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商品簡介
作者簡介
名人/編輯推薦
序
目次
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商品簡介
在現代氣體動力學的研究中，非定常流動問題難度很大，物理現象復雜，一直是該領域的前沿內容。本書是關于氣體動力學非定常流動問題的一部專著，全書分兩篇12章，分別從一維、二維和三維非定常流動的重要特征入手，抓住了簡單波、稀疏波、壓縮波、激波、燃燒波以及爆轟波間相互作用的特點，注意分析渦量動力學在非定常氣動力計算中的作用，探討了脈沖激光推進技術的力學基礎以及應用前景。書中還細致討論了非定常流在航空動力設計、現代兵器的氣動設計、飛行器氣動布局和未來航天器研制中的應用。
本書也作為相關專業科研人員參考用書，也作為研究生學位課教材。
本書也作為相關專業科研人員參考用書，也作為研究生學位課教材。
作者簡介
王保國，1947年12月生，山東臨清市人。1970年大學畢業后在國防科工委工作八年; 1978年考取中國科學院研究生院首屆研究生。在中科院工作的16年間，獲碩士、博士學位，并進行了3年半的博士后研究，于1993年榮獲國家勞動人事部首屆全國優秀博士后獎；并兩次榮獲中國科學院科技進步獎，為主要獲獎人。
在清華大學任教授與博導的10年間，曾兩次榮獲清華大學教學優秀獎。2002年起以知名教授、學科帶頭人的方式由清華大學引進到北京理工大學任教，現任流體力學二級學科帶頭人。
1998年獲英國劍橋杰出成就獎(Gold Star Award);2000年獲美國Barons Who’s Who頒發的New Century Global 500 Award獎。他出版學術專著四部，發表論文180余篇，其中包括國際學報及國際會議(英文)67篇，被SCI、EI檢索62篇。2007年被評為北京理工大學師德十大標兵，被評為第三屆北京市教學名師。
在清華大學任教授與博導的10年間，曾兩次榮獲清華大學教學優秀獎。2002年起以知名教授、學科帶頭人的方式由清華大學引進到北京理工大學任教，現任流體力學二級學科帶頭人。
1998年獲英國劍橋杰出成就獎(Gold Star Award);2000年獲美國Barons Who’s Who頒發的New Century Global 500 Award獎。他出版學術專著四部，發表論文180余篇，其中包括國際學報及國際會議(英文)67篇，被SCI、EI檢索62篇。2007年被評為北京理工大學師德十大標兵，被評為第三屆北京市教學名師。
名人/編輯推薦
鑒于非定常流動現象的普遍性和工程應用的重要性，王保國、高歌、黃偉光、徐燕驥、閆文輝編著的《非定常氣體動力學》從現代航空、航天、動力與工程熱物理以及兵器科學與技術中，抽取其中的非定常流動問題并針對流動中所發生的基本物理現象和流動作用的機理進行闡述，力求使讀者對問題有一個較全面的了解與認識，使讀者能夠掌握書中所講述的基本理論和基本方法，并為進一步開展這方面的科學研究指明方向。該書的出版進一步充實、加強了空氣動力學領域中的非定常部分，對空氣動力學本身也是非常有意義的。
序
序
非定常流動是指流動狀態隨時間變化的流動，而不隨時間變化的稱為定常流動。在自然界中非定常流動是最普遍存在的流體運動形式。
飛機飛行時若迎角超過一定范圍，氣流會在機翼吸力面分離，而分離流往往是非定常的。特別對于現代戰斗機，大迎角機動飛行在進攻和防御中都是不可缺少的，具備這種能力是現代先進戰機的重要標志。隨著迎角增大，氣流分離現象更加嚴重，往往導致飛機發生抖振和失控現象。要解決這些問題就必須對非定常流動特性進行深入研究。
各種燃氣輪機的壓氣機和渦輪通道中，轉子與靜子葉片排的交替排列使得流場具有固有的非定常性。在此背景框架下，進口流場畸變、旋轉失速、喘振、顫振、二次流、葉尖泄漏流、分離流、轉捩、尾跡、不同尺度的旋渦，以及幾乎充滿整個流動空間的湍流等各種非定常流動現象更加復雜。
非定常性進一步增加了氣動力學的復雜性和難度。針對非定常性，數學家進行了大量研究，得到了一些深刻反映非定常物理特征的結果，深化了人們的認識，很有教益。盡管非定常項本身不是非線性，但描寫非定常氣動力學物理現象的卻是非定常非線性偏微分方程組，對于這樣的數學問題，至今未能得到一般情況下的解析解，而且至今也看不到從理論上根本解決這些問題的前景。不斷提高產品質量的客觀需求不能等待科學問題的徹底解決，于是采用了兩條途徑：一是簡化數學問題；二是依靠試驗研究，這兩者緊密結合、相互補充，取得了驚人的成就。
簡化數學問題主要是非定常問題定常化，即用各種方法將非定常問題近似為定常問題。例如，將非定常偏微分方程（組）對時間積分，消去時間項，成為定常方程（組）；也可以采用其他假設，簡化為定常方程（組）。應當指出，過去幾十年，壓氣機和渦輪的產品性能得到了非常大的提高，而工程設計的手段都是基于各種簡化的定常設計體系，而且至今這仍是世界先進國家所采用的基本體系。當然，這些體系都是以大量試驗數據為支撐的。盡管定常體系取得了巨大的成就，但畢竟沒有反映真實流動的全部信息，有一定局限性。這正是本書的出發點。特別是隨著數值技術的進步，人們做出了很大的努力，力求利用CFD的方法，在設計體系中引入非定常的因素，并已取得可喜的進展。
依靠試驗研究處理非定常問題，是基本的有效途徑。最典型的成功例子是Calming效應。劍橋大學針對上游葉排尾跡對下游葉排掃掠的作用，經過大量深入細致的試驗研究發現，在非定常尾跡作用下，邊界層的轉捩過程與定常邊界層有明顯不同，充分利用湍流斑鎮靜區（Calming Region）的特性可以既延緩分離，又得到高效率。利用此技術，在低雷諾數條件下，可使得低壓渦輪在效率不降低甚至略有提高的情況下，氣動負荷提高30%~40%。此技術已成功應用于多種航空燃氣渦輪發動機上。
鑒于非定常流動現象的普遍性和工程應用的重要性，本書從現代航空、航天、動力與工程熱物理以及兵器科學與技術中，抽取其中的非定常流動問題并針對流動中所發生的基本物理現象和流動作用的機理進行闡述，力求使讀者對問題有一個較全面的了解與認識，使讀者能夠掌握書中所講述的基本理論和基本方法，并為進一步開展這方面的科學研究指明方向。該書的出版進一步充實、加強了空氣動力學領域中的非定常部分，對空氣動力學本身也是非常有意義的。本書的五位作者來自兩所國家級重點高校（北京理工大學、北京航空航天大學）和兩個國家級科研機構（中國科學院上海高等研究院、中國航空研究院），他們率領著五個學術研究團隊，其研究領域涵蓋了航空、航天、動力工程與工程熱物理以及兵器科學與技術的多個學科。他們實行強強聯合、優勢互補的合作模式，具有很好的多學科融合性。這種合作的模式，有利于理論分析與工程實踐之間的密切結合，有利于多個學科之間的交叉、碰撞與激勵，有利于寫出一本好書，值得推廣。本書凝聚了作者們多年來的研究成果與實踐經驗，是一本學術水平高、系統性強、密切聯系實際的好書，對讀者很有啟示和教益。相信本書的出版，對非定常氣體動力學的研究會產生積極的推動作用。
2013年9月18日
非定常氣體動力學
前 言
前 言
