旋轉(zhuǎn)分層與導(dǎo)電液體中的湍流

P.A.Davidson

在天體物理學(xué)與地球物理學(xué)中，波與湍流是兩個(gè)永恒不變的主題。流體大多數(shù)處于旋轉(zhuǎn)、強(qiáng)分層的狀態(tài)，并受到周?chē)艌?chǎng)的作用，基本上總是在動(dòng)蕩，從而引發(fā)各種行為：如從吸積盤(pán)給恒星增加重量到太陽(yáng)表面的爆炸，從傳播熱量到在地心深處產(chǎn)生地磁場(chǎng)等等。

本書(shū)旨在描述旋轉(zhuǎn)、分層與磁場(chǎng)是如何影響湍流的。

本書(shū)共有19章，1：波動(dòng)與湍流的相互聯(lián)系，包括波動(dòng)的三種類(lèi)型、波與湍流、地球物理與天體物理中的湍流。從第2章開(kāi)始分為3部分。第1部分為從流體力學(xué)到磁流體力學(xué)，討論了簡(jiǎn)單旋轉(zhuǎn)液體、分層流體的基本理論和磁流體力學(xué)，含第2-7章：2.初等流體動(dòng)力學(xué)，包括納維葉-斯托克斯方程、粘性流體中的能量損耗、渦度方程等；3.旋轉(zhuǎn)流體運(yùn)動(dòng)，包括地球自轉(zhuǎn)偏向力、慣性波、波動(dòng)與穩(wěn)定性、羅斯貝波等；4.分層流體運(yùn)動(dòng)，包括波西內(nèi)斯克近似、阻塞高壓、背風(fēng)波、內(nèi)重力波、位勢(shì)渦度、谷風(fēng)；5,電動(dòng)力學(xué)方程，包括麥克斯威方程、安培法拉第定律完整版、洛倫茲力、麥克斯威應(yīng)力、法拉第張力、磁場(chǎng)與速度場(chǎng)的轉(zhuǎn)換；6.導(dǎo)電流體運(yùn)動(dòng)：磁流體力學(xué)，包括磁流體力學(xué)方程、低磁雷諾數(shù)下的磁阻尼、高磁雷諾數(shù)下的動(dòng)力學(xué)等；7.湍流的不穩(wěn)定性與轉(zhuǎn)換，包括成層切變流的穩(wěn)定性、理想流體磁流體力學(xué)平衡穩(wěn)定性等。

第2部分為沒(méi)有體積力作用的湍流，討論了從基本原理中發(fā)展出來(lái)的湍流理論，含第8-11章：8.湍流的基本性質(zhì)；9.湍流語(yǔ)言：運(yùn)動(dòng)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)，包括速度關(guān)聯(lián)函數(shù)與結(jié)構(gòu)函數(shù)、傅里葉空間、各向同性的簡(jiǎn)化；10.流體動(dòng)力學(xué)湍流Ⅰ：經(jīng)典理論，包括理查森現(xiàn)象與科莫現(xiàn)象、渦旋伸展與實(shí)質(zhì)線伸展、卡霍二氏方程式等；11.流體力學(xué)湍流Ⅱ：旋轉(zhuǎn)、分層與磁流體力學(xué)湍流，包括各向同性湍流、二維湍流等。

第3部分為有體積力作用下的湍流，這是本文的核心部分，討論了旋轉(zhuǎn)、分層與有磁場(chǎng)作用下的湍流，含第12-19章：12.快速旋轉(zhuǎn)流體，包括波傳播中的結(jié)構(gòu)形成、氣旋反氣旋不對(duì)稱(chēng)、能量衰減速度；13.地球物理：淺水體，快速旋轉(zhuǎn)湍流，包括控制方程、統(tǒng)計(jì)學(xué)不變量、β平面湍流及其緯向環(huán)流與光譜；14.均勻分層湍流，包括控制方程與無(wú)因次群、尺度分析、分層湍流的光譜分析、能量衰減速率等；15.分層切變流與大氣邊界層，包括分層剪切流方程與通量理查森數(shù)、大氣邊界層等；16.小磁雷諾數(shù)磁流體力學(xué)，包括控制方程、角動(dòng)量守恒、渦流的演化等；17.地心處的湍流：地球發(fā)動(dòng)機(jī)，包括地球發(fā)動(dòng)機(jī)理論、地球的結(jié)構(gòu)與磁場(chǎng)分布、數(shù)值模擬、其他行星發(fā)動(dòng)機(jī)；18.高磁雷諾數(shù)磁流體力學(xué)，包括二維磁流體力學(xué)、螺旋氣流與選擇性衰減、阿爾芬湍流的譜理論等；19.天體物理湍流，包括吸積盤(pán)、太陽(yáng)渦流、太陽(yáng)風(fēng)。

本書(shū)適合對(duì)自然中湍流現(xiàn)象感興趣的工程師和地球物理學(xué)、天體物理學(xué)和應(yīng)用物理學(xué)的學(xué)生和研究人員閱讀。

王小珊，博士生

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