传热与流体流动的数值计算(帕坦卡)

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【作 者】(美)帕坦卡(Patankar,S.V.)著;张 政译 【形态项】 250 【出版项】 北京:科学出版社 , 1989.12 【ISBN号】7-03-001420-0 【中图法分类号】TK124 【原书定价】$2.90 【主题词】传热学-数值计算 数值计算-传热学 流体力学-数值计算 数值计算-流体力学 【参考文献格式】 (美)帕坦卡(Patankar,S.V.)著;张 政译. 传热与流体流动的数值计算. 北京:科学出版社, 1989.12.
产生的却是构成数值方法的一套思维哲理。本书的这-特征 应当使读者有能力理解和估价其它的一些方法。这样,即使 在本书中所引进的特定的方法已为某些更新的方法所代替之 后很久很久,本书中的精髓仍然会具有它的现实价值 对我来说,用数值方法求解传热与流动问题是一件非常 有劲而愉快的事。在这本书中,我试图与广大读者一起享受 对这一学科的无限乐趣与热爱。要是读者也能像我一样对这 个学科发生兴趣的话,那么可以说本书所要达到的目的实 现了 在最近几年中,我已经有机会与许多中国学生、教授和 学者们共事。我特别满意他们在工作中的合作和赞赏他们对 这一领域所发生的强烈兴趣与专心致志的研究。通过本书中 译本的发行,我希望将使我能够与更多的中国读者接触。在 此我愿对我的读者们致以衷心的祝愿。 美国明尼阿波尼斯 明尼苏达大学 机械工程系教授 S.V.帕坦卡 i 译者的话 s.V.帕坦卡( Patankar)教授是有名的美籍印度学者。 他早在60年代初期就跟随“计算传热与流体力学”开拓者、英 国著名教授DB.斯波尔丁( Spalding)学习和研究数值传 热和流体流动的计算方法。从那时候起帕坦卡教授已经在这 领域中发表了许多的论文与专著,进一步发展了斯波尔丁 的方法,逐渐形成了一套以斯波尔丁-帕坦卡或帕坦卡-斯波 尔丁命名的计算方法。本书就是作者在这个领域内对自已方 法的科学总结,其中浸透了教授与他的学生们的汗水。正如作 者在序言和中文版序言中所指出的那样,这本书以它的简洁 为特点。读者通过对本书的学习不用费很大的力气就可以到 达当今世界该领域的前沿。译者与许多在美国明尼苏达大学 机械系工作的中国访问学者对此都深有体会。我们在那里学 到了方法的要领,并卓有成效地解决了各自在科研、教学与 生产中所遇到的许多实际问题。正因为如此译者愿意把这本 书推荐给国内研究传热、传质、燃烧以及流体流动过程的广 大读者,愿它在我们国家四个现代化的建设中作出一定的贡 献。我在明尼苏达大学的中国同事们也都鼓励我这样做。 在翻译出版本书的过程中,我首先要感谢自己在研究生 时期的导师王补宣教授,感谢他对本书翻译出版的关心与支 持。还要感谢国内同行对出版此书的浓厚兴趣和积极鼓励 一些学校已经决定把本书作为工程热物理专业研究生的教 材或重要参考书,化工部兰州化机院的一些同事为我校对和 眷抄了部分译稿,在此表示深切的谢意 由于译者水平有限,错误难免,敬请读者批评指正。 张政 1984年3月15日 于北京化工学院 目录 序言 第一章引论 §1.1本书的范畴… ··e §1.2预测的方法 §1.2-1实验研究… §1.2-2理论计算 §1.2-3理论计算的优点…… §1.2-4理论计算的缺点… 114446799 §1.2-5预测方法的选择 §1.3本书概要 第二章物理现象的数学描述 12 §2.1控制微分方程 12 §2.1-1微分方程的意义 …12 s2.1-2化学组分的守恒…………… 音如t ·14 §2.1-3能量方程 15 §2.1-4功量方程………………………………15 §2.1-5紊流的时间平均方程… 16 s21-6紊流动能方程 17 s2.1-7通用微分方程…… 鲁垂中 17 §2.2坐标的性质 3…“…·19 §2.2-1自变量……… 20 §2.2-2坐标的合适选择 21 s22-3单向与双向的坐标… ………22 习题 ◆··●····。●。●;D音.·◆卓···· L番鲁e●· 鲁,费 ·25 第三章离散化方法 ρ·····:自··;;◆·命◆···自·sa····4◆ 27 §3.1数值方法的本质… 2 s3.1-1任务……… ·27 §3,1-2离散化的概念… ………………28 §3.1~3离散化方程的结构… §3.2推导离散化方程的方法 ·30 §32-1泰勒级数公式 30 §32-2变分公式…………… ·····号··.·.:· 31 §3。2-3刘权余数法 ;9t §3,2-4控制容积公式……… 33 §33一个说明性的例子… 2···4‘ §3.4四项基本法则……………………40 §3.5结语… 44 习题 44 第四章热传导 46 S4.1本章的对象 …..46 §4.2一维稳态热传导… e·47 §4.2-1基本方程 47 §4.2-2网格间距………… 48 §42-3界面导热系数…………………… 49 §42-4非线性 …………53 s42-5源项的线性化… ……………54 §42-6边界条件… …57 §42-7线性代数方程的解 59 §43不稳态一维热传导…… 62 §43-1通用的离散化方程…………… ·“·.