複雜介質動理學

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《複雜介質動理學》，許愛國，張玉東 著，出版社： 科學出版社。

目錄

• 內容簡介
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內容簡介

《複雜介質動理學》介紹複雜介質的非平衡動理學：建模、模擬與分析。複雜介質動理學研究，除了實驗，主要依賴數值模擬。物理建模和算法設計是數值模擬研究的兩個重要環節，物理建模層面的不足無法通過算法精度的提高來彌補。物理建模包括粒子(離散)描述、連續介質描述，以及連接粒子描述與連續介質描述的統計物理描述。另外，不管使用什麼物理模型和數值算法，複雜介質動態響應模擬研究面對的都是海量數據、各種複雜構型和物理場。如何從這些數據中有效地提取信息，得出正確的物理規律，是一個極具挑戰性又躲不開的課題！由於這些結構的特徵往往是缺乏周期性、對稱性、空間均勻性和明顯的關聯性等,因此在模擬研究中對它們的識別和分析一直是個薄弱環節,多年來進展緩慢，《複雜介質動理學》簡要介紹複雜物理場分析方面的思路和進展。

目錄

前言

第1章基礎知識1

1.1引言1

1.2衝擊波簡介2

1.3多相流簡介5

1.4物理力學簡介6

1.5哈密頓力學簡介9

1.6熱力學簡介10

1.6.1基本概念10

1.6.2平衡態熱力學10

1.6.3非平衡態熱力學17

1.7統計物理簡介23

1.7.1統計物理學概述23

1.7.2平衡態統計力學27

1.7.3非平衡態統計力學31

第2章物理模型和模擬方法41

2.1粗粒化物理建模概述41

2.2分子動力學理論與方法49

2.3連續介質理論與方法：固體力學54

2.3.1物理模型56

2.3.2物質點方法57

2.4連續介質理論與方法：流體力學59

2.5從元胞自動機到離散玻爾茲曼67

2.5.1元胞自動機67

2.5.2格子玻爾茲曼68

2.5.3離散玻爾茲曼69

2.5.4數值解法與物理建模72

第3章離散玻爾茲曼方法74

3.1現實問題與必要性74

3.2DBM建模的理論框架76

3.2.1DBM建模引言76

3.2.2玻爾茲曼方程簡介77

3.2.3動理學宏觀建模83

3.2.4動理學直接建模：DBM91

3.3滑移流動的DBM建模99

3.3.1滑移流簡介99

3.3.2克努森數的含義101

3.3.3DBM建模102

3.3.4邊界條件104

3.3.5模擬結果與分析106

3.3.6小結112

3.4過渡流動的DBM建模112

3.4.1基於ES-BGK模型的DBM建模112

3.4.2基於Shakhov模型的DBM建模132

3.5更深程度非平衡流動的DBM建模157

3.6燃燒系統的DBM建模159

3.6.1燃燒問題的研究160

3.6.2傳統模型的LBM解法161

3.6.3燃燒系統的DBM建模：概述162

3.6.4燃燒系統的DBM建模：實例165

3.7等離子體系統的DBM建模180

3.7.1等離子體系統的動理學描述180

3.7.2等離子體激波182

3.8多相流動的DBM建模196

3.8.1多相流動的研究196

3.8.2范德瓦耳斯理論197

3.8.3傳統模型的LBM解法204

3.8.4基於DBM的多相流模型205

3.9DBM建模與LBM解法的比較225

3.10其他相關問題與小結227

第4章複雜物理場分析方法230

4.1基於規則點的結構和物理場分析230

4.1.1流變學描述230

4.1.2形態學描述232

4.2基於無規點的結構和物理場分析235

4.2.1GISO簡介236

4.2.2基於SHT的結構管理236

4.2.3基於SHT的快速搜索法237

4.2.4GISO的應用238

4.3流場模擬中的示蹤粒子法246

4.3.1示蹤粒子的引入246

4.3.2應用舉例248

第5章複雜介質動態響應：模擬研究252

5.1物質點模擬：整體行為252

5.1.1平均行為及其漲落252

5.1.2形態學分析260

5.2物質點模擬：局域行為273

5.2.1衝擊加載273

5.2.2衝擊卸載279

5.3離散玻爾茲曼模擬288

5.3.1多相流與相變288

5.3.2燃燒與爆轟310

5.3.3流體不穩定性327

5.4分子動力學模擬352

5.4.1微結構產生機制352

5.4.2微結構演化機制356

5.4.3從微觀到介觀：粗粒化建模359

5.5類分子動力學模擬361

第6章結論與展望368

參考文獻371

附錄一關於DBM的幾個常見問題390

附錄二兩類動理學方法396

附錄三基於相空間的建模與描述方法398

附錄四DBM程序示例與說明401

附錄五DBM與高階有限差分LBM414

附錄六基本泛函理論416

附錄七中英文人名對照表419

CONTENTS

Preface

Chapter1BasicKnowledge1

1.1Introduction1

1.2Introductiontoshockwave2

