缩无黏流动数值解法发展概况
第2节 不可压缩黏性流动数值解法发展概况
第3节 网格生成技术发展概况
参考文献

第十章 激波间断数值处理
第1节 引言
第2节 人工黏性效应及其应用
第3节 提高激波捕捉质量的算法
第4节 近代高分辨率激波捕捉技术
参考文献

第十一章 高分辨率捕捉激波算法
第1节 间断分解算法一一Godunov差分格式
第2节 迎风型Roe算法一一Roe差分格式
第3节 高阶精度间断分解算法一一MUSCL差分格式
第4节 间断分解算法在二维无黏流动中的应用
第5节 总变差不增算法一一TVD差分格式
第6节 TVD差分算法在二维可压缩无黏流动中的应用
第7节 无振荡无自由参数耗散算法一一NND差分格式
第8节 NND差分格式在二维可压缩无黏流动中的应用
参考文献

第十二章 不可压缩黏性流动数值算法
第1节 涡量一流函数算法
第2节 涡量一流函数算法在二维不可压缩黏性流动中的应用
第3节 求解原始变量N-S方程组算法
第4节 求解压力Poisson方程算法
第5节 求解压力Poisson方程算法在二维不可压缩黏性流动中的应用
第6节 求解定常原始变量N-S方程组的人工压缩算法
第7节 人工压缩算法在二维不可压缩黏性流动中的应用
第8节 压力校正算法(SIMPI．E算法)
第9节 SIMPLE算法在二维不可压缩黏性流动中的应用
参考文献

第十三章 高阶精度数值算法新进展
第1节 基本无振荡差分算法(ENO算法)
第2节 加权基本无振荡差分算法(WENO算法)
第3节 显式迎风型三阶ENO和五阶WENO算法在二维可压缩无黏流动中的应用
第4节 紧致算法——COMPACT差分格式，
第5节 迎风型紧致算法中激波间断捕捉技术
第6节 迎风型紧致算法在不可压缩黏性流动
和可压缩无黏流动中的应用
参考文献

第十四章 网格生成技术概述
第1节 网格生成技术简介
第2节 网格生成基本做法和类型
第3节 网格生成技术基本方法
第4节 分区网格生成法简介
第5节 Cartesian结构网格与自适应技术简介
第6节 运动网格技术一一浸入边界法
第7节 非结构网格技术，
第8节 结构网格和非结构网格相结合的混合网格技术
参考文献

    自然界中一切流动都必须遵循质量、动量和能量守恒定律。反映流动守恒定律的方程组——连续方程、动量方程和能量方程，通常称为流体力学基本方程组。
     流体力学基本方程组是在连续介质假设下得到的。所谓连续介质假设就是指流体质点连续地充满所在的整个空间，它的宏观流动量（质量、速度、压力和温度）应该满足一切宏观物理规律及性质。若流场中的特征尺度（如飞行器主要尺寸）比流体分子平均自由程大得多时，连续介质假设是适用的；但是，若流场中的特征尺度和流体分子平均自由程是同一个量级时，连续介质假设就不适用了。对于不满足连续介质假设的流体，就不能用流体力学基本方程组来描述流体运动。第1节描述流体运动的方法
     在描述流体运动时，一般采用以下两种不同的描述方法。一种是Lagrangian方法，它着眼于流体质点运动，主要研究流体质点流动量随时间的变化，分析任意时间流体质点的运动轨迹、速度、压力、密度等。另一种是Eulerian方法，它着眼于固定不动的空间中指定位置的状态，主要研究这个指定位置上流动量随时间的变化，分析流体流过指定位置时流体质点的瞬间速度、压力、密度等。它们之间存在一定的联系。