湍流入门:从基础到统计分析

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"A first course in turbulence" 本书"湍流初步"是针对流体动力学中的一个核心主题——湍流而设计的一本入门教材,旨在帮助初学者从基础流体动力学到专业文献中对湍流的理解进行平滑过渡。通常,湍流这个主题因其非线性和统计上的不确定性,对初学者来说颇具挑战性。本书的独特之处在于,它不仅适用于具有不同技术背景和兴趣的学生、工程师和科学家,而且在讲解过程中避免了高级数学发展的难度和实验细节的复杂性。 作者H. Tennekes和J.L. Lumley采用了一种中庸的路径,即不深入复杂的数学推导,也不陷入实验细节和经验数据的海洋,而是强调物理理解,增强对那些目前无法严格解决的问题的直觉洞察。书中广泛使用了量纲分析,这是一种处理数学上难以捉摸问题的有效工具。量纲推理、标度论证和相似性规则在一开始就引入,并贯穿全书。 书中讨论了雷诺应力和气体动理论,将混合长度理论置于适当的视角,并对其与量纲分析的剪切流进行了详尽的比较。随后,对涡旋动力学进行了深入探讨,包括涡旋拉伸和涡旋预算。此外,书中还专门用两章来介绍自由边界剪切流和良好约束的湍流剪切流,涵盖了如尾流、射流、剪切层、热羽流、大气边界层、管道和通道流动以及压力梯度中的边界层等实例。 在分析了湍流的空间结构后,书中提供了一个紧凑但全面的统计方法介绍,为读者理解湍流的随机和谱结构打下基础。统计方法的应用涵盖了湍流输运(包括扩散和混合)和湍流谱的研究。 通过这本书,学生不仅可以了解到湍流的基本概念,还能掌握分析和理解复杂湍流现象的方法,从而为他们进一步研究这一领域的专业文献打下坚实的基础。