当当正版 海洋动力环境模拟数值算法及应用 王永学, 9787030520883 科学出版社
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作者王永学,
出版社科学出版社
ISBN9787030520883
出版时间2019-11
装帧平装
开本16开
定价168元
货号28518662
上书时间2024-10-19
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![当当正版 维京传奇 [英] 艾普尔·美登 编著 周洁 译 9787514619065 中国画报出版社](https://www0.kfzimg.com/sw/kfz-cos/kfzimg/eacdacfd/84cd33ebb2bca659_s.jpg)
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前言
海洋是人类新的空间资源、能源资源、化学资源和生物资源等的战略性开发基地。21世纪是海洋经济全面发展的时代，海洋开发利用已成为全球高新技术的重要内容之一。随着高性能计算机、计算水动力学理论与数据可视化技术的迅猛发展，计算机数值模拟试验由于具有不受试验比例尺的限制，适合多因素、大范围、多方案的工程规划等优点，在模拟海岸和海洋工程领域的潮汐、波浪和海流等海洋动力环境因素的变化特征及其对工程影响方面的应用日益广泛。掌握模拟海洋动力环境数值算法的基本原理，熟练运用计算机进行数值模拟试验，已成为水利工程和海洋工程专业的研究生和青年科技工作者的基本技能。本书正是为适应这一需要撰写的，并力求能反映出近年来海岸工程数值模拟的成果和发展趋势。 本书内容分为4章，第1章为有限差分法，主要介绍差分格式的基本理论、差分格式的稳定性分析、常用一维与多维差分格式、平面二维潮流泥沙的数值模型、基于VOF方法的数值波浪水槽模型、波浪破碎过程的数值模拟等。第2章为有限体积法，主要介绍有限体积法离散的基本思想、对流扩散方程的离散格式构造、双曲型方程组的Roe格式、结构化网格与非结构化网格的有限体积法、台风浪场数值模型、离岸挡板式透空堤后波高分布数值模拟等。第3章为光滑粒子流体动力学方法（SPH），主要介绍SPH的基本理论、光滑函数的构造、流体动力学问题中的SPH算法、修正SPH算法、基于SPH方法的数值波浪水槽/水池、波浪与浮体的相互作用等。第4章为边界单元法，主要介绍建立边界积分方程的直接法与间接法、边界积分方程的离散与求解、大尺度结构物的波流力、波浪对大尺度直立墩群结构的作用、浮式防波堤运动响应的时域数值模型等。本书中关于大尺度结构的波流力、波浪与大尺度群墩结构的相互作用，以及基于VOF方法的数值波浪水槽模型等的应用实例是作者通过改进算法及自行编写计算程序完成的研究工作。 本书是作者多年来从事海洋动力环境要素与建筑物相互作用研究方向的科研工作成果，以及讲授研究生课程“土木工程数值计算方法”“海洋工程数值计算方法及应用”的教学工作经验的总结。前3章介绍离散计算域的数值方法，其顺序从结构化网格的有限差分法、非结构化网格的有限体积法到无网格的光滑粒子流体动力学方法；第4章介绍离散边界的边界单元法。每一章在介绍基本算法之后，会结合实际工程给出计算实例。本书力求能够精炼浓缩、通俗易懂地介绍海洋动力环境模拟中广泛应用的数值算法的基本原理，重点介绍如何针对具体工程问题来选择计算方法和设置边界条件等。 本书的撰写和出版得到了大连理工大学“新工科”系列精品教材出版基金的支持，在此表示衷心的感谢。本书的第1章、第2章和第4章由王永学主笔完成，第3章由任冰主笔完成。由于作者水平所限，书中难免存在疏漏和不妥之处，切盼读者给予指正。
导语摘要
本书介绍了计算水动力学中几种经典数值计算方法的基本原理及其在海洋工程中的部分应用。全书分为4章，第1章为有限差分法，介绍了差分格式的基本原理、经典方程的差分格式、平面二维潮流泥沙模型、基于VOF方法的数值波浪水槽模型等；第2章为有限体积法，介绍了有限体积法的离散格式构造、基本算法及其在波浪数学模型中的应用；第3章为光滑粒子流体动力学方法，介绍了SPH方法的基本原理、改进算法及应用SPH方法模拟波浪与浮体的相互作用；第4章为边界单元法，介绍了建立边界积分方程的直接法与间接法、边界积分方程的离散与求解、波浪对大尺度直立墩群结构的作用及浮式防波堤运动响应的时域数值模型等。 本书可作为海洋动力学、海岸工程学和计算水动力学等领域的科研人员，以及高等学校相关专业的高年级本科生、研究生和教师的参考用书。
目录
