湍流廣泛地存在於自然界和各種工程應用中。 飛行器表面上的流動幾乎全是湍流, 對氣動力和氣動熱有著巨大影響;
湍流擴散要比層流分子黏性擴散效應大數百倍, 這樣就會極大增強流體中的熱、 質量和動量的輸運, 因此能夠增強工業中流體摻混,
加速化學反應以及污染物的擴散等。轉捩表征了流動從簡單的分層穩定狀態到復雜的混沌湍流狀態的過渡, 是十分重要卻又極其復雜的流動過程,
從某種意義上來說, 轉捩是比湍流更為復雜的流動現像。 同樣, 流動轉捩是飛行器設計時必須考慮的關鍵問題之一, 其對摩擦阻力、 壁面熱流交換、
流動分離位置、 進氣道流場品質、發動機燃料混合以及燃燒等均具有顯著影響。 總之,
對於湍流與轉捩問題的正確認識直接影響到對自然環境中各種流動的預測和各種工程流體力學

問題的解決。 由於計算機的迅速發展, 數值模擬是近年來預測和研究復雜湍流和轉捩問題的主要手段之一。 近年來各種湍流與轉捩模擬方法層出不窮,
雖然為科研工作者提供了更多的研究工具, 但每種方法都有各自的優缺點以及適用範圍, 從而帶來選擇的困擾。 為此,
本書將首先闡述湍流與轉捩模擬方法的基礎理論, 在此基礎上, 講解常用模擬方法的推導過程,著重闡述各個方法的預測性能,
力圖實現理論知識與工程應用的緊密結合。

全書共 10 章。 第 1 章為導讀, 第 2~6 章側重湍流模擬方法介紹, 第7~10 章側重轉捩模擬方法介紹。 第 2 章湍流概述,
講解湍流的基本特征,說明湍流的復雜性; 第 3 章湍流封閉問題, 講解湍流基本控制方程, 指出湍流模式可能的發展方向; 第 4
章湍流統計理論簡介, 講解對湍流的理論研究, 為湍流模式介紹鋪墊理論基礎; 第 5 章湍流模式理論, 介紹湍流數值模擬方法, 包括湍流模型、
大渦模擬, 以及湍流模型/ 大渦模擬混合方法, 並展望湍流模擬方法的發展方向; 第 6 章湍流模式的性能分析和一般性評價,
通過典型算例給出各種層次的湍流模擬方法的一般性評價; 第 7章邊界層轉捩概述, 介紹不同類型的轉捩, 列舉典型的邊界層轉捩影響因素,
引出穩定性理論方面的知識和結論; 第 8 章邊界層轉捩預測方法簡介, 介紹目前常用的轉捩預測方法, 包括經驗轉捩準則、 e N 方法、 模式

理論和高精度數值模擬四類, 並對其性能進行簡要分析; 第 9 章 k-ω-γ轉捩模式的改進, 介紹對 k-ω-γ 轉捩模式的改進措施,
分析其對高超聲速邊界層轉捩的預測性能; 第 10 章改進的 k-ω-γ 轉捩模式在工程復雜外形飛行器中的應用, 將改進後的 k-ω-γ
轉捩模式用於高超聲速工程復雜外形飛行器的邊界層轉捩預測, 驗證該方法在工程實際中的應用性能。作為一本面向普通高等院校高年級本科生和研究生的教材,
我們再次強調掌握基本理論的重要性, 隻有深刻理解湍流和轉捩理論, 纔能選擇適當的模擬方法, 並對數值結果進行正確的分析,
甚至可以提出或改進已有的模擬方法。 盲目地數值模擬百害而無一利。 我們希冀有志於流體力學的朋友們, 理論基礎扎實, 實踐經驗豐富,
為解決湍流和轉捩這兩個百年難題做出貢獻!

本書的出版得到了北京理工大學 2016 年 “雙一流” 研究生精品教材項目資助。由於作者水平有限, 書中存在一些缺點和不足之處, 懇請讀者批評指正!