1.3Introductiontomultiphaseflow5

1.4Introductiontophysicalmechanics6

1.5IntroductiontoHamiltonianmechanics9

1.6Introductiontothermodynamics10

1.6.1Basicconcepts10

1.6.2Equilibriumthermodynamics10

1.6.3Non-equilibriumthermodynamics17

1.7Introductiontostatisticalphysics23

1.7.1Overviewofstatisticalphysics23

1.7.2Equilibriumstatestatisticalmechanics27

1.7.3Non-equilibriumstatestatisticalmechanics31

Chapter2PhysicalModelsandSimulationMethods41

2.1Overviewofcoarse-grainedphysicalmodeling41

2.2Moleculardynamicstheoriesandmethods49

2.3Continuumtheoryandmethods:solidmechanics54

2.3.1Physicalmodel56

2.3.2Materialpointmethod57

2.4Continuumtheoryandmethods:fluidmechanics59

2.5FromcellularautomatatodiscreteBoltzmann67

2.5.1Cellularautomata67

2.5.2LatticeBoltzmann68

2.5.3DiscreteBoltzmann69

2.5.4Numericalschemeandphysicalmodeling72

Chapter3DiscreteBoltzmannMethod74

3.1Realityandnecessity74

3.2TheoreticalframeworkforDBMmodeling76

3.2.1IntroductionofDBMmodeling76

3.2.2BriefintroductiontoBoltzmannequation77

3.2.3Kineticmacromodeling83

3.2.4Kineticdirectmodeling:DBM91

3.3DBMmodelingofslipflow99

3.3.1Introductiontoslipflow99

3.3.2ConnotationoftheKnudsennumber101

3.3.3DBMmodeling102

3.3.4Boundaryconditions104

3.3.5Simulationresultsandanalysis106

3.3.6Briefsummary112

3.4DBMmodelingoftransitionflow112

3.4.1DBMmodelingbasedonES-BGKmodel112

3.4.2DBMmodelingbasedonShakhovmodel132

3.5DBMmodelingofdeepernonequilibriumflows157

3.6DBMmodelingofcombustionsystem159

3.6.1Studiesoncombustionproblems160

3.6.2LBMschemefortraditionalmodels161

3.6.3DBMmodelingofcombustionsystem:overview162

3.6.4DBMmodelingofcombustionsystem:examples165

3.7DBMmodelingofplasmasystem180

3.7.1Kineticdescriptionofplasmasystem180

3.7.2Plasmashock182

3.8DBMmodelingofmultiphaseflow196

3.8.1Studiesonmultiphaseflows196

3.8.2vanderWaalstheory197

3.8.3LBMschemefortraditionalmodels204

3.8.4MultiphaseflowmodelbasedonDBM205

3.9DBMmodelingversusLBMschemes225

3.10Otherrelatedquestionsandsummaries227

Chapter4AnalysisMethodofComplexPhysicalField230

4.1Structureandphysicalfieldanalysisbasedonregularpoints230

4.1.1Rheologicaldescription230

4.1.2Morphologicaldescription232

4.2Structureandphysicalfieldan