·· 62 §43-2显式,克兰克-尼科尔森( Crank- Nicolson) 模式,以及全隐式模式 ……64 43-3全隐式离散化方程 …67 s4.4二维与三维问题 68 §4。4-1二维问题的离散化方程 S44-2三维问题的离教化方程 69 84,4-3代数方程的解 70 §4.5超松弛与欠松弛…… 77 §46某些几何上的考虑…………80 §46-1控制容积面的位置……………80 §46-2其它坐标系… 84 §4.7结语 鲁鲁鲁音自 …86 习题 86 第五章对锍与扩傲… 点·91 85.1任务…… 番非鼻 …91 §5.2一维稳态对流与扩散………………92 §5.2-1预备性的推导… §5·2-2上风方案 ·“;●●·.·.··.··;·;······ 96 §5。2-3精确解 98 85。2-4指数方案… ……99 §5.2-5混合方案 ;;,ptuψd·◆●●垂t中···.·.······鲁 101 §5。2-6幂函数方案… 104 §5.2-7一个通用化的公式… ……………106 §52-8备种方案(格式)的结果 ………110 §5.3二维问题的离散化方程… ……111 §5.3-1推导的细节 ●-··●·■·◆兽 12 §53-2最终的离散化方程 5.4三维问题的离散化方程 ·116 §5.5单向空间坐标…………………117 §55-1使空间坐标成为单向坐标的条件 ……117 §55-2出流边界条件……………………118 §56假扩散 ···非·●●··音;··嘻·鲁雪嘻 120 §56-1关于假扩散的一般观点…………………12l s5.6-2有关假扩散的正确看法…………*…m122 §5.7结语 t●章鲁b 126 习题 ……126 第六章流场的计算 ●·;鲁命中●●●鲁看·。4鲁·●自音自命·命是··:自“··;·申.命自 130 §6.1制订一个特殊程序的必要性 130 §8.1-1主要的困难… ·130 §61-2以祸量为基础的方法 131 86.2某些有关的困难… ……………132 §62-1压力梯度项的表达…………………13 §62-2连续性方程的表达… 4135 63一种解决困难的妙法—交错的网格……136 s64动量方程 139 §6.5压力与速度的修正……………142 §6.6压力修正方程…… 143 §6.7“ SIMPLE”算法…………………………146 §67-1计算进行的顺序………………………148 §6.7-2压力修正方程的讨论… 舞··着垂《·●t·●“●· 146 §67-3压力修正方程的边界条件……… …150 §67-4压力的相对特性… ●··号中着事·睿曹章唱 ……………15 §6.8一个修订的算法:“SⅠ MPLER .…·153 §68-1问题的提幽…………………………………153 §68-2压力方程…… …154 §68-3“ SMMPLER”算法………………………155 §68-4讨论… …156 86.9结语 4自4·●山·自命 ………………157 习题 ··157 第七章最后的惨……………………………………161 §7.1方法的送代性质…………………………161 §72源项的线性化 ↓●自··●b··。日曾命萨ψ·· 165 §7。2-1讨论………………… §72-2常正变量的源项线锉化…………………………168 §7.3不规则的几何形状 ●··D◆聊●◆·命·●● ….169 §73-1正交曲线坐标系… ………169 87.3-2具有隔离( blocked of)区域的规则网格…………171 §73-3共轭传热… s173 §7.4关于准备与调试计算机程序的几点建议…174 算八章一些专题………………………………………178 §8.1二维抛物型流动 178 §8.2三维抛物型流动 ·179 §83部分抛物型流动… 88.4有限元法………………………………182 §8.4-1问题的提出…………………………………………182 §8。4-2困难……………… 183 §84-3以控制容积为基础的有限元法…………………184 第九章应用举例……………………187 §9.1弯曲圆管内的发展中流动… 189 §92水平管内的复合对流 ··191 §9.3围绕垂直圆管的熔化… 193 §9.4带内肋的圆管内的紊流与传热………………195 §9.5一股吹斜的素流射流 ·198 §9.6助推喷射器内的超混射流…………………201 §9.7周期性的充分发展通道流……………205 S9.8蒸汽发生器的热工水力分析……………208 §9.9结语… 210 术语符号表………………………………………211 参考文献∵ 會鲁·章···鲁··垂··鲁彰·鲁看自b●·鲁看自鲁 214 中英名词对照 ●●垂 自●· 221

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