計算水力學：理論與應用（簡體書）

《計算水力學理論與應用》是涉及經典力學、計算方法、數值分析、程序編制、數據處理和可視化等學科的一門綜合性交叉學科，是水利、交通、環境、土木、地質、采礦、能源等工科專業碩、博士研究生培養方案中一門重要的專業基礎課程。
《計算水力學理論與應用》將計算水力學的主要內容寫成五篇，分別為有限差分法，有限單元法，有限體積法，邊界的特殊處理及可視化方法與應用，其中第1章概述計算水力學的內涵、特點、基本方程和學習要求：第2、3章闡述有限差分法的理論及應用；第4-7章闡述有限單元法的理論及應用；第8、9章闡述有限體積法的理論及應用；第10-12章闡述特殊邊界的處理；第13、14章闡述可視化方法與應用，每篇內容中理論部分從物理概念的分析入手，闡述基礎的建模思路、建模步驟和解法；應用部分主要選擇多年來的科研成果，也部分選用一些其他研究工作者的典型實例，注重介紹分析、處理問題的方法和途徑，另外《計算水力學理論與應用》還附自編的基礎性、啟發性的教學軟件，讀者可在科學出版社網站下載區資料代碼類下載該軟件(計算水力學理論與應用配套程序)。

《計算水力學理論與應用》內容涉及經典力學、計算方法、數值分析、程序編制、數據處理和可視化等學科，是水利、交通、環境、土木、地質、采礦、能源等工科專業碩、博士研究生培養方案中一門重要的專業基礎課程。

前言
第1章計算水力學和基本控制方程
1.1 引言
1.2 本書的基本內容
1.3 物理守恒定律的數學表達式
1.3.1 連續方程、動量方程和能量方程
1.3.2 均值方程與脈動量方程.
1.3.3 水動力學計算中的基本方程
1.3.4 渦的傳輸方程
1.3.5 標量的傳輸方程
1.3.6 方程的分類
參考文獻
第一篇 有限差分法
第2章 有限差分的基本形式
2.1 基本概念
2.1.1 連續函數與數值離散逼近
2.1.2 差分的概念
2.2 Taylor級數法
2.3 多項式插值
2.4 積分法
2.5 控制體法
2.6 顯式和隱式差分格式
2.6.1 顯式差方格式
2.6.2 隱式差分格式
2.7 差分方程的守恒性
2.8 差分方程的相容性、收斂性和穩定性
2.8.1 相容性
2.8.2 收斂性
2.8.3 穩定性
2.9 特征線法
2.9.1 特征方程、特征線和Riemann不變量
2.9.2 特征線法
2.10 顯式差分格式
2.10.1 Lax格式和耗散界面（Dissipative Interface）
2.10.2 逆風格式（upwind Scheme）
2.10.3 蛙跳格式（Lcap-frog Scheme）
2.10.4 Dufort-nankel格式
2.10.5 LaX-Wendroff二階精度格式
2.10.6 MaCormack格式
2.10.7 Adams-Bashforth格式
2.10.8 Rusanov格式
2.10.9 CaMaPcknu格式
2.10.10 TvD格式
2.11 隱式差分格式
2.11.1 一般描述
2.11.2 隱式格式的變權形式
2.11.3 矩陣穩定分析法
2.11.4 隱式格式的解法
2.11.5 關于隱式格式的若干說明
2.12 變系數與非線性方程的有限差分離散
2.12.1 非線性微分方程的顯式格式
2.12.2 非線性微分方程的隱式格式
2.12.3 線性迭代（Picard）與二次迭代（Newton）的比較
2.13 二維和三維方程的有限差分離散
2.13.1 概述
2.13.2 分步法的概念
2.13.3 空間概念上的分步法
2.13.4 物理概念上的分步法
2.13.5 空間概念上和物理概念上聯合分步的格式
2.14 初始條件與邊界條件
2.15 誤差分析
2.15.1 舍入誤差和截斷誤差
2.15.2 誤差的物理概念
……
第二篇 有限單元法
第三篇 有限體積法
第四篇 邊界的特殊處理
第五篇 可視化方法與應用
附錄

計算水力學作為一門獨立的學科，形成于20世紀60年代中期，它的出現標志著工程流體力學發展的一個新階段，是世界經濟迅猛發展和科學技術水平不斷提高，特別是高速、大容量電子計算機的快速更新換代為計算技術的發展提供了雄厚技術基礎的一個碩果，計算水力學已經深入到幾乎所有的技術科學領域，甚至某些社會科學方面，
自19世紀Froude奠定了物理比尺模型的理論基礎，并首次應用于船舶阻力的比尺模型試驗以後，物理比尺模型曾經是驗證流體力學理論和研究工程水力學問題的唯一手段，但是隨著工程的不斷大型化，社會、經濟、環境的綜合考慮在整個工程規劃中占據越來越重要的地位，大型水利、航運工程的規劃和工程結構設計，不能僅考慮緊鄰區域的水力條件及其影響，而必須考慮該項工程對于整個區域（例如，河流的整個流域），甚至對鄰近區域的影響，又如，要真正發揮一個排灌渠系（或河網）的最大效益，僅僅對其中的渠道（或河道）進行單個地考慮是不行的，如果整個渠系（或河網）的過水或輸沙（排污）能力不合要求，那么即使個別渠道（或河道）設計、整治得很好，渠系（或河網）的效益也不可能得到充分發揮，依賴物理比尺模型對渠系進行系統研究是難以奏效的，在經濟上也是不合理的，在環境問題中，由于生物、化學過程的參入，物理比尺模型則不能用于這類問題，這就迫使人們不得不尋求其他研究手段，數學模型也就應運而出了。