流體力學(xué)

前言

本書(shū)的前身是西安交通大學(xué)出版社2001年7月出版的針對(duì)動(dòng)力機(jī)械工程類本科生的《流體力學(xué)》一書(shū)（景思睿、張鳴遠(yuǎn)編著）。承蒙讀者厚愛(ài)，至2009年7月，該書(shū)已先后9次印刷，共計(jì)19 000冊(cè)，為我國(guó)工科本科生的流體力學(xué)教學(xué)作出了積極的貢獻(xiàn)。多年來(lái)不斷收到使用該書(shū)的教師和學(xué)生的反饋意見(jiàn)，特別是作者在西安交通大學(xué)的同事們的修改建議；同時(shí)我也較為廣泛地瀏覽了進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，國(guó)內(nèi)外特別是國(guó)外的新版相關(guān)教材和專著，深感為適應(yīng)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步、學(xué)科發(fā)展和教學(xué)改革的需求，到了該對(duì)原書(shū)進(jìn)行修訂的時(shí)候了。此次修訂重新撰寫(xiě)了所有章節(jié)，全書(shū)架構(gòu)和各章內(nèi)容也有較大改動(dòng)：增加了流體力學(xué)數(shù)值計(jì)算的簡(jiǎn)要介紹，作為附錄列入目錄。將粘性流動(dòng)的相關(guān)內(nèi)容獨(dú)立為一章，以強(qiáng)化學(xué)生對(duì)粘性流動(dòng)控制方程和湍流相關(guān)內(nèi)容的理解。改變了原書(shū)“相似原理與量綱分析”一章中以相似三定理為基線的敘述方法，從基本方程和物理概念出發(fā)介紹動(dòng)力相似原理；刪去了瑞利法，增加了Ipsen方法。增加了非慣性系中的動(dòng)量積分方程，具有壓強(qiáng)梯度的層流邊界層計(jì)算，一維定常無(wú)摩擦換熱管流，平面超音速流動(dòng)等，它們可作為提高或選學(xué)內(nèi)容（其前以“s”標(biāo)注）。刪去了一些繁冗的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和過(guò)于抽象的章節(jié)，如湯姆遜定理和亥姆霍茲定理等。對(duì)章節(jié)編排順序作了調(diào)整，使其由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，循序漸進(jìn)，以利于學(xué)生理解；伯努利方程和能量方程先于動(dòng)量和動(dòng)量矩積分方程引入，以利于后者相關(guān)內(nèi)容的安排和講解。每章后均有小結(jié)，幫助學(xué)生歸納和理順該章所學(xué)內(nèi)容。增加了例題和各章后練習(xí)題的數(shù)量，練習(xí)題按照內(nèi)容分類；附有綜合性或設(shè)計(jì)性習(xí)題，作為課程設(shè)計(jì)或大作業(yè)的選擇。書(shū)中對(duì)引用的資料和圖表均注明出處，相關(guān)書(shū)籍或?qū)Ｖ性凇皡⒖嘉墨I(xiàn)”中，一些具體內(nèi)容的來(lái)源則在頁(yè)末注出；部分資料來(lái)自網(wǎng)絡(luò)，無(wú)法查對(duì)它們出自哪些文獻(xiàn)或哪位作者。

