復(fù)雜介質(zhì)動(dòng)理學(xué)

目錄
前言
第1章 基礎(chǔ)知識(shí) 1
1.1 引言 1
1.2 沖擊波簡介 2
1.3 多相流簡介 5
1.4 物理力學(xué)簡介 6
1.5 哈密頓力學(xué)簡介 9
1.6 熱力學(xué)簡介 10
1.6.1 基本概念 10
1.6.2 平衡態(tài)熱力學(xué) 10
1.6.3 非平衡態(tài)熱力學(xué) 17
1.7 統(tǒng)計(jì)物理簡介 23
1.7.1 統(tǒng)計(jì)物理學(xué)概述 23
1.7.2 平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)力學(xué) 27
1.7.3 非平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)力學(xué) 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(dòng)力學(xué)理論與方法 49
2.3 連續(xù)介質(zhì)理論與方法：固體力學(xué) 54
2.3.1 物理模型 56
2.3.2 物質(zhì)點(diǎn)方法 57
2.4 連續(xù)介質(zhì)理論與方法：流體力學(xué) 59
2.5 從元胞自動(dòng)機(jī)到離散玻爾茲曼 67
2.5.1 元胞自動(dòng)機(jī) 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(shù)值解法與物理建模 72
第3章 離散玻爾茲曼方法 74
3.1 現(xiàn)實(shí)問題與必要性 74
3.2 DBM 建模的理論框架 76
3.2.1 DBM 建模引言 76
3.2.2 玻爾茲曼方程簡介 77
3.2.3 動(dòng)理學(xué)宏觀建模 83
3.2.4 動(dòng)理學(xué)直接建模：DBM 91
3.3 滑移流動(dòng)的 DBM 建模 99
3.3.1 滑移流簡介 99
3.3.2 克努森數(shù)的含義 101
3.3.3 DBM 建模 102
3.3.4 邊界條件 104
3.3.5 模擬結(jié)果與分析 106
3.3.6 小結(jié) 112
3.4 過渡流動(dòng)的 DBM 建模 112
3.4.1 基于 ES-BGK 模型的 DBM 建模 112
3.4.2 基于 Shakhov 模型的 DBM 建模 132
3.5 更深程度非平衡流動(dòng)的 DBM 建模 157
3.6 燃燒系統(tǒng)的 DBM 建模 159
3.6.1 燃燒問題的研究 160
3.6.2 傳統(tǒng)模型的 LBM 解法 161
3.6.3 燃燒系統(tǒng)的 DBM 建模：概述 162
3.6.4 燃燒系統(tǒng)的 DBM 建模：實(shí)例 165
3.7 等離子體系統(tǒng)的 DBM 建模 180
3.7.1 等離子體系統(tǒng)的動(dòng)理學(xué)描述 180
3.7.2 等離子體激波 182
3.8 多相流動(dòng)的 DBM 建模 196
3.8.1 多相流動(dòng)的研究 196
3.8.2 范德瓦耳斯理論 197
3.8.3 傳統(tǒng)模型的 LBM 解法 204
3.8.4 基于 DBM 的多相流模型 205
3.9 DBM 建模與 LBM 解法的比較 225
3.10 其他相關(guān)問題與小結(jié) 227
第4章 復(fù)雜物理場(chǎng)分析方法 230
4.1 基于規(guī)則點(diǎn)的結(jié)構(gòu)和物理場(chǎng)分析 230
4.1.1 流變學(xué)描述 230
4.1.2 形態(tài)學(xué)描述 232
4.2 基于無規(guī)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)和物理場(chǎng)分析 235
4.2.1 GISO 簡介 236
4.2.2 基于 SHT 的結(jié)構(gòu)管理 236
4.2.3 基于 SHT 的快速搜索法 237
4.2.4 GISO 的應(yīng)用 238
4.3 流場(chǎng)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(yīng)用舉例 248
第5章 復(fù)雜介質(zhì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)：模擬研究 252
5.1 物質(zhì)點(diǎn)模擬：整體行為 252
5.1.1 平均行為及其漲落 252
5.1.2 形態(tài)學(xué)分析 260
5.2 物質(zhì)點(diǎn)模擬：局域行為 273
5.2.1 沖擊加載 273
5.2.2 沖擊卸載 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(wěn)定性 327
5.4 分子動(dòng)力學(xué)模擬 352
5.4.1 微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生機(jī)制 352
5.4.2 微結(jié)構(gòu)演化機(jī)制 356
5.4.3 從微觀到介觀：粗?；?359
5.5 類分子動(dòng)力學(xué)模擬 361
第6章 結(jié)論與展望 368
參考文獻(xiàn) 371
附錄一 關(guān)于 DBM 的幾個(gè)常見問題 390
附錄二 兩類動(dòng)理學(xué)方法 396
附錄三 基于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 LBM 414
附錄六 基本泛函理論 416
附錄七 中英文人名對(duì)照表 419