這是一部氣體動力學非定常問題的專著，全書分兩篇12章，始終堅持重基礎、重應用和少而精的基本原則。目前，闡述從一維、二維到三維非定常流動的重要特征，研究從內流到外流的流動性質，描述從簡單波、稀疏波、壓縮波、激波、燃燒波到爆轟波間相互作用的特點，分析渦量動力學在非定常氣動力計算中的重要作用，探討激光推進技術的力學基礎，討論非定常流動在航空動力設計、飛行器氣動布局、未來航天器研制以及在現代兵器設計中應用的書籍實為少見，從這個意義上講，這部專著彌補了國內這方面出版的缺憾。
長期工作在教學與科研第一線上的五位作者，分別來自北京理工大學宇航學院、北京航空航天大學能源與動力工程學院、中國科學院上海高等研究院和中國航空研究院新技術研究所，他們都是這個領域中不同部門的學術帶頭人，曾發表過百余篇學術論文，出版過多部專著與教材，具有較豐富的科研與寫作經驗。本書第一作者王保國教授榮獲北京市教學名師稱號，出版專著與教材12部，而且全部為第一作者，其中已出版的《流體力學》（機械工業出版社）、《空氣動力學基礎》（國防工業出版社）、《氣體動力學》（原國防科工委五院校出版社）、《工程流體力學（上、下冊）》（科學出版社）、《高超聲速氣動熱力學》（科學出版社）、《稀薄氣體動力學計算》（北京航空航天大學出版社）、《高精度算法與小波多分辨分析》（國防工業出版社）、《葉輪機械跨聲速及亞聲速流場的計算方法》（國防工業出版社）、《傳熱學》（機械工業出版社）、《安全人機工程學》（機械工業出版社）、《人機環境安全工程原理》（中國石化出版社）、《人機系統方法學》（清華大學出版社）等涉及流體力學學科、工程熱物理學科以及航空宇航一級學科中人機與環境工程學科，涉及高速飛行器、動力機械以及噴氣推進裝置的氣動布局與氣動設計，涉及航天器的高超聲速再入飛行問題以及熱防護與熱安全，涉及微觀物理與宏觀力學之間的交叉與結合，涉及物理力學與工程力學問題的融合與統一。上述書籍的寫作與王保國教授在中國科學院力學研究所和工程熱物理研究所長達16年、在清華大學力學系長達10年以及在北京理工大學宇航學院長達10年的工作經歷緊密相聯。另外，王保國教授有許多社會學術兼職，他連續兩屆擔任中國人類工效學學會副理事長（2008-2016年）、長期擔任人機工程專業委員會主任（自2003至今）；另外，從2003年至今還一直擔任中國系統工程學會人—機—環境委員會副秘書長等。2011年10月22日在北京召開的“隆重紀念偉大科學家錢學森誕辰100周年暨人—機—環境系統工程創立30周年大會”上授予王保國教授終身成就獎并頒發證書（本次全國大會兩名獲獎人之一）。此外，有一點還應說明：山東臨清是京劇之鄉，也是國學大師季羨林先生的故鄉，因此王保國教授自幼喜愛中國京劇（雖不是京劇名票，但自5歲開始聽戲至今）并受益極大，從中學會了做人、做事、做學問，學會了為人忠厚、懂得感恩，深知百善孝為先的人生道理；他自幼立志以季羨林先生為榜樣，具有學習刻苦認真、一絲不茍的基本素質；深刻理解了苦練基本功、舉一反三、融會貫通做學問的基本道理。正是這些基本素質和基本道理，促使王教授寫出了上述12本專著與教材。這些著作深刻與準確地反映了他在從事航空發動機氣動設計、飛行器氣動布局與高超聲速再入熱防護、載人航天器人機系統評價與分析三個涉及國防建設的重要前沿科學領域中，40多年學術研究與辛勤耕耘的豐碩成果；體現了他作為學術帶頭人，在工程熱物理、航空航天、人機與環境工程這三個不同學科但又密切聯系的交叉學術前沿領域中，潛心專研、勇于探索、一絲不茍、嚴謹求實的優良學風。本書第二作者高歌教授是1984年國家發明一等獎、首屆航空金獎和首屆國防科工委光華特等獎的獲得者，是GAO-YONG理性湍流理論的創始人；他提出與設計的沙丘駐渦火焰穩定器是我國近年來在噴氣推進技術上的重大發明之一，1985年2月國家最高領導人在中南海接見了高歌教授和寧榥先生，并合影留念；他于1980年在科學出版社出版的《燃燒室氣動力學》一書一直作為航空航天動力專業高年級學生及研究生的重要指導性著作；近年來，他出版的《蘭星科技暢想》和《宇宙天演論》深受國內外讀者們的歡迎。本書第三作者黃偉光先生現任中國科學院上海高等研究院副院長、研究員，曾任中國科學院工程熱物理研究所所長以及國家重點基礎研究發展（“973”計劃）項目首席科學家，曾兩次榮獲國家科技進步二等獎，一次榮獲國家自然科學二等獎，著有《氣體動力學》、《高超聲速氣動熱力學》和《人機環境安全工程原理》；兼任《航空學報》與《工程熱物理學報》編委、《Journal of Thermal Science》雜志主編；另外，兼任北京理工大學特聘教授。本書第四作者徐燕驥博士是20世紀80年代畢業于清華大學熱能系的優秀學子，大學畢業后一直在中國科學院工程熱物理研究所和中國科學院上海高等研究院從事氣動熱力學以及新型能源動力的研究，他是中國科學院上海新喆機電技術的總負責人、學術帶頭人。本書第五作者閆文輝博士，在北京航空航天大學接受的長達9年的本科和研究生系統教育，打下了堅實的理論基礎；在美國著名大學的留學經歷開闊了眼界，增強了從事科學研究的活力；他是中國航空研究院新技術研究所的高級工程師，是一位年輕的學術新秀。五位作者緊密合作、共同完成了這部多學科交叉、緊緊貼近氣體動力學前沿的學術著作。
五位作者十分感謝卞蔭貴先生、吳仲華先生、寧榥先生、陳乃興先生、陳懋章院士、童秉綱院士、朵英賢院士、徐更光院士、顧誦芬院士和陶文銓院士對研究工作的長期關心與支持。另外，感謝五位作者所在團隊人員的共同努力和不懈的工作。此外，還向書中參考文獻里所列出的作者們與同仁們表示感謝。在本書出版期間，得到了北京理工大學出版社羅勇總編、樊紅亮副社長以及編輯尹晅的大力支持與幫助，正是他們的敬業精神才使得本書得以如期出版，我們表示感謝。尤其令五位作者非常感動并深受教育的是，陳懋章院士那種一絲不茍的敬業精神和對晚輩那份關愛與熱情，也體現在為本書寫序的過程中。為給本書寫序，先生在百忙之中，占用了整整一個星期的寶貴時間。他首先認真審閱了該書的詳細目錄、寫作大綱和整體框架以及全書的重點章節，而后在此基礎上動手寫序。為了準確與充分地給讀者表達書中的內容，陳先生反復推敲序中的用詞、用字以及序中的內容，并與我們多次當面或電話溝通。序的電子稿，我們曾收到過四稿，這種辦事認真負責的敬業精神深深地教育了我們。同樣，陳懋章院士的這種嚴謹學風也體現在他的著作與他發表的文章中。他的《黏性流體動力學基礎》（高等教育出版社，2002年）概念準確、論述嚴謹，是我們業內公認的打好專業基礎的必讀教材；他的《黏性流體動力學理論及紊流工程計算》（北京航空學院出版社，1986年）是我們當時學習湍流工程算法的最寶貴教材，也是當時最貼近工程計算的工具書，深得專業工程技術人員的歡迎。他發表的《壓氣機氣動力學發展的一些問題》（《航空學報》，1985年）、《中國航空發動機高壓壓氣機發展的幾個問題》（《航空發動機》，2006年）、《葉輪機氣動力學研究及其發展趨勢》（《航空百年學術論壇》，2003年）、《中國壓氣機基礎研究及工程研制的一些進展》（《航空發動機》，2007年）、《大涵道比渦扇發動機風扇/壓氣機氣動設計技術分析》（《航空學報》，2008年）、《風扇/壓氣機技術發展和對今后工作的建議》（《航空動力學報》，2002年）以及《風扇/壓氣機氣動設計技術發展趨勢——用于大型客機的大涵道比渦扇發動機》（《航空動力學報》，2008年）等，這些極為重要的文章及時地為我國從事航空發動機研制的高等學校、研究院所以及工程技術人員指明了方向，為我國航空發動機關鍵部件壓氣機與渦輪的研究與研制引領了前進的方向。這里必須指出的是，航空發動機對一個國家的安全至關重要。航空發達國家都把發動機作為優先發展的技術列入國家或國防關鍵技術計劃，并且嚴格禁止向別國轉讓。世界上能夠自主設計與生產航空噴氣發動機的也僅有少數幾個國家，因此航空發動機的研制關系到我國國防的安全。我國需要一批像陳院士這樣敬業的科學家和工程師去發展我國的航空事業，我國更需要成千上萬的學子們能夠熱愛祖國的航空、熱愛祖國航空發動機事業的發展、熱愛祖國的國防事業，陳懋章院士為我們樹起了人生楷模。