內(nèi)容概要

　　《流體力學(xué)》是一本適用于高等學(xué)校工科專業(yè)本科生的基礎(chǔ)流體力學(xué)教材。作者在總結(jié)多年來(lái)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，較為廣泛地瀏覽了進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)國(guó)內(nèi)外，特別是國(guó)外的相關(guān)新版教材和專著，力求在章節(jié)編排和選材上反映科學(xué)技術(shù)進(jìn)步、符合教學(xué)規(guī)律、適應(yīng)學(xué)科發(fā)展和教學(xué)改革的需求。全書(shū)分11章，內(nèi)容包括：流體及其主要物理性質(zhì)，流體靜力學(xué)，流體運(yùn)動(dòng)概述，理想流體運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)，粘性流體運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)，流體動(dòng)力學(xué)的積分方程分析，量綱分析與動(dòng)力相似，勢(shì)流，管道內(nèi)的流動(dòng)，繞物體的粘性不可壓縮流動(dòng)和可壓縮流動(dòng)基礎(chǔ)；附錄中包括有流體力學(xué)數(shù)值計(jì)算的簡(jiǎn)要介紹。書(shū)中略去了一些繁冗的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和過(guò)于抽象的內(nèi)容，盡可能從基本的物理定律和概念出發(fā)推導(dǎo)相關(guān)定理和基本方程；體現(xiàn)工科專業(yè)教材特點(diǎn)，注意理論與工程實(shí)際相聯(lián)系，同時(shí)對(duì)一些容易混淆的概念作了深入辨析；行文深入淺出，便于讀者自學(xué)。增加了例題和練習(xí)題的數(shù)量，附有綜合性或設(shè)計(jì)性習(xí)題?！　　读黧w力學(xué)》可作為高等學(xué)校能源動(dòng)力、機(jī)械、核能、化工和環(huán)境工程等專業(yè)本科生的流體力學(xué)教材，也可供相關(guān)專業(yè)的科學(xué)研究和工程技術(shù)人員參考。

