[问题讨论]计算流体力学参考书

一、中文参考书：

1. 中国人民解放军总装备部军事训练教材编辑工作委员会，计算流体力学及应用，国防工业出版社，2003年。（*****重点推荐）

该书比较系统，有限基本解法（亚超声速流的有限基本解方法），有限差分法和有限体积法均有介绍，对于应用的网格生成技术（网格生成基本方法，网格分区与重叠网格技术，非结构网格生成技术），非线性速势方程解法，不可压NS方程计算（压力泊松方程方法，压力修正方法（SIMPLE方法），虚拟压缩性方法），可压缩的Euler和NS方程计算（MacCormack显式差分法，Beam-Warming因式分解格式，Jameson有限体积格式，TVD格式，NND格式，ENO及ENN格式，几种常用的隐式（时间方向离散）算法（近似因式分解方法，对角化算法，LU-ADI算法，LU-SGS算法），湍流模型）以及稀薄气体的蒙特卡罗的数值模拟都有专题，知识介绍结构清晰，有助于了解计算流体力学的整体知识框架。 

2. 苏铭德，黄素逸，计算流体力学基础，清华大学出版社，1997年。（*****重点推荐） 

该书虽说取名为基础，但如果能全部看明白，倒也很不容易。该书分为若干个专题：数值模拟专题，数值计算方法，流场的数值计算。里面从发展型方程的有限差分法讲起，讲到偏微分方程的几种常用数值方法（特征线法，有限元法，泊松方程的直接方法，对流扩散方程的有限解析法，发展方程的谱方法），再转到流场的数值计算（无粘性流体流动的数值计算（等熵流动的数值计算，Burgers方程及其求解，激波的捕捉，Riemann问题的解和Godunov格式，多维气体流动的数值计算），粘性流体流动的数值计算（可压粘性流动数值计算的MacCormack格式、Beam-Warming格式、反扩散和NND格式、通量分裂法和推进迭代法；用流函数-旋度方程、有限解析法、有限差分法、推进迭代法、谱方法等求解不可压粘性流动方程）上应用；该书总体来讲还算是浅显易懂；通过看这本书我们能学习到很多东西，比如各种数值方法（有限差分法，有限解析法，有限元法，谱方法，边界元法）的区别和联系小知识等等。 

3. 张涵信，沈孟育，计算流体力学-差分方法的原理和应用，国防工业出版社，2003年。（*****重点推荐） 

该书首先从流体力学的各级近似方程开始，从分析方程数学性质，到定解条件的提法；再用模型方程及其差分计算的分析理论，引出一系列的经典的差分格式（MacCormack格式，基于Runge-Kutta法的显式耗散格式，Beam-Warming隐式耗散格式，Jameson隐式耗散格式，混合反扩散格式）以及无波动的不含自由参数的差分格式；由低阶格式的模拟能力限制提出了建立高阶格式的必要、建立高阶精度格式的原则，介绍了一些典型的高精度差分格式（三阶ENN格式，ENO格式，广义紧致格式，时空守恒方法）；由低维流动问题的差分格式到多维流动问题的差分格式（半离散化的多维差分格式，Runge-Kutta方法，交替方向隐式(ADI)方法，时间分裂格式（分数步格式），隐式近似因式分解方法）；最后讲述了边界条件的数学处理，网格生成技术以及一些实用的数值计算规律。这本书有点像工具书，内容全面而实用。