本書主要內容已在北京理工大學博士生《高等計算流體力學》學位教材中講過多屆，同學們反映較好。該書可作為研究生學位教材，也可作為相關專業科技人員的參考書。由于五位作者水平有限，書中的錯誤和不妥之處，敬請讀者批評指正；還可通過Email：bguowang@163.com與我們聯系，共同探討。
作 者
2013年9月28日
非定常流動是指流動狀態隨時間變化的流動，而不隨時間變化的稱為定常流動。在自然界中非定常流動是最普遍存在的流體運動形式。
飛機飛行時若迎角超過一定范圍，氣流會在機翼吸力面分離，而分離流往往是非定常的。特別對于現代戰斗機，大迎角機動飛行在進攻和防御中都是不可缺少的，具備這種能力是現代先進戰機的重要標志。隨著迎角增大，氣流分離現象更加嚴重，往往導致飛機發生抖振和失控現象。要解決這些問題就必須對非定常流動特性進行深入研究。
各種燃氣輪機的壓氣機和渦輪通道中，轉子與靜子葉片排的交替排列使得流場具有固有的非定常性。在此背景框架下，進口流場畸變、旋轉失速、喘振、顫振、二次流、葉尖泄漏流、分離流、轉捩、尾跡、不同尺度的旋渦，以及幾乎充滿整個流動空間的湍流等各種非定常流動現象更加復雜。
非定常性進一步增加了氣動力學的復雜性和難度。針對非定常性，數學家進行了大量研究，得到了一些深刻反映非定常物理特征的結果，深化了人們的認識，很有教益。盡管非定常項本身不是非線性，但描寫非定常氣動力學物理現象的卻是非定常非線性偏微分方程組，對于這樣的數學問題，至今未能得到一般情況下的解析解，而且至今也看不到從理論上根本解決這些問題的前景。不斷提高產品質量的客觀需求不能等待科學問題的徹底解決，于是采用了兩條途徑：一是簡化數學問題；二是依靠試驗研究，這兩者緊密結合、相互補充，取得了驚人的成就。
簡化數學問題主要是非定常問題定常化，即用各種方法將非定常問題近似為定常問題。例如，將非定常偏微分方程（組）對時間積分，消去時間項，成為定常方程（組）；也可以采用其他假設，簡化為定常方程（組）。應當指出，過去幾十年，壓氣機和渦輪的產品性能得到了非常大的提高，而工程設計的手段都是基于各種簡化的定常設計體系，而且至今這仍是世界先進國家所采用的基本體系。當然，這些體系都是以大量試驗數據為支撐的。盡管定常體系取得了巨大的成就，但畢竟沒有反映真實流動的全部信息，有一定局限性。這正是本書的出發點。特別是隨著數值技術的進步，人們做出了很大的努力，力求利用CFD的方法，在設計體系中引入非定常的因素，并已取得可喜的進展。
依靠試驗研究處理非定常問題，是基本的有效途徑。最典型的成功例子是Calming效應。劍橋大學針對上游葉排尾跡對下游葉排掃掠的作用，經過大量深入細致的試驗研究發現，在非定常尾跡作用下，邊界層的轉捩過程與定常邊界層有明顯不同，充分利用湍流斑鎮靜區（Calming Region）的特性可以既延緩分離，又得到高效率。利用此技術，在低雷諾數條件下，可使得低壓渦輪在效率不降低甚至略有提高的情況下，氣動負荷提高30%~40%。此技術已成功應用于多種航空燃氣渦輪發動機上。
鑒于非定常流動現象的普遍性和工程應用的重要性，本書從現代航空、航天、動力與工程熱物理以及兵器科學與技術中，抽取其中的非定常流動問題并針對流動中所發生的基本物理現象和流動作用的機理進行闡述，力求使讀者對問題有一個較全面的了解與認識，使讀者能夠掌握書中所講述的基本理論和基本方法，并為進一步開展這方面的科學研究指明方向。該書的出版進一步充實、加強了空氣動力學領域中的非定常部分，對空氣動力學本身也是非常有意義的。本書的五位作者來自兩所國家級重點高校（北京理工大學、北京航空航天大學）和兩個國家級科研機構（中國科學院上海高等研究院、中國航空研究院），他們率領著五個學術研究團隊，其研究領域涵蓋了航空、航天、動力工程與工程熱物理以及兵器科學與技術的多個學科。他們實行強強聯合、優勢互補的合作模式，具有很好的多學科融合性。這種合作的模式，有利于理論分析與工程實踐之間的密切結合，有利于多個學科之間的交叉、碰撞與激勵，有利于寫出一本好書，值得推廣。本書凝聚了作者們多年來的研究成果與實踐經驗，是一本學術水平高、系統性強、密切聯系實際的好書，對讀者很有啟示和教益。相信本書的出版，對非定常氣體動力學的研究會產生積極的推動作用。
2013年9月18日
非定常氣體動力學
前 言
前 言
這是一部氣體動力學非定常問題的專著，全書分兩篇12章，始終堅持重基礎、重應用和少而精的基本原則。目前，闡述從一維、二維到三維非定常流動的重要特征，研究從內流到外流的流動性質，描述從簡單波、稀疏波、壓縮波、激波、燃燒波到爆轟波間相互作用的特點，分析渦量動力學在非定常氣動力計算中的重要作用，探討激光推進技術的力學基礎，討論非定常流動在航空動力設計、飛行器氣動布局、未來航天器研制以及在現代兵器設計中應用的書籍實為少見，從這個意義上講，這部專著彌補了國內這方面出版的缺憾。
長期工作在教學與科研第一線上的五位作者，分別來自北京理工大學宇航學院、北京航空航天大學能源與動力工程學院、中國科學院上海高等研究院和中國航空研究院新技術研究所，他們都是這個領域中不同部門的學術帶頭人，曾發表過百余篇學術論文，出版過多部專著與教材，具有較豐富的科研與寫作經驗。本書第一作者王保國教授榮獲北京市教學名師稱號，出版專著與教材12部，而且全部為第一作者，其中已出版的《流體力學》（機械工業出版社）、《空氣動力學基礎》（國防工業出版社）、《氣體動力學》（原國防科工委五院校出版社）、《工程流體力學（上、下冊）》（科學出版社）、《高超聲速氣動熱力學》（科學出版社）、《稀薄氣體動力學計算》（北京航空航天大學出版社）、《高精度算法與小波多分辨分析》（國防工業出版社）、《葉輪機械跨聲速及亞聲速流場的計算方法》（國防工業出版社）、《傳熱學》（機械工業出版社）、《安全人機工程學》（機械工業出版社）、《人機環境安全工程原理》（中國石化出版社）、《人機系統方法學》（清華大學出版社）等涉及流體力學學科、工程熱物理學科以及航空宇航一級學科中人機與環境工程學科，涉及高速飛行器、動力機械以及噴氣推進裝置的氣動布局與氣動設計，涉及航天器的高超聲速再入飛行問題以及熱防護與熱安全，涉及微觀物理與宏觀力學之間的交叉與結合，涉及物理力學與工程力學問題的融合與統一。