書(shū)籍目錄

第1章 流體及其主要物理性質(zhì)1.1 序言1.2 流體及連續(xù)介質(zhì)假設(shè)1.3 密度1.4 流體的粘性1.5 表面張力1.6 流體的熱力學(xué)性質(zhì)1.7 作用在流體上的力1.8 量綱與單位小結(jié)練習(xí)題第2章 流體靜力學(xué)2.1 流體靜壓強(qiáng)及其特性2.2 靜止流體平衡微分方程2.3 流體平衡條件2.4 重力場(chǎng)中靜止流體內(nèi)的壓強(qiáng)分布2.4.1 液體中的壓強(qiáng)分布2.4.2 氣體中的壓強(qiáng)分布2.5 壓強(qiáng)測(cè)量2.5.1 絕對(duì)壓強(qiáng)、計(jì)示壓強(qiáng)和真空壓強(qiáng)2.5.2 液柱式測(cè)壓計(jì)2.6 相對(duì)靜止流體內(nèi)的壓強(qiáng)分布——等角速度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)2.7 作用在平面上的流體靜壓力2.8 作用在曲面上的流體靜壓力2.9 浮力與穩(wěn)定性小結(jié)練習(xí)題第3章 流體運(yùn)動(dòng)概述3.1 描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法3.2 跡線、流線和脈線3.3 物質(zhì)導(dǎo)數(shù)3.4 流體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)分析3.5 連續(xù)方程小結(jié)練習(xí)題第4章 理想流體運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)4.1 歐拉方程4.2 自然坐標(biāo)系中的歐拉方程4.3 伯努利方程4.4 伯努利方程的應(yīng)用小結(jié)練習(xí)題第5章 粘性流體運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)5.1 粘性流體中的應(yīng)力5.2 納維－斯托克斯方程5.3 兩平行平板間的庫(kù)埃特－泊肅葉流動(dòng)5.4 圓管內(nèi)的泊肅葉流動(dòng)5.5 斯托克斯流動(dòng)5.6 湍流概述5.7 雷諾應(yīng)力和雷諾方程5.8 圓管湍流5.8.1 微分方程5.8.2 速度分布5.8.3 摩擦壓降5.9 湍動(dòng)射流小結(jié)練習(xí)題第6章 流體動(dòng)力學(xué)的積分方程分析6.1 物質(zhì)積分的隨體導(dǎo)數(shù)——雷諾輸運(yùn)定理6.2 連續(xù)方程6.3 能量方程6.4 動(dòng)量方程6.5 動(dòng)量方程應(yīng)用舉例6.6 動(dòng)量矩方程6.7 動(dòng)量矩方程的應(yīng)用6.7.1 離心泵6.7.2 軸流泵和混流泵小結(jié)練習(xí)題第7章 量綱分析與動(dòng)力相似7.1 量綱分析7.2 泊金漢口定理7.3 動(dòng)力相似7.4 模型實(shí)驗(yàn)7.5 模型實(shí)驗(yàn)舉例小結(jié)練習(xí)題第8章 勢(shì)流8.1 勢(shì)流8.2平面勢(shì)流8.3 基本平面勢(shì)流及其疊加8.4 柱體繞流8.4.1 蘭金半體柱繞流8.4.2 圓柱繞流8.4.3 馬格努斯－羅賓斯效應(yīng)8.5 翼型和翼柵的升力8.6 空間軸對(duì)稱勢(shì)流8.6.1 速度勢(shì)函數(shù)和斯托克斯流函數(shù)8.6.2 基本流動(dòng)8.6.3 圓球繞流8.7 虛擬質(zhì)量小結(jié)練習(xí)題第9章 管道內(nèi)的流動(dòng)9.1 起始段和充分發(fā)展流動(dòng)9.2 圓管的沿程水力損失計(jì)算9.3 非圓形管道的沿程水力損失計(jì)算9.4 局部水力損失計(jì)算9.4.1 局部損失因數(shù)9.4.2 含局部損失的簡(jiǎn)單管路計(jì)算9.5 含水泵和水輪機(jī)的簡(jiǎn)單管路計(jì)算9.6 復(fù)雜管路計(jì)算9.7 水擊小結(jié)練習(xí)題第10章 繞物體的粘性不可壓縮流動(dòng)10.1 邊界層和邊界層厚度10.2 邊界層方程10.3 平壁邊界層的布拉修斯解10.4 邊界層動(dòng)量積分方程10.4.1 平壁邊界層10.4.2 具有壓強(qiáng)梯度的邊界層10.5 邊界層分離10.6 繞流物體的阻力10.7 繞流物體的升力小結(jié)練習(xí)題第11章 可壓縮流動(dòng)基礎(chǔ)11.1 可壓縮流動(dòng)的一些基本概念11.1.1 可壓縮流動(dòng)與不可壓縮流動(dòng)11.1.2 音速11.1.3 可壓縮流動(dòng)的分類和馬赫錐11.2 一維定?？蓧嚎s流動(dòng)的基本方程11.3 等熵滯止?fàn)顟B(tài)和臨界狀態(tài)11.4 一維定常等熵流動(dòng)11.5 正激波11.5.1 激波的形成與厚度11.5.2 正激波前后流動(dòng)參數(shù)的關(guān)系式11.6 幾何噴管中的流動(dòng)11.6.1 收縮形噴管11.6.2 縮放形噴管11.7 等截面－維定常摩擦管流11.7.1 絕熱摩擦流動(dòng)11.7.2 等溫摩擦流動(dòng)11.8 等截面－維定常無(wú)摩擦換熱管流11.9 平面超音速流動(dòng)11.9.1 斜激波11.9.2 普朗特一邁耶流動(dòng)11.9.3 超音速薄翼理論小結(jié)練習(xí)題附錄A 計(jì)算流體力學(xué)簡(jiǎn)介附錄B 常用流體的物理性質(zhì)附錄C 可壓縮流動(dòng)參數(shù)表附錄D 圓柱坐標(biāo)系中的流體力學(xué)方程組附錄E 球坐標(biāo)系中的流體力學(xué)方程組索引參考文獻(xiàn)練習(xí)題答案