4. 刘儒勋，舒其望，计算流体力学的若干新方法，科学出版社，2003年。（****一般重点推荐） 

该书深入地介绍了当代偏微分方程数值方法的新发展，特别是其中最具有理论意义和实用价值的间断解或弱解的数值方法，以及我们面临的新课题和新挑战。对于研究比较前沿课题和需要在CFD方面进阶的同学，这本书算是一本很不错的参考书。该书主要内容包括：预备篇（有关数学模型的简单介绍（线性试验模型，非线性发展方程试验模型，流体动力学的某些数值模拟实验模型），关于有限差分方法和其他数值方法的某些重要概念（差分格式的相容性、收敛性和稳定性，有限差分法和其他数值方法的守恒性、单调性问题，差分格式和其他数值方法的迎风性设计，间断解或者弱解的一些重要概念，Riemann问题的数值方法），有限差分方法的数值耗散、数值频散和数值群速度效应（有限差分格式的修正方程和格式余项效应分析方法，数值模拟中所发生的奇怪现象的解释，差分格式的改造、改进和优化）；间断解问题篇（间断分解和Riemann问题的特征表示，Riemann间断分解问题的Roe解法（基本思想，Roe参向量和近似Riemann解算子，Roe方法提高求解精度的关键和存在的问题），积分平均型间断解问题方法的设计和讨论（积分平均型守恒、单调格式的一般构思，Van Leer的MUSCL方法的构造，Collela和Woodward的PPM，积分平均格式构造的进一步讨论）；高分辨率方法篇（TVD方法的构造和控制函数（从Lax-Wendroff格式谈起，TVD格式的构造与讨论，限制函数或限制器的简单讨论），ENO和WENO格式（一维、二维标量方程的ENO和WENO格式，时间离散的Runge-Kutta方法，方程组问题）；有限体积法篇（非结构网格的生成与构造，非结构网格有限体积法）；非标准有限方法篇（混合有限元简介，运动有限元方法，间断有限元方法，时空有限元方法）；运动界面追踪问题的数值方法篇（VOF方法和运动界面的重构方法，等值面（Level Set）函数方法）。

5. 李万平，计算流体力学基础，华中科技大学出版社，2004年。（****一般重点推荐）

短小精悍是该书的一大特点，适合于初学者结合其他书籍作辅助性阅读。该书偏重于流体力学的有限体积法介绍，通过阅读An Introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite Volume Method (1995 H. K. VERSTEEG）不难发现，这本中文书很大部分是对这本英文书的翻译，书中的其他部分则是《计算流体力学基础》（苏铭德，黄素逸）中有关发展型方程差分方法的章节。该书内容主要包括：流体流动的数学模型，湍流与湍流模型，发展方程的有限差分法，有限体积法（扩散问题的有限体积法，对流扩散问题的有限体积法，定常流动的压强速度耦合算法，非定常流动的有限体积法），网格生成技术以及数值模拟二维不可压缩粘性流体绕圆柱的流动。

6. 吴江航，韩庆书，计算流体力学的理论，方法及应用，科学出版社，1988年。（****一般重点推荐） 

该书比较老，不过里面的有些内容还是比较好的，能做很好的辅助性阅读，比如，离散近似的伪物理效应及其修正等等，数值方法主要讲述有限差分法，有限元法，有限分析法。该书主要内容包括：流体力学基本方程组，流体力学的模型方程及其数学物理性质，有限差分近似及其数学性质，数值解算的数学理论基础，离散近似的伪物理效应（“逆风”效应与“迎风”修正，数值耗散与数值频散，能量增长与反常能量谱转移效应，伪湍流现象），流体力学模型方程的几种差分格式（过程的稳定性和定解条件的恰当性（小扰动方程的由来），对流方程的几种差分格式，扩散方程和对流扩散方程的差分格式，KdV方程的差分格式，双曲型方程组特征型和守恒型的差分格式），非线性方程的差分格式（无粘性方程的差分格式，粘性方程的差分格式，隐式格式，线性化方法，精解差分格式），求解多维初值问题的分步方法和交替方向的隐式格式，计算气体与浅水波运动物理解的差分格式（单调差分格式，一维、二维Godunov格式，活动网格的Godunov格式），不可压粘性流的差分解（网格步长与差分格式的选取，定常Navier-Stokes方程的差分格式，边界格式，压力的泊松方程格式，人工压缩性方法的交替方向隐式（ADI）格式，不定常的Navier-Stokes方程的差分格式，MAC方法，罚函数方法），流体力学中的有限元方法，二维不可压粘性流与浅水流动的有限元解，对流扩散问题与不可压粘性流的有限分析方法，对流扩散问题与不可压粘性流的分布杂交方法，流体力学中的Green函数方法。