上述書籍的寫作與王保國教授在中國科學院力學研究所和工程熱物理研究所長達16年、在清華大學力學系長達10年以及在北京理工大學宇航學院長達10年的工作經歷緊密相聯。另外，王保國教授有許多社會學術兼職，他連續兩屆擔任中國人類工效學學會副理事長（2008-2016年）、長期擔任人機工程專業委員會主任（自2003至今）；另外，從2003年至今還一直擔任中國系統工程學會人—機—環境委員會副秘書長等。2011年10月22日在北京召開的“隆重紀念偉大科學家錢學森誕辰100周年暨人—機—環境系統工程創立30周年大會”上授予王保國教授終身成就獎并頒發證書（本次全國大會兩名獲獎人之一）。此外，有一點還應說明：山東臨清是京劇之鄉，也是國學大師季羨林先生的故鄉，因此王保國教授自幼喜愛中國京劇（雖不是京劇名票，但自5歲開始聽戲至今）并受益極大，從中學會了做人、做事、做學問，學會了為人忠厚、懂得感恩，深知百善孝為先的人生道理；他自幼立志以季羨林先生為榜樣，具有學習刻苦認真、一絲不茍的基本素質；深刻理解了苦練基本功、舉一反三、融會貫通做學問的基本道理。正是這些基本素質和基本道理，促使王教授寫出了上述12本專著與教材。這些著作深刻與準確地反映了他在從事航空發動機氣動設計、飛行器氣動布局與高超聲速再入熱防護、載人航天器人機系統評價與分析三個涉及國防建設的重要前沿科學領域中，40多年學術研究與辛勤耕耘的豐碩成果；體現了他作為學術帶頭人，在工程熱物理、航空航天、人機與環境工程這三個不同學科但又密切聯系的交叉學術前沿領域中，潛心專研、勇于探索、一絲不茍、嚴謹求實的優良學風。本書第二作者高歌教授是1984年國家發明一等獎、首屆航空金獎和首屆國防科工委光華特等獎的獲得者，是GAO-YONG理性湍流理論的創始人；他提出與設計的沙丘駐渦火焰穩定器是我國近年來在噴氣推進技術上的重大發明之一，1985年2月國家最高領導人在中南海接見了高歌教授和寧榥先生，并合影留念；他于1980年在科學出版社出版的《燃燒室氣動力學》一書一直作為航空航天動力專業高年級學生及研究生的重要指導性著作；近年來，他出版的《蘭星科技暢想》和《宇宙天演論》深受國內外讀者們的歡迎。本書第三作者黃偉光先生現任中國科學院上海高等研究院副院長、研究員，曾任中國科學院工程熱物理研究所所長以及國家重點基礎研究發展（“973”計劃）項目首席科學家，曾兩次榮獲國家科技進步二等獎，一次榮獲國家自然科學二等獎，著有《氣體動力學》、《高超聲速氣動熱力學》和《人機環境安全工程原理》；兼任《航空學報》與《工程熱物理學報》編委、《Journal of Thermal Science》雜志主編；另外，兼任北京理工大學特聘教授。本書第四作者徐燕驥博士是20世紀80年代畢業于清華大學熱能系的優秀學子，大學畢業后一直在中國科學院工程熱物理研究所和中國科學院上海高等研究院從事氣動熱力學以及新型能源動力的研究，他是中國科學院上海新喆機電技術的總負責人、學術帶頭人。本書第五作者閆文輝博士，在北京航空航天大學接受的長達9年的本科和研究生系統教育，打下了堅實的理論基礎；在美國著名大學的留學經歷開闊了眼界，增強了從事科學研究的活力；他是中國航空研究院新技術研究所的高級工程師，是一位年輕的學術新秀。五位作者緊密合作、共同完成了這部多學科交叉、緊緊貼近氣體動力學前沿的學術著作。
五位作者十分感謝卞蔭貴先生、吳仲華先生、寧榥先生、陳乃興先生、陳懋章院士、童秉綱院士、朵英賢院士、徐更光院士、顧誦芬院士和陶文銓院士對研究工作的長期關心與支持。另外，感謝五位作者所在團隊人員的共同努力和不懈的工作。此外，還向書中參考文獻里所列出的作者們與同仁們表示感謝。在本書出版期間，得到了北京理工大學出版社羅勇總編、樊紅亮副社長以及編輯尹晅的大力支持與幫助，正是他們的敬業精神才使得本書得以如期出版，我們表示感謝。尤其令五位作者非常感動并深受教育的是，陳懋章院士那種一絲不茍的敬業精神和對晚輩那份關愛與熱情，也體現在為本書寫序的過程中。為給本書寫序，先生在百忙之中，占用了整整一個星期的寶貴時間。他首先認真審閱了該書的詳細目錄、寫作大綱和整體框架以及全書的重點章節，而后在此基礎上動手寫序。為了準確與充分地給讀者表達書中的內容，陳先生反復推敲序中的用詞、用字以及序中的內容，并與我們多次當面或電話溝通。序的電子稿，我們曾收到過四稿，這種辦事認真負責的敬業精神深深地教育了我們。同樣，陳懋章院士的這種嚴謹學風也體現在他的著作與他發表的文章中。他的《黏性流體動力學基礎》（高等教育出版社，2002年）概念準確、論述嚴謹，是我們業內公認的打好專業基礎的必讀教材；他的《黏性流體動力學理論及紊流工程計算》（北京航空學院出版社，1986年）是我們當時學習湍流工程算法的最寶貴教材，也是當時最貼近工程計算的工具書，深得專業工程技術人員的歡迎。他發表的《壓氣機氣動力學發展的一些問題》（《航空學報》，1985年）、《中國航空發動機高壓壓氣機發展的幾個問題》（《航空發動機》，2006年）、《葉輪機氣動力學研究及其發展趨勢》（《航空百年學術論壇》，2003年）、《中國壓氣機基礎研究及工程研制的一些進展》（《航空發動機》，2007年）、《大涵道比渦扇發動機風扇/壓氣機氣動設計技術分析》（《航空學報》，2008年）、《風扇/壓氣機技術發展和對今后工作的建議》（《航空動力學報》，2002年）以及《風扇/壓氣機氣動設計技術發展趨勢——用于大型客機的大涵道比渦扇發動機》（《航空動力學報》，2008年）等，這些極為重要的文章及時地為我國從事航空發動機研制的高等學校、研究院所以及工程技術人員指明了方向，為我國航空發動機關鍵部件壓氣機與渦輪的研究與研制引領了前進的方向。這里必須指出的是，航空發動機對一個國家的安全至關重要。航空發達國家都把發動機作為優先發展的技術列入國家或國防關鍵技術計劃，并且嚴格禁止向別國轉讓。世界上能夠自主設計與生產航空噴氣發動機的也僅有少數幾個國家，因此航空發動機的研制關系到我國國防的安全。我國需要一批像陳院士這樣敬業的科學家和工程師去發展我國的航空事業，我國更需要成千上萬的學子們能夠熱愛祖國的航空、熱愛祖國航空發動機事業的發展、熱愛祖國的國防事業，陳懋章院士為我們樹起了人生楷模。
本書主要內容已在北京理工大學博士生《高等計算流體力學》學位教材中講過多屆，同學們反映較好。該書可作為研究生學位教材，也可作為相關專業科技人員的參考書。由于五位作者水平有限，書中的錯誤和不妥之處，敬請讀者批評指正；還可通過Email：bguowang@163.com與我們聯系，共同探討。
作 者
2013年9月28日
目次
第一篇 基本理論與力學基礎
第1章 廣義氣體動力學基本方程組
1.1 經典氣體動力學的Navier-Stokes方程組
1.1.1 一般控制體及Reynolds輸運定理
1.1.2 一般控制體下流體力學的基本方程組
1.1.3 Navier-Stokes方程組的守恒形式
1.1.4 Navier-Stokes方程組的數學性質與定解條件
1.2 非慣性相對坐標系中Navier-Stokes方程組
1.2.1 絕對坐標系與非慣性相對坐標系間的轉換關系
1.2.2 絕對坐標系中葉輪機械Navier-Stokes方程組
1.2.3 絕對坐標系中Navier-Stokes方程組的強守恒與弱守恒型