CONTENTS
Preface
Chapter 1 Basic Knowledge 1
1.1 Introduction 1
1.2 Introduction to shock wave 2
1.3 Introduction to multiphase flow 5
1.4 Introduction to physical mechanics 6
1.5 Introduction to Hamiltonian mechanics 9
1.6 Introduction to thermodynamics 10
1.6.1 Basic concepts 10
1.6.2 Equilibrium thermodynamics 10
1.6.3 Non-equilibrium thermodynamics 17
1.7 Introduction to statistical physics 23
1.7.1 Overview of statistical physics 23
1.7.2 Equilibrium state statistical mechanics 27
1.7.3 Non-equilibrium state statistical mechanics 31
Chapter 2 Physical Models and Simulation Methods 41
2.1 Overview of coarse-grained physical modeling 41
2.2 Molecular dynamics theories and methods 49
2.3 Continuum theory and methods: solid mechanics 54
2.3.1 Physical model 56
2.3.2 Material point method 57
2.4 Continuum theory and methods: fluid mechanics 59
2.5 From cellular automata to discrete Boltzmann 67
2.5.1 Cellular automata 67
2.5.2 Lattice Boltzmann 68
2.5.3 Discrete Boltzmann 69
2.5.4 Numerical scheme and physical modeling 72
Chapter 3 Discrete Boltzmann Method 74
3.1 Reality and necessity 74
3.2 Theoretical framework for DBM modeling 76
3.2.1 Introduction of DBM modeling 76
3.2.2 Brief introduction to Boltzmann equation 77
3.2.3 Kinetic macro modeling 83
3.2.4 Kinetic direct modeling: DBM 91
3.3 DBM modeling of slip flow 99
3.3.1 Introduction to slip flow 99
3.3.2 Connotation of the Knudsen number 101
3.3.3 DBM modeling 102
3.3.4 Boundary conditions 104
3.3.5 Simulation results and analysis 106
3.3.6 Brief summary 112
3.4 DBM modeling of transition flow 112
3.4.1 DBM modeling based on ES-BGK model 112
3.4.2 DBM modeling based on Shakhov model 132
3.5 DBM modeling of deeper nonequilibrium flows 157
3.6 DBM modeling of combustion system 159
3.6.1 Studies on combustion problems 160
3.6.2 LBM scheme for traditional models 161
3.6.3 DBM modeling of combustion system: overview 162
3.6.4 DBM modeling of combustion system: examples 165
3.7 DBM modeling of plasma system 180
3.7.1 Kinetic description of plasma system 180
3.7.2 Plasma shock 182
3.8 DBM modeling of multiphase flow 196
3.8.1 Studies on multiphase flows 196
3.8.2 van der Waals theory 197
3.8.3 LBM scheme for traditional models 204
3.8.4 Multiphase flow model based on DBM 205
3.9 DBM modeling versus LBM schemes 225
3.10 Other related questions and summaries 227
Chapter 4 Analysis Method of Complex Physical Field 230
4.1 Structure and physical field analysis based on regular points 230
4.1.1 Rheological description 230
4.1.2 Morphological description 232
4.2 Structure and physical field an