工程流体力学（第3版）(黄卫星)

图书标准信息

• 作者 黄卫星、伍勇 著
• 出版社 化学工业出版社
• 出版时间 2018-01
• 版次 3
• ISBN 9787122304629
• 定价 50.00元
• 装帧 平装
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 336页
• 字数 577千字
• 正文语种 简体中文

【内容简介】

内容涉及流体力学基本概念、基本原理、研究方法和工程应用四个方面。全书共12章，包括：流体的力学性质、流体流动的基本概念、流体静力学、流体流动的守恒原理、不可压缩流体的一维层流流动、流体流动微分方程、理想不可压缩流体的平面运动、流体流动模型实验方法、不可压缩流体管内流动、流体绕物流动、可压缩流动基础与管内流动，过程设备内流体的停留时间分布。 

本书编者长期专注过程设备流体流动与传递过程的教学与科研，将流体力学基本理论与过程设备内的流动问题紧密结合，内容编排层次清晰，概念阐述直观明确，问题分析联系实际；书中例题丰富，习题均由编者演算后选编或设计，并附有详尽答案及解题提示，对促进课程的教学和各章主要知识点的理解与掌握有重要帮助。

【作者简介】

黄卫星，四川大学化学工程学院，教育部高校“过程装备与控制工程” 专业教学指导委员会委员，副院长 博士生导师 教授，主要教学经历（授课名称、起止时间、授课对象、授课学时、所在单位等） 