1.2.4 相對坐標系中Navier-Stokes方程組及廣義Bernoulli方程
1.2.5 吳仲華的兩類流面理論以及涉及轉子焓與熵的氣動方程組
1.2.6 三維空間中兩類流面的流函數主方程以及擬流函數法
1.3 電磁流體力學的基本方程組及電磁對偶原理 第一篇 基本理論與力學基礎
第1章 廣義氣體動力學基本方程組
1.1 經典氣體動力學的Navier-Stokes方程組
1.1.1 一般控制體及Reynolds輸運定理
1.1.2 一般控制體下流體力學的基本方程組
1.1.3 Navier-Stokes方程組的守恒形式
1.1.4 Navier-Stokes方程組的數學性質與定解條件
1.2 非慣性相對坐標系中Navier-Stokes方程組
1.2.1 絕對坐標系與非慣性相對坐標系間的轉換關系
1.2.2 絕對坐標系中葉輪機械Navier-Stokes方程組
1.2.3 絕對坐標系中Navier-Stokes方程組的強守恒與弱守恒型
1.2.4 相對坐標系中Navier-Stokes方程組及廣義Bernoulli方程
1.2.5 吳仲華的兩類流面理論以及涉及轉子焓與熵的氣動方程組
1.2.6 三維空間中兩類流面的流函數主方程以及擬流函數法
1.3 電磁流體力學的基本方程組及電磁對偶原理
1.3.1 Maxwell電磁理論的普遍規律及其對稱形式
1.3.2 電磁場的標量勢與矢量勢以及Maxwell方程組的規范條件
1.3.3 電磁流體力學的基本方程組及其守恒形式
1.3.4 電流體力學與磁流體力學的基本方程組
1.3.5 電磁對偶原理
1.4 高溫高速熱力學與化學非平衡流動的基本方程組
1.4.1 組元s的連續方程以及總的連續方程
1.4.2 組元s的動量方程以及總的動量方程
1.4.3 組元s的能量方程以及總的能量方程
1.4.4 組元s的振動能量方程
1.4.5 總的電子與電子激發能量守恒方程
1.5 輻射流體力學及其基本方程組
1.5.1 粒子以及中子的輻射輸運方程
1.5.2 光子的輸運方程
1.5.3 三維非定常輻射流體力學基本方程組
1.6 氣體動理學中的Boltzmann方程及廣義Boltzmann方程
1.6.1 Boltzmann方程的守恒性質及宏觀守恒方程
1.6.2 單原子分子、多組元氣體的Boltzmann方程
1.6.3 單組元、多原子分子、考慮分子內部量子數及簡并度的
Boltzmann方程
1.6.4 多組元、多原子分子的廣義Boltzmann方程
1.6.5 BGK模型方程
1.6.6 小Knudsen數特征區的一些特點及其分析
第2章 膨脹波、激波、燃燒波和爆轟波
2.1 膨脹波、壓縮波的形成及Prandtl-Meyer流動
2.1.1 幾個重要的概念與術語
2.1.2 理想氣體定常、等熵流動的基本方程組
2.1.3 膨脹波與微弱壓縮波的形成
2.1.4 Prandtl-Meyer流動時的微分關系
2.2 激波的性質及激波前后的參數關系
2.2.1 駐激波的形成
2.2.2 運動激波的形成
2.2.3 激波間斷面的動力學條件及激波性質
2.2.4 激波前后的參數關系
2.3 正激波與斜激波
2.3.1 定常氣體運動的固定正激波
2.3.2 運動正激波
2.3.3 斜激波
2.4 激波、膨脹波的反射和相交
2.5 超聲速圓錐繞流及軸對稱錐型流的求解
2.5.1 錐型流以及超聲速氣流繞圓錐流動的基本方程
2.5.2 軸對稱超聲速氣流繞圓錐的流動及其求解
2.6 超聲速進氣道的激波系以及排氣噴管的波系分析
2.6.1 超聲速進氣道的激波系分析
2.6.2 排氣噴管的重要作用及塞式噴管的波系分析
2.7 壓氣機及渦輪中的激波與膨脹波
2.7.1 超聲速壓氣機葉柵中的流動
2.7.2 任意回轉面葉柵超聲速進口流場中唯一進氣角的確定
2.7.3 渦輪葉柵中的氣流流動及波系結構
2.8 波的相互作用
2.8.1 特征線在剛性邊界上的反射
2.8.2 膨脹波或壓縮波在開口端處的反射
2.8.3 等熵波之間的相互作用
2.9 有間斷面的一維非定常流動
2.9.1 運動激波與駐激波之間的共性及重大區別
2.9.2 運動正激波在靜止氣體中的傳播
2.9.3 激波的相互作用及接觸間斷面的計算
2.9.4 初始間斷的分解及Riemann問題的精確解法
2.10 激波管問題的流動分析
2.10.1 激波管各區流動的計算與分析
2.10.2 獲得較高試驗溫度與速度的途徑
2.11 氣體動力突躍面的分類以及一維燃燒波的分析
2.11.1 氣體動力突躍面存在的條件與突躍面分類
2.11.2 一維燃燒波分析以及C-J理論模型
2.11.3 Rankine-Hugoniot曲線的分析
2.12 爆轟波的ZND模型
第3章 非定常無黏流的數學結構以及一維廣義Euler流
3.1 可壓縮、無黏、非定常Euler方程組的數學結構
3.1.1 可壓縮、無黏、完全氣體非定常流動基本方程組的數學結構
3.1.2 一維非定常無黏流基本方程組特征值與特征方程
3.2 守恒變量與原始變量基本方程組間的相互轉換及特征分析
3.2.1 雙曲型方程組的左右特征矢量矩陣及特征標準型方程
3.2.2 兩類基本方程組間的相互轉換及特征分析
3.3 雙曲型守恒律方程的弱解及熵函數、熵通量、熵條件
3.3.1 熵函數與熵通量
3.3.2 強間斷以及接觸間斷面兩側參數間的關系
3.3.3 典型模型方程的經典解
3.3.4 單個守恒律方程及Oлейник 熵條件
3.4 雙曲型偏微分方程組初、邊值問題的提法
3.4.1 雙曲型方程邊界條件提法的一般性原則
3.4.2 單向波動方程的初、邊值問題的提法
3.4.3 一維非定常Euler方程組初、邊值問題的提法
3.5 非定常一維均熵流動及分析
3.5.1 均熵流動下的Riemann不變量
3.5.2 初值問題的依賴域與影響區
3.5.3 簡單波區的性質及流動參數計算
3.6 非定常非均熵一維流動及分析
3.7 一維磁流體力學方程組及其特征值
3.8 一維球面爆轟波問題的自模擬解
第4章 非定常黏性流的數學結構以及一維廣義Navier-Stokes方程組
4.1 Navier-Stokes方程組的幾種通用形式
4.1.1 笛卡兒坐標系下守恒型基本方程組的微分形式
4.1.2 曲線坐標系下守恒型方程組的微分形式
4.1.3 守恒方程組坐標變換的重要特點
4.2 黏性項計算的一種簡便方法
4.3 黏性流體力學方程組的數學性質及定解條件
4.3.1 一階擬線性方程組分類的一般方法
4.3.2 方程分類的實例（用一階的方法）
4.3.3 二階擬線性方程組分類的一般方法及方程定解條件
4.4 廣義一維非定常流動的特征線方程和相容關系
4.4.1 考慮摩擦、加熱、添質效應的廣義一維非定常流動
4.4.2 廣義一維非定常流動沿特征線的相容關系
4.5 一維黏性熱傳導流體力學方程組
4.6 考慮離子黏性的一維非定常輻射磁流體力學方程組
4.7 非定常Navier-Stokes方程的一個精確解
4.7.1 有運動邊界的非定常流動——Stokes第一問題
4.7.2 Stokes第一問題的解法
4.7.3 流場渦量分析