7. 傅德薰，马延文，计算流体力学，高等教育出版社，2002年。（***一般推荐）

该书给我最大的印象就是严重偏向于可压缩流体的计算，虽说目录章节框架看起来比较系统，但内容读起来有点乱有点儿晦涩难懂，不易阅读。内容主要包括：流体力学方程及模型方程，偏微分方程的数值解法（有限差分法，偏微分方程的全离散（非定常流动时间方向的离散方法（时间导数简单离散法，Taylor级数展开法，Runge-Kutta方法，多步法）），有限体积法，有限元方法，谱方法），高精度有限差分法及数值解的行为分析（模型方程及半离散化方程，高精度差分逼近式，数值解的精度及分辨率分析，数值解的耗散效应与色散效应，数值解的群速度，时间离散的色散与耗散效应），代数方程的求解（Gauss消去法，追赶法，交替方向追赶法，非线性方程的求解，时间关系法及局部时间步长法，多重网格技术），可压缩流体力学方程组的离散（一维流体力学方程及Jacobian系数矩阵的分裂，一维Euler方程的离散，Godunov间断分解法，Roe格式与Roe分解，多维问题的差分逼近，粘性项的差分逼近），激波高分辨率差分格式（数值解中的非物理振荡，一阶、二阶TVD格式，MUSCL格式），不可压Navier-Stokes方程的差分逼近，网格技术。

8. 吴子牛，计算流体力学基本原理，科学出版社，2001年。（**一般推荐） 

拜读作者的前言及后语，终于明白作者的原意是尽量避开较为烦琐的各种计算格式介绍，重点介绍基本原理；可仔细阅读书的内容之后，却给人一种头重脚轻虎头蛇尾的感觉。流体力学中的各种形式的方程倒是介绍了一大堆，这对于写论文需要这个的同学倒是一个不错的参考；等讲到构造计算格式的基本原理的时候，书也快结束了，你的感觉才刚刚开始，却发现书已经结束了，但里面的基本原理也许真的像作者的原意那样具有重要的启发性意义吧。 

二.英文参考书

1.John D.Anderson，Computational fluid dynamics  The basics with applications，1995，McGraw-Hill Press。（*****重点推荐）

该书在国内有清华大学的影印版。很多大学在讲授CFD课程时都喜欢推荐这本书给学生做开始读物，该书在基础方面的确很不错，前面讲述了相关的流体力学基础知识，应该比国内很多中文书都讲的好，概念清楚易懂，后面介绍了计算流体力学的一些基础及基本应用。该书中有关知识点作者都用框架图画出，使读者对该领域有个总体框架的印象。但对于已经有一定基础的人，参考价值不是很大。

2.John C. Tannehill, Dale A. Anderson, Richard H. Pletcher, Computational Fluid Mechanics and Heat Transfer, Taylor & Franics Publisher, 1997。（*****重点推荐）

该书比较系统，从偏微分方程入手，讲到基本的离散方法，再讲到模型方程的数值方法；然后列出流体力学和传热学中控制方程，紧接着重点根据物理近似讲述各种近似方程的数值解法：无粘流的数值方法，边界层方程的数值方法，抛物化NS方程的数值方法以及NS方程的数值方法，最后介绍了网格生成方面的知识。层次清晰，根据流体方程讲述不同的数值方法。

3.Joel H. Ferziger, Milovan Peric, Computational Methods for Fluid Dyanmics, Springer-Verlag, 2002。（*****重点推荐）

该书层次相当地清晰，涵盖了CFD流程中的大部分内容，从数值方法（主要为有限差分法和有限体积法）入手，讲述不同的物理方程的数值解法，较为经典。该书附有网址，提供了一些可以下载的代码使用。

