前言

计算流体力学（computational fluid dynamics，CFD）作为一门独立的学科，已经显著地推动了流体力学研究的进步。它为该领域提供了一种关键的工具，极大地促进了与流体力学紧密相关的工程学科的发展。

CFD分为可压缩流动CFD与不可压缩流动CFD（又称为计算传热学）两个分支，它们一直是CFD中两个相对独立的研究领域，有各自的问题和解决方法。不可压缩流动CFD以压力耦合方程组的半隐式方法（semiimplicit method for pressurelinked equations，SIMPLE）为代表，研究内容主要包括迎风格式、压力修正方程、压力速度耦合及快速迭代等方法。而可压缩流动CFD主要的问题在于模拟激波，由此发展了以时间推进与激波捕获格式为代表的计算方法。

然而，由于可压缩流动CFD与不可压缩流动CFD都基于相同的流体力学主导方程——纳维斯托克斯方程（NavierStokes equation，NS方程），所以在理论上必然具有内在的共通性从而能够统一。随着航空航天、能源工程等相关领域研究的不断深入，对于能够精确模拟同时存在高马赫数可压缩流和低马赫数不可压缩流的复杂流场的需求也愈加迫切。为了满足这一需求，发展能够将可压缩与不可压缩流动统一处理的计算方法尤为必要。

实际上，发展可压缩与不可压缩流动统一算法，已经成为过去30年国际CFD领域发展的关键方向之一，国内学者也对此做出了重要贡献。本书作者在过去20年中，对此进行了理论与格式构造方面的深入研究，解决了传统方法中的主要缺陷，并提出了真正意义上的统一算法。

目前，可压缩与不可压缩流动统一算法的研究已取得显著进展，但尚未有著作对此进行全面总结与阐述。本书填补了这一空白，集基础性与先进性于一身，形成了以下特点： 

（1） 内容全面系统。本书以NS方程为基石，从统一可压缩与不可压缩流动的全新视角出发，深入剖析并重新阐释了流体计算所需的核心概念和知识体系。书中不仅详细论述了经典的不可压缩算法、可压缩算法与统一预处理算法，还介绍了基于作者对传统方法的深刻理解而发展的全速域格式。

（2） 理论深刻透彻。本书构建了统一分析框架，旨在整合可压缩与不可压缩流动算法。通过深入探讨理论层面，揭示了经典方法中存在的诸多问题及其根本原因，并对不可压缩与可压缩计算方法的异同进行了深刻解析。进一步地，书中阐述了构造统一算法的普适规则。

（3） 易于应用实践。本书详尽地阐述了算法在三维空间中的完整形式，提出的改进算法背景理论深刻且易于实施，能够显著提升计算效果。本书旨在帮助读者更好地理解和应用这些算法，以解决实际问题。

本书涉及面较广，引用了大量文字、图、表、数据等，在此对这些内容的原作者表示衷心的感谢! 此外，有的图、表和数据等内容难以溯源，未能注明出处，敬请谅解!囿于作者水平，书中缺点和错误在所难免，敬请读者批评指正。

本书研究得到了国家自然科学基金项目50806037与51276092的资助，特此感谢！

作者

2024年12月