新书推荐│《高精度离散玻尔兹曼数值方法》
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《高精度离散玻尔兹曼数值方法》总结了近五年流体力学研究成果，聚焦高精度离散玻尔兹曼方法。书中介绍了结合谱差分、通量重构和WENO格式的格子玻尔兹曼方法，适用于多种流动情况。包含动理学方程和高精度格式介绍，配有流场演变示意图。适合流体动力学研究人员、工程师及相关学科读者，旨在促进流体力学领域的研究与创新。
研究背景
在物理学和工程学中，流体动力学的研究是至关重要的领域，其涉及从微观尺度的稀薄气体动力学到宏观尺度的大气和海洋流动。随着科技的进步和对复杂流动现象理解的需求增长，传统基于连续介质假设的纳维尔-斯托克斯方程（Navier-Stokes Equations）面临着越来越多的挑战。这些挑战包括处理极端条件下的流动、多相流动、以及在界面和边界层处的精细物理过程等。为了克服这些挑战，玻尔兹曼方程提供了一种从微观角度出发描述稀薄气体动力学的方法，它能够自然地桥接微观粒子动力学与宏观流体行为之间的鸿沟。
然而，精确求解玻尔兹曼方程是一项极具挑战的任务，尤其是在三维空间和长时间演化的情况下。这主要是由于玻尔兹曼方程是一个高维的积分-微分方程，其解析解几乎不可得，而直接数值模拟则计算成本过高。作为应对这一难题的一种强有力的工具，离散玻尔兹曼方法应运而生。离散玻尔兹曼方法通过将连续的相空间离散化，从而使得问题变得可行，同时保留了玻尔兹曼方程的物理本质。
本书针对高精度离散玻尔兹曼数值方法在流体力学中应用的问题，结合国内外相关的最新研究工作，整理汇总了作者近五年来取得的研究成果。本书内容主要包含不可压流动和可压缩流动两部分。第一部分包含不可压等温流、不可压热流和不可压多相流，详细介绍谱差分、通量重构和WENO格式与单相/热/多相格子玻尔兹曼方法、格子玻尔兹曼通量求解器以及离散统一气体动理学格式结合，发展用于不可压流问题的高精度玻尔兹曼方法。第二部分包含无黏可压缩流和黏性可压缩流，详细介绍通量重构和WENO格式与格子玻尔兹曼通量求解器和气体动理学通量求解器结合，发展用于可压缩流问题的高精度玻尔兹曼方法。
图1 五阶通量重构（上）和二阶有限体积法结果对比
图2 不同时刻各向同性湍流的肋条结构
图3 平面激波与圆柱体（上）和楔形体（下）相交时周围流场的演变
本书涵盖了作者近五年有关高精度离散玻尔兹曼数值方法应用于流体力学问题的研究成果，主要包含不可压流动和可压缩流动两部分。第一部分包含不可压等温流、不可压热流和不可压多相流。第二部分包含无黏可压缩流和黏性可压缩流。此外，还简要介绍了本书涉及的动理学方程和高精度格式。
《高精度离散玻尔兹曼数值方法》不仅为流体动力学领域的研究人员和工程师提供了宝贵的资源，也为相关学科的学者和学生展示了一种新颖的视角和工具，以期推动该领域的进一步发展和创新。
通过阅读本书，读者将获得必要的理论基础和实践技能，以便在高精度离散玻尔兹曼方法的基础上，开展自己的研究工作，解决复杂的流体动力学问题。
本书可以作为从事高精度离散玻尔兹曼数值方法研究的科研人员、研究生、高年级本科生的参考书，也可以作为计算流体力学应用领域的设计人员、工程技术人员和相关从业人员的参考书。