4.J.Blazek, Computational Fluid Dynamics: Pinciples and Applications, Elsevier, 2001年。（*****重点推荐）

该书首先讲述流体力学控制方程，然后讲述求解控制方程的原理，接着讲述空间离散（结构网格和非结构网格的有限体积方法），时间离散，湍流模型，边界条件，加速技术，计算格式相容性精度以及稳定性要求与分析方法，最后讲述了网格生成原理。随书光盘提供了一些网格生成，以及一维二维Euler方程求解器的代码。

5.T. J. Chung, Computational Fluid Dyanmics, Cambridge University Press, 2002年。（*****重点推荐）

该书也是重点讲述不同的数值方法在不同物理方程数值计算中的应用，重点介绍有限差分法，有限体积法，有限元法。内容很全，除了传统的计算流体力学，还包括多相流计算，化学反应流与燃烧计算，计算声学，混合模型的辐射传热学计算，磁流体力学计算，相对大气流动计算等。有点像工具书。

6.C.A.J.Fletcher, Computational Techniques for Fluid Dynamics 1 Fundamental and General Techniques & 2 Specific Techniques for Different Flow Categories, Springer-Verlag,1987年。（*****重点推荐）

该书分为上下两个分册，第一册重点讲述偏微分方程数值方法基础，讲述典型的模型方程的数值计算方法，稳态问题的数值方法，发展问题的数值方法；第二册重点讲述那些数值方法在不同流动下的应用，无粘流动，边界层流动，物理近似的NS方程计算，不可压粘性流动，可压缩粘性流动等等。该书知识框架明确，不像很多中文书说不清楚CFD到底包括那些过程，书中包括大量的代码是该书的另一大特色。

7.H.K.Versteeg, An Introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite Volume Method, Longman Scientific & Technical,1995年。（****一般重点推荐）

该书比较简短，主要介绍有限体积法在计算流体力学中的应用，从模型方程开始，到流动方程的数值计算，一步步地深入，限于它的篇幅，内容不太全面。

8.O.C.Zienkiewicz,The Finite Element Method Volume 3: Fluid Dynamics, Butterworth Heinemann,2000。（****一般重点推荐）

该书是有限元法牛人O.C.Zienkiewicz的经典之作The Finite Element Method三卷本中的第三本，数值方法显然会主要讲解有限元法在计算流体力学中的应用。没有仔细读过，不太好评论，估计大牛的书应该错不了。

9.Dimitris Drikakis,William Rider,High-Resolution Methods for Incompressible and Low-Speed Flows,Springer,2005。（****一般重点推荐）

该书主要讲述不可压低速流动的高分辨率计算方法，书中的内容比较新，对于做这方面研究的人是很好的参考。

10. K A.Hoffmann,Computational Fluid Dynamics Volume 1,2,3,A Publication of Engineering Education System,1989,1993,1998,2000年。（****一般重点推荐）

这套书是工具书，阵容庞大，有点儿偏向于偏微分方程的数值解法，当然包括了CFD中的绝大部分内容，第三分册主要讲述湍流。

11.Joe F Thompson,Handbook of Grid Generation,CRC Press,1998年。（*****重点推荐）

网格生成手册，显然有工具书的味道，书的内容相当庞大，有这一本在手，网格生成方面的大部分问题应该能在上面找到。

12.M. Farraskhalvat,Basic Structured Grid Generation with an introduction to unstructured grid generation,Butterworth Heinemann,2003。（*****重点推荐）

该书写的相当精致工整，看起来很舒服，里面附有一些代码。对于不太复杂的网格生成该书是比较好的参考书。

13.Alfio Quarteroni,Numerical Mathematics,Springer,2000年。（*****重点推荐）

该书主要讲述数值计算方法，对于CFD中的代数方程组求解方法有一定的全面的介绍。

14.Richard Barrett etc.Templates for the Solution of Linear Systems Building Blocks for Iterative Methods,CFD Online。（*****重点推荐）

该文章简短地讲述几乎所有可能用到的线性方程组的数值解法