内容简介
本书以计算流体力学（CFD）的应用为主线，介绍了CFD在大气环境领域中应用的基本理论，并用实例对CFD在大气环境领域中的应行详细验证及分析。本书分上下两篇，共10章：上篇为基础篇（第1章～第5章），主要介绍了计算流体力学的基础知识、湍流模型、控制方程的离散、流场数值计算等；下篇为应用篇（第6章～第10章），主要介绍了大气边界层与大气扩散、CFD在大气边界层中应用实例等。 本书具有专业强、应用范围广的特点，可供航空航天、动力工程、建筑、水利及环境领域的科学研究、管理和设计等从业人员参考，也可供高等学校环境科学与工程、大气科学、气象学、海洋科学与工程及相关专业师生参阅。
目录
上篇基础篇 第1章绪论3 1.1流体力学的研究方法3 1.2计算流体力学的应用及前景分析4 第2章计算流体力学基础知识6 2.1流体的基本特6 2.1.1理想流体与黏流体6 2.1.2牛顿流体与非牛顿流体7 2.1.3流体热传导及扩散7 2.1.4可压流体与不可压流体8 2.1.5定常流动与非定常流动8 2.1.6层流与湍流8 2.2流体力学的控制方程9 2.2.1质量守恒方程9 2.2.2动量守恒方程10 2.2.3能量守恒方程11 2.2.4组分质量守恒方程12 2.2.5湍流的控制方程13 2.2.6控制方程的通用形式14 2.2.7守恒型控制方程与非守恒型控制方程15 2.3CFD工作原理16 2.3.1计算流程16 2.3.2建立控制方程16 2.3.3确定边界条件与初始条件17 2.3.4划分计算网格17 2.3.5建立离散方程17 2.3.6离散初始条件和边界条件18 2.3.7给定求解控制参数18 2.3.8求解离散方程18 2.3.9判断解的收敛19 2.3.10显示和输出计算结果19 第3章湍流模型20 3.1湍流及其数学描述20 3.1.1湍流流动的特征20 3.1.2湍流的基本方程21 3.2湍流的数值模拟方法23 3.2.1湍流数值模拟方法的分类23 3.2.2直接数值模拟法24 3.2.3大涡模拟法24 3.2.4Reynold均法25 3.3零方程模型及一方程模型26 3.3.1零方程模型27 3.3.2一方程模型27 3.4标准k-ε二方程模型28 3.4.1标准k-ε模型28 3.4.2标准k-ε模型的有关计算公式28 3.4.3标准k-ε模型的控制方程组30 3.4.4标准k-ε模型方程的解法及适用30 3.5型k-ε模型31 3.5.1RNG k-ε模型31 3.5.2Realizable k-ε模型32 3.6壁区使用k-ε模型的问题及对策34 3.6.壁区流动的特点34 3.6.2壁区使用k-ε模型的问题36 3.6.3壁面函数法36 3.6.4低雷诺数k-ε模型39 3.7Reynolds应力方程模型40 3.7.1Reynolds应力输运方程40 3.7.2RSM的控制方程组及其解法44 3.7.3对RSM适用的讨论45 3.8大涡模拟46 3.8.1大涡模拟的基本思想46 3.8.2大涡运动方程46 3.8.3亚格子尺度应力模型48 3.8.4LES控制方程的求解48 第4章控制方程的离散50 4.1离散化概述50 4.1.1离散化的目的50 4.1.2离散时所使用的网格51 4.1.3常用的离散化方法51 4.2有限体积法及其网格52 4.2.1有限体积法的基本思想52 4.2.2有限体积法的区域离散53 4.3一态问题的有限体积法54 4.3.1问题的描述55 4.3.2生成计算网格55 4.3.3建立离散方程55 4.3.4求解离散方程58 4.4常用的离散格式64 4.4.1问题描述64 4.4.2中心差分格式65 4.4.3一阶迎风格式67 4.4.4混合格式71 4.4.5指数格式73 4.4.6乘方格式74 4.5高阶离散格式74 4.5.1二阶迎风格式74 4.5.2QUICK格式76 4.6各种离散格式的能对比81 第5章流场数值计算83 5.1流场数值解法概述83 5.1.1常规解法存在的主要问题83 5.1.2流场数值计算的主要方法84 5.2交错网格技术87 5.2.1普通网格87 5.2.2交错网格88 5.2.3动量方程的离散90 5.3流场计算的SIMPLE算法95 5.3.1SIMPLE算法的基本思路95 5.3.2速度修正方程96 5.3.3压力修正方程97 5.3.4SIMPLE算法的计算步骤98 5.3.5SIMPLE算法的讨论99 5.4的SIMPLE算法100 5.4.1SIMPLEC算法101 5.4.2PISO算法102 5.5瞬态问题的数值计算105 5.5.1瞬态问题的SIMPLE算法105 5.5.2瞬态问题的PISO算法106 下篇应用篇 第6章大气边界层与大气扩散111 6.1大气污染物的弥散过程、大气湍流扩散111 6.1.1大气污染物的弥散过程111 6.1.2大气湍流113 6.1.3湍流扩散116 6.1.4大气扩散状态与气象条件的关系117 6.2大气边界层118 6.2.1大气边界层的一般特点和分装118 6.2.2大气边界层的运动及能量和物质的垂直运输121 6.2.地面层126 6.2.4不稳定大气边界层141 6.2.5混合层发展的简化模式147 6.2.6稳定大气边界层149 第7章不同温度层结下建筑物周围流场影响161 7.1数值模拟162 7.1.1边界条件162 7.1.2不同温度层结实现164 7.2结果分析与比较164 7.2.1建筑物对流场的影响165 7.2.2建筑物对湍流的影响167 7.3结论168 第8章不同温度层结下山体对流场与污染物扩散影响170 8.1数值模拟172 8.1.1湍流模型173 8.1.2边界条件173 8.2结果分析与比较175 8.2.1流场结构175 8.2.2湍流结构179 8.2.3浓度场分析179 8.3结论184 第9章规则建筑群中流动和污染物扩散的研究185 9.1模拟描述187 9.1.1几何描述187 9.1.2计算域和网格187 9.1.3边界条件189 9.2模型有效分析190 9.2.1MUST现场实验描述190 9.2.2模拟设置192 9.2.3统计学分析192 9.3结果分析195 9.3.1纵向速度(u/Uref)196 9.3.2垂直速度(w/Uref)199 9.3.3湍流动能(k/U2ref)200 9.3.4流场结构201 9.3.5污染物扩散201 第10章不同温度层结对LNG蒸气扩散影响204 10.1数值模拟205 10.1.1计算域设置206 10.1.2边界条件设置207 10.2数值模拟有效分析209 10.2.1边界条件209 10.2.2验证结果分析210 10.3不同稳定度对LNG扩散的影响212 10.3.1垂直分布213 10.3.2分布217 10.4结论218 参考文献219