4.8 非線性Burgers方程的求解與分析
4.8.1 Burgers方程的推導
4.8.2 Burgers方程的求解
4.8.3 Burgers方程解的討論與分析
4.9 KdV方程以及KdV-Burgers方程
4.9.1 KdV方程及典型算例
4.9.2 KdV-Burgers方程
第5章 二維與三維流場的分析與數值計算方法
5.1 三維定常與非定常速度勢函數的主方程
5.1.1 等熵、定常、無黏流動的兩個基本方程
5.1.2 定常流動的速度勢主方程
5.1.3 非定常流動的速度勢主方程
5.2 定常/非定常流動時機翼與葉柵繞流的尾緣條件
5.2.1 無黏流與黏性流動邊界條件的數學處理概述
5.2.2 不可壓縮理想流體的保角映射方法
5.2.3 Kutta-Жуковский假設及環量的確定
5.2.4 非定常Kutta-Жуковский 條件
5.3 跨聲速流函數方法以及人工可壓縮性
5.3.1 三維空間中的兩族等值面
5.3.2 二維空間中的弱守恒型流函數方程及人工密度
5.4 二維與三維跨聲速勢函數方法
5.4.1 兩種形式的全位勢主方程及AF2格式
5.4.2 二維小擾動勢函數方程的Murman-Cole格式及線松弛解法
5.5 跨聲速流場計算中的高效率、高分辨率算法
5.5.1 高效率算法
5.5.2 高分辨率算法以及Harten的TVD格式
5.5.3 具有TVD保持性質的Runge-Kutta方法
5.6 超聲速流動的空間推進高效算法
5.6.1 可壓縮無黏與黏性氣體基本方程組的數學性質及PNS方程
5.6.2 隱式LU分解格式
5.6.3 PNS方程的空間推進求解方法
5.7 高超聲速無黏流動分析
5.7.1 高超聲速小擾動方程及邊界條件
5.7.2 Mach數無關原理
5.7.3 高超聲速流的等價原理
5.8 高超聲速無黏流數值計算概述
5.9 高超聲速黏性流動分析
5.9.1 駐點的層流邊界層方程及熱流計算
5.9.2 激波與邊界層相互干擾的數值計算
5.10 高溫效應以及高溫無黏氣體的平衡流與非平衡流動
5.10.1 高溫氣體的性質及真實氣體的概念
5.10.2 非平衡態氣體的振動激發與化學反應過程
5.10.3 無黏高溫平衡流
5.10.4 無黏高溫非平衡流
5.11 高溫黏性氣體動力學的基本方程組以及求解過程
5.11.1 高溫黏性氣體的基本方程
5.11.2 高溫非平衡黏性氣體基本方程組的守恒形式
5.11.3 高溫非平衡黏性氣體基本方程組求解過程的概述
第6章 渦動力學中的主要方程以及非定常流的廣義Kutta-Жуковский定理
6.1 有旋流場及其一般性質
6.1.1 流場一點鄰域中流體運動的分析
6.1.2 渦線、渦面與渦管
6.1.3 渦管強度守恒定理
6.1.4 速度環量的變化與加速度環量間的關系
6.1.5 渦通量與速度環量間的關系
6.1.6 流場的總渦量及其計算
6.2 無旋流場及其一般性質
6.2.1 單連通域中的速度勢
6.2.2 雙連通域中的速度勢
6.3 給定流場的散度與渦量求速度場
6.3.1 速度場的總體分解以及標量勢、矢量勢
6.3.2 用標量勢與矢量勢耦合求解速度場
6.4 Kelvin定理、Lagrange定理以及Helmholtz定理
6.4.1 Kelvin定理及其所適用的三個條件
6.4.2 Helmholtz渦量守恒定理
6.4.3 Lagrange定理
6.5 Bernoulli積分及其各種廣義形式
6.5.1 沿流線（或者渦線）的Bernoulli積分
6.5.2 Cauchy—Lagrange積分
6.5.3 非慣性系中的Bernoulli積分
6.6 渦量、脹量與螺旋量的概念以及渦量場的空間特性
6.6.1 渦動力學中的幾個基本概念以及有關符號的定義
6.6.2 渦量場的空間特性
6.7 渦動力學中的幾個基本方程
6.7.1 渦量輸運方程
6.7.2 脹量輸運方程
6.7.3 流體在邊界上的變形與渦量分析
6.7.4 總螺旋量方程與總渦量演化方程
6.7.5 邊界渦量生成率以及相關分析
6.7.6 導數矩變換中的幾個基礎數學公式
6.8 Navier-Stokes方程的Stokes-Helmholtz分解
6.9 總擬渦能的演化方程
6.10 非定常可壓縮黏流對壁面產生的作用力與力矩
6.11 非定常黏流對壁面產生流體作用力的機理
6.12 非定常可壓縮黏流的廣義Kutta-Жуковский定理
第7章 激光維持燃燒波和爆轟波的氣動力學分析以及推力形成機理
7.1 激光與靶材相互作用的物理力學基礎
7.2 激光維持的燃燒波
7.3 激光維持的爆轟波
7.4 爆轟波的性質以及激光維持爆轟波的穩定傳播條件
7.5 激光維持爆轟波問題的一維和多維解法以及典型流場分析
7.6 爆轟波流場對平板的沖量耦合作用以及典型算例
第8章 可壓縮湍流模型以及非定常流場的高分辨率高效率算法
8.1 數值解的精度與耗散、色散行為間的關系
8.2 物理尺度、激波厚度、湍流結構與網格尺度間的關系
8.3 基于Favre平均的可壓縮湍流方程組
8.4 可壓縮湍流的大渦數值模擬及其控制方程組
8.5 RANS與LES組合的雜交方法
8.6 關于RANS,DES以及LES方法中νT的計算
8.7 可壓縮湍流中的k-ω模型
8.8 RANS計算與DES區域分析相結合的高效算法及其應用
8.9 非定常流的高分辨率高效率算法以及處理策略
第二篇 工程應用與研究進展
第9章 考慮非定常影響時葉輪機械氣動設計以及流動失穩問題
9.1 航空發動機發展的現狀以及2030年航空發動機發展的預測
9.2 航空發動機研制中的幾項關鍵技術
9.3 對轉風扇的氣動設計與特性分析
9.4 尾跡與下游葉片邊界層作用的近似模型
9.5 葉輪機械中旋轉失穩邊界的預測及典型算例
9.6 壓氣機葉頂間隙泄漏流以及發生失速先兆的條件
第10章 現代飛行器的非定常大迎角氣動分析以及優化設計
10.1 推動飛機發展與進步的科學大師和設計家
10.2 噴氣戰機的現狀和發展趨勢
10.3 現代戰機氣動布局的空氣動力學基礎
10.4 現代戰機氣動布局的渦動力學基礎
10.5 推力矢量化以及隱身技術
10.6 現代飛行器的多學科多目標優化
第11章 現代兵器科學中的非定常流動以及湍流多相燃燒問題
11.1 現代航空武器裝備的簡介及其發展趨勢
11.2 火炮膛內非定常多相燃燒基本方程組
11.3 火炮膛口流場的結構以及二次焰點燃現象
11.4 單相與兩相可壓縮湍流燃燒的大渦模擬技術
11.5 制導兵器中橫向噴流導致的氣動干擾現象以及快速控制技術
第12章 航天探索、能源利用以及激光推進技術的新進展
12.1 航天探索的新發展
12.2 能源利用的新發展
12.3 激光推進技術的新發展
參考文獻
索引
第1章 廣義氣體動力學基本方程組
1.1 經典氣體動力學的Navier-Stokes方程組
1.1.1 一般控制體及Reynolds輸運定理
1.1.2 一般控制體下流體力學的基本方程組
1.1.3 Navier-Stokes方程組的守恒形式
1.1.4 Navier-Stokes方程組的數學性質與定解條件