第1章 有限差分法11.1 引言11.1.1 有限差分法简介11.1.2 模型方程21.1.3 范数51.1.4 三对角线方程组的追赶法81.2 差分格式的基本理论101.2.1 差分格式的构造101.2.2 差分格式的相容性141.2.3 差分格式的收敛性161.2.4 差分格式的稳定性191.2.5 von Neumann 稳定性分析211.2.6 Hirt稳定性分析241.3 基本差分格式261.3.1 一维问题基本差分格式261.3.2 多维问题的特殊性301.3.3 多维问题基本差分格式311.3.4 数值效应411.4 Laplace方程的差分格式451.4.1 五点差分公式451.4.2 边界点插值461.4.3 差分方程求解491.5 平面二维潮流泥沙的数值模型521.5.1 基本方程531.5.2 水流运动方程组的离散及求解551.5.3 悬沙输移扩散方程的离散及求解601.5.4 数值模型算例631.6 基于VOF方法的数值波浪水槽模型721.6.1 数值模型731.6.2 自由表面追踪831.6.3 边界条件设置891.6.4 主动吸收数值造波边界951.6.5 波浪破碎过程的数值模拟1011.6.6 浪溅区结构物波浪冲击作用的数值模拟111参考文献126第2章 有限体积法1282.1 引言1282.1.1 有限体积法简介1282.1.2 流体动力学通用变量方程1292.1.3 非结构化网格1322.2 有限体积法的构造1342.2.1 计算区域的离散化1342.2.2 Riemann问题1372.2.3 有限体积法离散的基本思想1392.2.4 一维对流扩散方程的离散格式1442.2.5 一维双曲型方程组的Roe格式1492.2.6 TVD格式1542.3 结构化网格的FVM算法1582.3.1 通用变量方程的离散格式1582.3.2 交错网格算法1692.3.3 SIMPLE算法1762.3.4 PISO算法1792.4 非结构化网格的FVM算法1822.4.1 非结构化网格的生成算法1822.4.2 二维对流问题的离散格式1882.4.3 二维守恒型方程组的离散格式1922.5 台风浪场数值模型2032.5.1 基本方程2032.5.2 数值算法2052.5.3 数值模型算例2082.6 离岸挡板式透空堤后波高分布数值模拟2152.6.1 数值模型2152.6.2 数值方法的验证2192.6.3 离岸挡板式透空堤后的波高分布222参考文献227第3章 光滑粒子流体动力学方法2303.1 引言2303.1.1 无网格法2303.1.2 光滑粒子流体动力学法2313.2 SPH的基本理论2333.2.1 SPH的概念2333.2.2 光滑函数的主要特征2383.2.3 SPH近似式的精度2433.3 计算流体动力学问题中的SPH算法2453.3.1 密度的粒子近似法2453.3.2 动量方程的粒子近似法2453.3.3 SPH数值算法2463.3.4 WCSPH方法与ISPH方法2563.4 修正SPH算法2573.4.1 SPH方法的连续性修正2573.4.2 SPH方法的边界处理改进2593.4.3 SPH方法的计算效率2603.5 基于SPH方法的数值波浪水槽/水池2623.5.1 流体运动控制方程2633.5.2 边界条件设置2633.5.3 数值波浪水槽2653.5.4 数值波浪水池2693.5.5 波浪与直立圆柱相互作用2723.6 波浪与浮体的相互作用2773.6.1 浮体运动控制方程2773.6.2 浮体边界处理2783.6.3 波浪与自由漂浮浮体的相互作用2803.6.4 波浪与锚固浮体的相互作用283参考文献285第4章 边界单元法2884.1 引言2884.1.1 边界单元法简介2884.1.2 Laplace方程的基本解2894.1.3 Bessel函数2914.2 建立边界积分方程的直接法2954.2.1 Green公式建立边界积分方程2954.2.2 加权余量法建立边界积分方程2994.3 建立边界积分方程的间接法3024.3.1 面源与面偶3024.3.2 单层势与第二类边值问题3074.3.3 双层势与类边值问题3094.4 Laplace方程的边界单元法3114.4.1 边界积分方程的离散3114.4.2 系数计算3164.4.3 边界单元法算例3204.5 大尺度任意形状结构的波流力3264.5.1 波浪数学模型3264.5.2 奇点处理3314.5.3 绕流数学模型3374.5.4 圆柱形人工岛的波流力算例3414.6 大尺度直立墩群结构的波浪力3434.6.1 波浪数学模型3434.6.2 方形墩群结构的波浪力3484.6.3 异型截面墩柱式透空防波堤透射系数3534.7 浮式防波堤运动响应的时域数值模型3574.7.1 波浪数学模型3574.7.2 时域边界单元法3594.7.3 锚链力计算3654.7.4 浮体运动方程求解3694.7.5 数值模型算例371参考文献378
内容摘要
本书介绍了计算水动力学中几种经典数值计算方法的基本原理及其在海洋工程中的部分应用。全书分为4章，第1章为有限差分法，介绍了差分格式的基本原理、经典方程的差分格式、平面二维潮流泥沙模型、基于VOF方法的数值波浪水槽模型等；第2章为有限体积法，介绍了有限体积法的离散格式构造、基本算法及其在波浪数学模型中的应用；第3章为光滑粒子流体动力学方法，介绍了SPH方法的基本原理、改进算法及应用SPH方法模拟波浪与浮体的相互作用；第4章为边界单元法，介绍了建立边界积分方程的直接法与间接法、边界积分方程的离散与求解、波浪对大尺度直立墩群结构的作用及浮式防波堤运动响应的时域数值模型等。 本书可作为海洋动力学、海岸工程学和计算水动力学等领域的科研人员，以及高等学校相关专业的高年级本科生、研究生和教师的参考用书。
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