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傳輸過程數值模擬可視化編程開發:基於HTML5技術(簡體書)
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商品資訊

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商品簡介
目次

商品簡介

本書主要介紹了使用HTML5/JavaScript編程實現傳輸現象數值模擬程序的開發,旨在幫助讀者快速開發可視化的仿真程序。本書簡要介紹了有限體積法和有限單元法等計算方法.內容涵蓋了仿真程序的幾乎全部流程,包括前處理(主要為簡單用戶界面設計和網格剖分)、計算(擴散方程與對流一擴散方程的離散、有限元係數矩陣計算、方程組求解)和後處理(圖、表、Contour圖等後處理圖像繪製);介紹了後處理圖形圖像繪製、基於Delaunay三角化算法的網格剖分、常規溫度場、包含相變過程的溫度場、簡單穩態不可壓縮流體流動的理論基礎和程序實現。 本書可作為冶金、材料、熱能等相關專業教材及參考書,也可供從事傳輸過程數值模擬的科技工作者參考。

由於一個項目的需要,筆者開始接觸計算流體力學(CFD)模擬商業軟件,經過一段時間的學習和使用,以為熟悉一個商業軟件的操作也就理解計算流體力學。但實際上,僅僅會操作一款CFD軟件,而不明白其所包含的原理與算法,離入門可能仍然有很遠的距離。當筆者熟練操作商業軟件,可對流體流動進行建模、設置、計算及分析時,也意識到龐大的商業軟件程序包也可能對一個一維簡單擴散傳輸方程束手無策,但一個數十行的C/C++代碼卻能完美解決問題。這樣的差異源於對CFD理論知識的認知不足,筆者查閱了許多關於傳輸過程數值模擬程序開發計算的書籍,開始用C/C++編寫一些簡單的傳輸過程數值模擬程序。在輔導學生做關於數值模擬的畢業設計(論文)時,發現部分學生對編程存在著一種恐懼心理,他們反映程序的設計與編制工作很困難。而在筆者學習過程中,專門針對有限體積法的流動/傳熱計算程序設計的相關書籍少之又少,如果將最簡單、最基礎的流動/傳熱的程序呈現給讀者,讓讀者在自行編寫數值模擬程序時有所參考、有所比較,勢必會對傳輸原理有更好的理解。
經過幾年對傳輸過程數值模擬程序開發的淺顯思考,筆者試圖將傳輸過程數值模擬程序運行於瀏覽器端,使得執行簡單數值模擬程序完全像打開一個網頁一樣簡單,於是就有了本書的梗概。

目次

1 傳輸過程數值模擬程序開發綜述

2 後處理之使用HTML5/js實現數據可視化的嘗試
2.1 開發平台搭建
2.2 HTML5基礎入門
2.2.1 js基礎
2.2.2 HTML基礎
2.2.3 文檔對像模型DOM及表單
2.2.4 HTML5Canvas繪圖基礎
2.2.5 程序調試及數據輸出
2.3 基於HTML5的數據可視化後處理
2.3.1 Contour圖中的Legend漸變顏色生成
2.3.2 Contour繪製簡介
2.3.3 矢量圖的繪製
2.3.4 使用Chartis繪製曲線
2.3.5 js動態生成報表
2.4 本書程序的組織結構及基本程序段說明

3 前處理之簡單2D幾何圖形網格剖分
3.1 簡單網格剖分
3.1.1 一維均勻網格
3.1.2 二維矩形區域均勻網格
3.2 Delaunay算法簡介及實現
3.2.1 Voronoi圖及Delaunay三角化
3.2.2 Delaunav算法
3.3 基於Delaunay算法生成三角單元的嘗試
3.3.1 簡單平面幾何圖形的計算機描述
3.3.2 基於Delaunay三角化算法剖分簡單計算域的嘗試
3.4 前處理網格剖分小結

4 傳輸過程擴散方程數值計算入門
4.1 一維導熱問題
4.1.1 預備知識:TDMA算法求解三對角方程組
4.1.2 顯式求解
4.1.3 隱式求解
4.1.4 Crank一Nicholson格式
4.1.5 穩態問題
4.1.6 內熱源、多材質及邊界條件的處理
4.1.7 非線性材料
4.1.8 非均勻網格
4.2 二維導熱問題
4.2.1 預備知識:線性方程組求解的相關知識
4.2.2 2D溫度場計算與驗證
4.2.3 不同材料界面接觸熱阻的處理
4.3 包含相變過程的溫度場求解
4.3.1 預備知識:Newton—Raphson法求解非線性方程組
4.3.2 純物質相變過程溫度場求解
4.3.3 非純物質相變過程中溫度場計算
4.4 泊松方程數值解的工程技術上的應用

5 穩態不可壓縮牛頓流體流動數值計算入門
5.1 一維對流方程
5.2 對流一擴散方程
5.2.1 對流一擴散方程的離散
5.2.2 一維對流一擴散方程常見離散格式算例
5.2.3 對流擴散方程的QUICK格式求解
5.2.4 渦量一流函數算法計算不可壓縮穩態流體流動
5.3 求解流體流動的算法枚舉
5.4 基於交錯網格和SIMPLE算法求解流體流動的一般步驟
5.4.1 交錯網格簡介
5.4.2 SIMPLE算法簡介
5.4.3 sIMPLE算法計算二維穩態流場的一般步驟
5.5 基於同位網格穩態流體流動計算
5.5.1 同位網格簡介
5.5.2 Rhie—Chow算法
5.5.3 收斂判據舉例
5.5.4 同位網格結合SIMPLE算法計算一維流動算例
5.5.5 同位網格結合人工壓縮算法計算方腔流動算例
5.6 其他復雜問題

6 二維溫度場有限元程序開發入門
6.1 有限元方法求解溫度場理論基礎
6.1.1 無內熱源穩態溫度場內部單元矩陣計算
6.1.2 源項及非穩態項的處理
6.1.3 邊界條件的處理
6.1.4 整體合成的概念
6.1.5 減少稀疏矩陣帶寬的方法
6.1.6 有限元溫度場求解流程
6.1.7 後處理中的兩個基本問題
6.2 2D溫度場驗證算例
6.3 非矩形區域溫度場算例
6.4 程序改進及展望

7 實例與擴展
7.1 js向C++移植
7.2 基於H5的簡單用戶圖形界面(GUI)設計
7.3 實例分析
7.3.1 需求分析與程序框架
7.3.2 程序實現
7.3.3 計算驗證
7.3.4 程序維護

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