1.2 非慣性相對坐標系中Navier-Stokes方程組
1.2.1 絕對坐標系與非慣性相對坐標系間的轉換關系
1.2.2 絕對坐標系中葉輪機械Navier-Stokes方程組
1.2.3 絕對坐標系中Navier-Stokes方程組的強守恒與弱守恒型
1.2.4 相對坐標系中Navier-Stokes方程組及廣義Bernoulli方程
1.2.5 吳仲華的兩類流面理論以及涉及轉子焓與熵的氣動方程組
1.2.6 三維空間中兩類流面的流函數主方程以及擬流函數法
1.3 電磁流體力學的基本方程組及電磁對偶原理 第一篇 基本理論與力學基礎
第1章 廣義氣體動力學基本方程組
1.1 經典氣體動力學的Navier-Stokes方程組
1.1.1 一般控制體及Reynolds輸運定理
1.1.2 一般控制體下流體力學的基本方程組
1.1.3 Navier-Stokes方程組的守恒形式
1.1.4 Navier-Stokes方程組的數學性質與定解條件
1.2 非慣性相對坐標系中Navier-Stokes方程組
1.2.1 絕對坐標系與非慣性相對坐標系間的轉換關系
1.2.2 絕對坐標系中葉輪機械Navier-Stokes方程組
1.2.3 絕對坐標系中Navier-Stokes方程組的強守恒與弱守恒型
1.2.4 相對坐標系中Navier-Stokes方程組及廣義Bernoulli方程
1.2.5 吳仲華的兩類流面理論以及涉及轉子焓與熵的氣動方程組
1.2.6 三維空間中兩類流面的流函數主方程以及擬流函數法
1.3 電磁流體力學的基本方程組及電磁對偶原理
1.3.1 Maxwell電磁理論的普遍規律及其對稱形式
1.3.2 電磁場的標量勢與矢量勢以及Maxwell方程組的規范條件
1.3.3 電磁流體力學的基本方程組及其守恒形式
1.3.4 電流體力學與磁流體力學的基本方程組
1.3.5 電磁對偶原理
1.4 高溫高速熱力學與化學非平衡流動的基本方程組
1.4.1 組元s的連續方程以及總的連續方程
1.4.2 組元s的動量方程以及總的動量方程
1.4.3 組元s的能量方程以及總的能量方程
1.4.4 組元s的振動能量方程
1.4.5 總的電子與電子激發能量守恒方程
1.5 輻射流體力學及其基本方程組
1.5.1 粒子以及中子的輻射輸運方程
1.5.2 光子的輸運方程
1.5.3 三維非定常輻射流體力學基本方程組
1.6 氣體動理學中的Boltzmann方程及廣義Boltzmann方程
1.6.1 Boltzmann方程的守恒性質及宏觀守恒方程
1.6.2 單原子分子、多組元氣體的Boltzmann方程
1.6.3 單組元、多原子分子、考慮分子內部量子數及簡并度的
Boltzmann方程
1.6.4 多組元、多原子分子的廣義Boltzmann方程
1.6.5 BGK模型方程
1.6.6 小Knudsen數特征區的一些特點及其分析
第2章 膨脹波、激波、燃燒波和爆轟波
2.1 膨脹波、壓縮波的形成及Prandtl-Meyer流動
2.1.1 幾個重要的概念與術語
2.1.2 理想氣體定常、等熵流動的基本方程組
2.1.3 膨脹波與微弱壓縮波的形成
2.1.4 Prandtl-Meyer流動時的微分關系
2.2 激波的性質及激波前后的參數關系
2.2.1 駐激波的形成
2.2.2 運動激波的形成
2.2.3 激波間斷面的動力學條件及激波性質
2.2.4 激波前后的參數關系
2.3 正激波與斜激波
2.3.1 定常氣體運動的固定正激波
2.3.2 運動正激波
2.3.3 斜激波
2.4 激波、膨脹波的反射和相交
2.5 超聲速圓錐繞流及軸對稱錐型流的求解
2.5.1 錐型流以及超聲速氣流繞圓錐流動的基本方程
2.5.2 軸對稱超聲速氣流繞圓錐的流動及其求解
2.6 超聲速進氣道的激波系以及排氣噴管的波系分析
2.6.1 超聲速進氣道的激波系分析
2.6.2 排氣噴管的重要作用及塞式噴管的波系分析
2.7 壓氣機及渦輪中的激波與膨脹波
2.7.1 超聲速壓氣機葉柵中的流動
2.7.2 任意回轉面葉柵超聲速進口流場中唯一進氣角的確定
2.7.3 渦輪葉柵中的氣流流動及波系結構
2.8 波的相互作用
2.8.1 特征線在剛性邊界上的反射
2.8.2 膨脹波或壓縮波在開口端處的反射
2.8.3 等熵波之間的相互作用
2.9 有間斷面的一維非定常流動
2.9.1 運動激波與駐激波之間的共性及重大區別
2.9.2 運動正激波在靜止氣體中的傳播
2.9.3 激波的相互作用及接觸間斷面的計算
2.9.4 初始間斷的分解及Riemann問題的精確解法
2.10 激波管問題的流動分析
2.10.1 激波管各區流動的計算與分析
2.10.2 獲得較高試驗溫度與速度的途徑
2.11 氣體動力突躍面的分類以及一維燃燒波的分析
2.11.1 氣體動力突躍面存在的條件與突躍面分類
2.11.2 一維燃燒波分析以及C-J理論模型
2.11.3 Rankine-Hugoniot曲線的分析
2.12 爆轟波的ZND模型
第3章 非定常無黏流的數學結構以及一維廣義Euler流
3.1 可壓縮、無黏、非定常Euler方程組的數學結構
3.1.1 可壓縮、無黏、完全氣體非定常流動基本方程組的數學結構
3.1.2 一維非定常無黏流基本方程組特征值與特征方程
3.2 守恒變量與原始變量基本方程組間的相互轉換及特征分析
3.2.1 雙曲型方程組的左右特征矢量矩陣及特征標準型方程
3.2.2 兩類基本方程組間的相互轉換及特征分析
3.3 雙曲型守恒律方程的弱解及熵函數、熵通量、熵條件
3.3.1 熵函數與熵通量
3.3.2 強間斷以及接觸間斷面兩側參數間的關系
3.3.3 典型模型方程的經典解
3.3.4 單個守恒律方程及Oлейник 熵條件
3.4 雙曲型偏微分方程組初、邊值問題的提法
3.4.1 雙曲型方程邊界條件提法的一般性原則
3.4.2 單向波動方程的初、邊值問題的提法
3.4.3 一維非定常Euler方程組初、邊值問題的提法
3.5 非定常一維均熵流動及分析
3.5.1 均熵流動下的Riemann不變量
3.5.2 初值問題的依賴域與影響區
3.5.3 簡單波區的性質及流動參數計算
3.6 非定常非均熵一維流動及分析
3.7 一維磁流體力學方程組及其特征值
3.8 一維球面爆轟波問題的自模擬解
第4章 非定常黏性流的數學結構以及一維廣義Navier-Stokes方程組
4.1 Navier-Stokes方程組的幾種通用形式
4.1.1 笛卡兒坐標系下守恒型基本方程組的微分形式
4.1.2 曲線坐標系下守恒型方程組的微分形式
4.1.3 守恒方程組坐標變換的重要特點
4.2 黏性項計算的一種簡便方法
4.3 黏性流體力學方程組的數學性質及定解條件
4.3.1 一階擬線性方程組分類的一般方法
4.3.2 方程分類的實例（用一階的方法）
4.3.3 二階擬線性方程組分類的一般方法及方程定解條件
4.4 廣義一維非定常流動的特征線方程和相容關系
4.4.1 考慮摩擦、加熱、添質效應的廣義一維非定常流動
4.4.2 廣義一維非定常流動沿特征線的相容關系
4.5 一維黏性熱傳導流體力學方程組