章節(jié)摘錄

插圖：盡管隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，新的流體力學(xué)測(cè)量?jī)x器和方法不斷涌現(xiàn)，但在某些場(chǎng)合仍然有一些流動(dòng)變量無(wú)法測(cè)量或無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量，然而通過(guò)數(shù)值計(jì)算卻可以得到所有變量的分布和變化。因此一個(gè)工程或科學(xué)問(wèn)題的解決，通常需要綜合利用理論分析、數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究這三種研究方法。作為流體力學(xué)的基礎(chǔ)教材，本書(shū)重點(diǎn)介紹流體力學(xué)的基本原理和工程應(yīng)用，同時(shí)也對(duì)模型實(shí)驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算作簡(jiǎn)要說(shuō)明。由于需要對(duì)流動(dòng)參數(shù)和流動(dòng)過(guò)程作定量描述，存在較多的數(shù)學(xué)符號(hào)和數(shù)學(xué)推導(dǎo)。讀者當(dāng)然需要讀懂?dāng)?shù)學(xué)，但更重要的則是明白數(shù)學(xué)符號(hào)所代表的物理意義，對(duì)各種流動(dòng)問(wèn)題的工程背景和物理本質(zhì)有深刻的理解。我曾經(jīng)遇到一個(gè)在國(guó)外工作多年的電子工程師，談到他在大學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)字信號(hào)課程時(shí)遇到一大堆數(shù)學(xué)公式，但只是在多年后的應(yīng)用中才真正懂得了什么是數(shù)字信號(hào)。從讀懂?dāng)?shù)學(xué)到理解問(wèn)題的物理本質(zhì)有一個(gè)過(guò)程，期望讀者在閱讀和學(xué)習(xí)本書(shū)時(shí)能夠縮短這個(gè)過(guò)程。1.2 流體及連續(xù)介質(zhì)假設(shè)從流體力學(xué)的角度看，可以將自然界所有物質(zhì)的存在狀態(tài)區(qū)分為固體和流體。固體和流體的區(qū)別在于它們對(duì)剪切力或切向力的力學(xué)反應(yīng)不同。固體在切應(yīng)力的作用下會(huì)發(fā)生一定的變形，最終達(dá)到平衡狀態(tài)，即固體在平衡狀態(tài)下可以承受一定的切應(yīng)力。流體不能承受切應(yīng)力，無(wú)論受到的切應(yīng)力多么小，流體都會(huì)發(fā)生連續(xù)不斷的變形，即產(chǎn)生流動(dòng)，因此流體可定義為在任何微小切應(yīng)力持續(xù)作用下都會(huì)連續(xù)變形的物質(zhì)。通常將流體劃分為液體和氣體，液體與氣體的區(qū)別在于分子間距與分子間的引力大小不同。與液體相比，氣體的分子間距要大得多，分子間的引力非常小，分子可以自由運(yùn)動(dòng)，極易變形，可以充滿所能到達(dá)的全部空間。液體的分子間距很小，分子間的引力較大，相互制約；液體分子可以作無(wú)一定周期和頻率的振動(dòng)，在其他分子間移動(dòng)，但不能像氣體分子那樣自由運(yùn)動(dòng)。在一定條件下，一定質(zhì)量的液體保持一定的體積而無(wú)一定的形狀，通常取其所在容器的形狀，在重力作用下能夠形成與氣體之間的自由面，但不能像氣體那樣充滿所能到達(dá)的全部空間。上述對(duì)流體與固體、液體與氣體的區(qū)分實(shí)際上并不是絕對(duì)的。自然界有些物質(zhì)介于固體和流體之間，比如瀝青和鉛是固體，它們?cè)诙唐趦?nèi)可以抵抗剪切力的作用，但經(jīng)過(guò)一段較長(zhǎng)的時(shí)間后，瀝青和鉛也會(huì)流動(dòng)，表現(xiàn)出流體的特征。還有一些流體，如牙膏和番茄醬，當(dāng)切應(yīng)力小于某一屈服應(yīng)力時(shí)，呈固體狀態(tài)，不流動(dòng)；當(dāng)切應(yīng)力大于屈服應(yīng)力時(shí)，則會(huì)像其他流體一樣流動(dòng)。研究這類流體的學(xué)科稱流變學(xué)，本書(shū)只研究像水、汽油、酒精和水銀這樣的液體，以及普通氣體，如空氣、氮?dú)夂秃獾龋@些流體都符合上文中指出的固體與流體的區(qū)分定義。

編輯推薦

《流體力學(xué)》由高等教育出版社出版。

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