内容説明
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本書は、数値流体力学(CFD：computational fluid dynamics)について、実践的に使いこなすために有益な基礎知識を扱った専門書である。トピックとしては、多面体格子や重合格子、マルチグリッド法、並列計算、移動格子や自由表面流の手法、乱流の直接シミュレーションおよびラージ・エディ・シミュレーションなど今日よく用いられている手法を横断的にカバーしている。各トピックの基本となる考え方については、あまり数学的な解析に偏重せず、一般的な方法論を解説することをこころがけ、さまざまな方法の違いよりも共通点に重点を置いた説明をしている。また、数値計算の誤差評価についても強調しており、おおよその解析例でも誤差解析を行うなど、誤差解析の必要性を繰り返し説いている。本書での学びを通じて、CFDツールにより良い解析ができるように導く。
目次
第1章 流体の流れの基本概念
1.1 はじめに
1.2 保存原理
1.3 質量保存
1.4 運動量保存
1.5 スカラー量の保存
1.6 方程式の無次元化
1.7 簡略化された数理モデル
1.8 流れの数学的分類
1.9 本書の内容
第2章 数値解析の基礎
2.1 流体力学の問題を解くためのアプローチ
2.2 CFD とは何か？
2.3 数値解法の可能性と限界
2.4 数値解法の構成要素
2.5 数値解法の特性
2.6 離散化手法
第3章 有限差分法
3.1 はじめに
3.2 基本的な考え方
3.3 1階導関数の近似
3.4 2階導関数の近似
3.5 混合導関数の近似
3.6 その他の項の近似
3.7 境界条件の実装
3.8 代数方程式系
3.9 離散化誤差
3.10 有限差分の例
3.11 スペクトル法の概要
第4章 有限体積法
4.1 はじめに
4.2 面積積分の近似
4.3 体積積分の近似
4.4 補間と微分の実践
4.5 境界条件の実装
4.6 代数方程式系
4.7 計算例
第5章 連立線形方程式の解法
5.1 はじめに
5.2 直接解法
5.3 反復解法
5.4 方程式系のカップリングとその解法
5.5 非線形方程式の解法
5.6 遅延補正法
5.7 収束判定基準と反復誤差
5.8 計算例
第6章 非定常問題の解法
6.1 はじめに
6.2 常微分方程式の初期値問題の解法
6.3 一般化した輸送方程式への応用
6.4 解法の適用例
第7章 ナビエ・ストークス方程式の解法（その1）
7.1 ナビエ・ストークス方程式の特徴
7.2 定常・非定常流解法の基本的な考え方
第8章 ナビエ・ストークス方程式の解法（その2）
8.1 スタガード格子を用いた陰的反復解法
8.2 コロケート格子を用いた陰的反復解法
8.3 非定常流れでの反復なし陰解法
8.4 計算例
第9章 複雑形状
9.1 格子の選択
9.2 格子生成
9.3 速度成分の選択
9.4 変数配置の選択
9.5 有限差分法
9.6 有限体積法
9.7 流束と生成項の近似
9.8 圧力修正方程式
9.9 軸対称問題
9.10 高次精度の有限体積法
9.11 境界条件の実装
9.12 計算例
第10章 乱流
10.1 はじめに
10.2 直接数値シミュレーション (DNS)
10.3 数理モデルを用いた乱流シミュレーション
第11章 圧縮性流れ
11.1 はじめに
11.2 任意のマッハ数に対する圧力修正法
11.3 圧縮性流れのための解法
11.4 応用計算に関するコメント
第12章 計算効率と精度の改良
12.1 はじめに
12.2 誤差の分析と評価
12.3 格子の品質と最適化
12.4 流れ解析におけるマルチグリッド法
12.5 解適合格子
12.6 CFDにおける並列計算
第13章 その他の問題
13.1 はじめに
13.2 熱物質輸送
13.3 流体物性が変化する流れ
13.4 移動格子
13.5 自由表面流れ
13.6 解強制法
13.7 気象学，海洋学への応用
13.8 多相流
13.9 燃焼
13.10 流体構造連成
付録 追加情報
A.1 計算プログラムのリストと入手方法
A.2 計算例についての追加情報
A.3 他のオープンCFD コード
参考文献
旧版訳者あとがき
原著4版訳者あとがき
索引