4.6 考慮離子黏性的一維非定常輻射磁流體力學方程組
4.7 非定常Navier-Stokes方程的一個精確解
4.7.1 有運動邊界的非定常流動——Stokes第一問題
4.7.2 Stokes第一問題的解法
4.7.3 流場渦量分析
4.8 非線性Burgers方程的求解與分析
4.8.1 Burgers方程的推導
4.8.2 Burgers方程的求解
4.8.3 Burgers方程解的討論與分析
4.9 KdV方程以及KdV-Burgers方程
4.9.1 KdV方程及典型算例
4.9.2 KdV-Burgers方程
第5章 二維與三維流場的分析與數值計算方法
5.1 三維定常與非定常速度勢函數的主方程
5.1.1 等熵、定常、無黏流動的兩個基本方程
5.1.2 定常流動的速度勢主方程
5.1.3 非定常流動的速度勢主方程
5.2 定常/非定常流動時機翼與葉柵繞流的尾緣條件
5.2.1 無黏流與黏性流動邊界條件的數學處理概述
5.2.2 不可壓縮理想流體的保角映射方法
5.2.3 Kutta-Жуковский假設及環量的確定
5.2.4 非定常Kutta-Жуковский 條件
5.3 跨聲速流函數方法以及人工可壓縮性
5.3.1 三維空間中的兩族等值面
5.3.2 二維空間中的弱守恒型流函數方程及人工密度
5.4 二維與三維跨聲速勢函數方法
5.4.1 兩種形式的全位勢主方程及AF2格式
5.4.2 二維小擾動勢函數方程的Murman-Cole格式及線松弛解法
5.5 跨聲速流場計算中的高效率、高分辨率算法
5.5.1 高效率算法
5.5.2 高分辨率算法以及Harten的TVD格式
5.5.3 具有TVD保持性質的Runge-Kutta方法
5.6 超聲速流動的空間推進高效算法
5.6.1 可壓縮無黏與黏性氣體基本方程組的數學性質及PNS方程
5.6.2 隱式LU分解格式
5.6.3 PNS方程的空間推進求解方法
5.7 高超聲速無黏流動分析
5.7.1 高超聲速小擾動方程及邊界條件
5.7.2 Mach數無關原理
5.7.3 高超聲速流的等價原理
5.8 高超聲速無黏流數值計算概述
5.9 高超聲速黏性流動分析
5.9.1 駐點的層流邊界層方程及熱流計算
5.9.2 激波與邊界層相互干擾的數值計算
5.10 高溫效應以及高溫無黏氣體的平衡流與非平衡流動
5.10.1 高溫氣體的性質及真實氣體的概念
5.10.2 非平衡態氣體的振動激發與化學反應過程
5.10.3 無黏高溫平衡流
5.10.4 無黏高溫非平衡流
5.11 高溫黏性氣體動力學的基本方程組以及求解過程
5.11.1 高溫黏性氣體的基本方程
5.11.2 高溫非平衡黏性氣體基本方程組的守恒形式
5.11.3 高溫非平衡黏性氣體基本方程組求解過程的概述
第6章 渦動力學中的主要方程以及非定常流的廣義Kutta-Жуковский定理
6.1 有旋流場及其一般性質
6.1.1 流場一點鄰域中流體運動的分析
6.1.2 渦線、渦面與渦管
6.1.3 渦管強度守恒定理
6.1.4 速度環量的變化與加速度環量間的關系
6.1.5 渦通量與速度環量間的關系
6.1.6 流場的總渦量及其計算
6.2 無旋流場及其一般性質
6.2.1 單連通域中的速度勢
6.2.2 雙連通域中的速度勢
6.3 給定流場的散度與渦量求速度場
6.3.1 速度場的總體分解以及標量勢、矢量勢
6.3.2 用標量勢與矢量勢耦合求解速度場
6.4 Kelvin定理、Lagrange定理以及Helmholtz定理
6.4.1 Kelvin定理及其所適用的三個條件
6.4.2 Helmholtz渦量守恒定理
6.4.3 Lagrange定理
6.5 Bernoulli積分及其各種廣義形式
6.5.1 沿流線（或者渦線）的Bernoulli積分
6.5.2 Cauchy—Lagrange積分
6.5.3 非慣性系中的Bernoulli積分
6.6 渦量、脹量與螺旋量的概念以及渦量場的空間特性
6.6.1 渦動力學中的幾個基本概念以及有關符號的定義
6.6.2 渦量場的空間特性
6.7 渦動力學中的幾個基本方程
6.7.1 渦量輸運方程
6.7.2 脹量輸運方程
6.7.3 流體在邊界上的變形與渦量分析
6.7.4 總螺旋量方程與總渦量演化方程
6.7.5 邊界渦量生成率以及相關分析
6.7.6 導數矩變換中的幾個基礎數學公式
6.8 Navier-Stokes方程的Stokes-Helmholtz分解
6.9 總擬渦能的演化方程
6.10 非定常可壓縮黏流對壁面產生的作用力與力矩
6.11 非定常黏流對壁面產生流體作用力的機理
6.12 非定常可壓縮黏流的廣義Kutta-Жуковский定理
第7章 激光維持燃燒波和爆轟波的氣動力學分析以及推力形成機理
7.1 激光與靶材相互作用的物理力學基礎
7.2 激光維持的燃燒波
7.3 激光維持的爆轟波
7.4 爆轟波的性質以及激光維持爆轟波的穩定傳播條件
7.5 激光維持爆轟波問題的一維和多維解法以及典型流場分析
7.6 爆轟波流場對平板的沖量耦合作用以及典型算例
第8章 可壓縮湍流模型以及非定常流場的高分辨率高效率算法
8.1 數值解的精度與耗散、色散行為間的關系
8.2 物理尺度、激波厚度、湍流結構與網格尺度間的關系
8.3 基于Favre平均的可壓縮湍流方程組
8.4 可壓縮湍流的大渦數值模擬及其控制方程組
8.5 RANS與LES組合的雜交方法
8.6 關于RANS,DES以及LES方法中νT的計算
8.7 可壓縮湍流中的k-ω模型
8.8 RANS計算與DES區域分析相結合的高效算法及其應用
8.9 非定常流的高分辨率高效率算法以及處理策略
第二篇 工程應用與研究進展
第9章 考慮非定常影響時葉輪機械氣動設計以及流動失穩問題
9.1 航空發動機發展的現狀以及2030年航空發動機發展的預測
9.2 航空發動機研制中的幾項關鍵技術
9.3 對轉風扇的氣動設計與特性分析
9.4 尾跡與下游葉片邊界層作用的近似模型
9.5 葉輪機械中旋轉失穩邊界的預測及典型算例
9.6 壓氣機葉頂間隙泄漏流以及發生失速先兆的條件
第10章 現代飛行器的非定常大迎角氣動分析以及優化設計
10.1 推動飛機發展與進步的科學大師和設計家
10.2 噴氣戰機的現狀和發展趨勢
10.3 現代戰機氣動布局的空氣動力學基礎
10.4 現代戰機氣動布局的渦動力學基礎
10.5 推力矢量化以及隱身技術
10.6 現代飛行器的多學科多目標優化
第11章 現代兵器科學中的非定常流動以及湍流多相燃燒問題
11.1 現代航空武器裝備的簡介及其發展趨勢
11.2 火炮膛內非定常多相燃燒基本方程組
11.3 火炮膛口流場的結構以及二次焰點燃現象
11.4 單相與兩相可壓縮湍流燃燒的大渦模擬技術
11.5 制導兵器中橫向噴流導致的氣動干擾現象以及快速控制技術
第12章 航天探索、能源利用以及激光推進技術的新進展
12.1 航天探索的新發展
12.2 能源利用的新發展
12.3 激光推進技術的新發展
參考文獻
索引
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