《工程流体力学》，2000-05（每年上学期），本科，34/51学时，四川大学 

《工程传热学》，2003-05（每年上学期），过控、热能专业本科，34学时，四川大学 

《过程设备设计》，2002-05（每年下学期），本科，85学时，四川大学 

《化工传递过程》，1996-05，（每年下学期），硕士研究生，60学时，四川大学 

《两相流理论》，2000-02，博士研究生，40学时，四川大学 

《传质理论与模型》，2004-05，博士研究生，40学时，四川大学 

培养指导研究生：毕业硕博士研究生17人，目前在读博士生4人，硕士生10人 

教学研究与获奖： 

1．产学研结合化工类人才教育新模式的实践，2000年四川省优 秀教学成果一等奖 

2．按学科群建设工程专业实验中心的新模式，2004年四川大学优 秀教学成果二等奖 

3．化机专业转型教学体系改革与教材建设，2000年四川大学优 秀教学成果二等奖 

科学研究： 

主要研究方向：多相流技术与设备，过程装备流体力学与传递过程；近5年在国内外重要学术刊物发表论文60余篇，SCI、EI收录23篇；承担的主要科研项目有： 

1．循环流化床反应器研究，国家自然科学基金-杰出青年基金B (No.29928005) ，结题 

2．水力旋流器能耗机制研究，教委博士点基金，结题 

3．循环床反应器气固两相流动力学非线性分析，四川省学术带头人培养基金(2200313) ，结题 

4．磷酸二铵尾气净化联产磷酸一铵的清洁工艺，国家“863”计划项目(2002AA647020)，在研 

5．新型硅橡胶膜生物反应器连续发酵动力学研究，国家自然科学基金(No20276041) ，在研 

6．气固上行两相流的局部结构及能耗机制，高速水力学国家重点实验室开放基金(03-01)，在研 

7．磷肥清洁工艺中试及装备开发，国家863计划项目(2003AA647040) ，在研 

8．超重力技术应研究与装备开发，重庆江北机器厂(04H512)，在研

【目录】

第1章流体的力学性质1 

1.1流体的连续介质模型1 

1.1.1流体质点的概念1 

1.1.2流体连续介质模型2 

1.2流体的力学特性2 

1.2.1流动性3 

1.2.2可压缩性3 

1.2.3黏滞性4 

1.2.4表面张力特性8 

1.3牛顿流体和非牛顿流体12 

1.3.1牛顿流体与非牛顿流体12 

1.3.2非牛顿流体及其黏度特性12 

习题13 

第2章流体流动的基本概念17 

2.1流场及流动分类17 

2.1.1流场的概念17 

2.1.2流动分类17 

2.2描述流体运动的两种方法19 

2.2.1拉格朗日法19 

2.2.2欧拉法20 

2.2.3两种方法的关系20 

2.2.4质点导数21 

2.3迹线和流线24 

2.3.1迹线24 

2.3.2流线24 

2.3.3流管与管流连续性方程26 

2.4流体的运动与变形27 

2.4.1微元流体线的变形速率27 

2.4.2微元流体团的变形速率29 

2.4.3有旋流动与旋流动30 

2.5流体的流动与阻力32 

2.5.1流体流动的推动力32 

2.5.2层流与湍流32 

2.5.3固壁边界对流动的影响34 

2.5.4流动阻力与阻力系数36 

习题39 

第3章流体静力学42 

3.1作用在流体上的力42 

3.1.1质量力42 

3.1.2表面力——应力与压力43 

3.1.3静止流场中的表面力43 

3.1.4压力的表示方法及单位44 

3.2流体静力学基本方程45 

3.2.1流体静力平衡方程45 

3.2.2静止流场的压力微分方程46 

3.3重力场液体静力学47 

3.3.1重力场中静止液体的压力分布48 

3.3.2U形管测压原理48 

3.3.3静止液体中固体壁面的受力50 

3.3.4静止液体中物体的浮力与浮力矩55 

3.4非惯性坐标系液体静力学57 

3.4.1重力场非惯性坐标系中的质量力57 

3.4.2直线匀加速运动中的静止液体58 

3.4.3匀速旋转容器中的静止液体59 

3.4.4高速回转圆筒内液体的压力分布62 

习题63 

第4章流体流动的守恒原理68 

4.1概述68 

4.1.1系统与控制体68 

4.1.2守恒定律与输运公式69 

4.2质量守恒方程70 

4.2.1控制面上的质量流量70 

4.2.2控制体质量守恒方程71 

4.2.3多组分系统的质量守恒方程73 

4.3动量守恒方程75 

4.3.1控制体动量守恒方程75 

4.3.2以平均速度表示的动量方程76 

4.4动量矩守恒方程80 

4.4.1控制体动量矩守恒方程80 

4.4.2稳态平面系统的动量矩方程81 

4.5能量守恒方程85 

4.5.1运动流体的能量85 

4.5.2控制体能量守恒方程88 

4.5.3化工流动系统的能量方程90 

4.5.4机械能守恒方程——伯努利方程93 

4.6守恒方程综合应用分析98 

4.6.1小孔流动问题98 

4.6.2管流中的液体汽化问题101 

4.6.3驻点压力与皮托管测速102 

4.6.4管道局部阻力问题104 

习题108 

第5章不可压缩流体的一维层流流动117 

5.1概述117 

5.1.1建立流动微分方程的基本方法117 

5.1.2不可压缩一维稳态层流及其特点118 

5.1.3常见边界条件120 

5.2狭缝流动分析120 

5.2.1平壁层流的微分方程121 

5.2.2典型狭缝流动问题分析123 

5.3管内流动分析126 

5.3.1管状层流的微分方程126 

5.3.2圆管及圆形套管内的层流流动128 

5.4降膜流动分析132 

5.4.1倾斜平壁上充分发展的降膜流动132 

5.4.2竖直圆管外壁的降膜流动134 

5.4.3变厚度降膜流动问题分析135 

习题137 

第6章流体流动微分方程141 

6.1连续性方程141 

6.1.1直角坐标系中的连续性方程141 

6.1.2柱坐标和球坐标系中的连续性方程142 

6.2以应力表示的运动方程143 

6.2.1作用于微元体上的力143 

6.2.2动量流量及动量变化率145 

6.2.3以应力表示的运动方程146 

6.3黏性流体运动微分方程147 

6.3.1牛顿流体的本构方程147 

6.3.2流体运动微分方程——Navier-Stokes方程149 

6.3.3柱坐标和球坐标系中的N-S方程151 

6.4流体流动微分方程的应用153 

6.4.1N-S方程应用概述153 

6.4.2N-S方程应用举例153 

习题160 

第7章理想不可压缩流体的平面运动163 

7.1流体平面运动的速度分解163 

7.2有旋流场与旋流场164 

7.2.1速度环量与线流量164 

7.2.2有旋流场的运动学特性165 

7.2.3旋流场的运动学特性167 

7.3不可压缩平面流动的流函数168 

7.4理想不可压缩平面势流及分析方法170 

7.4.1不可压缩平面势流基本特性170 

7.4.2拉普拉斯方程和全微分方程172 

7.4.3理想不可压缩平面势流的伯努利方程173 

7.5理想不可压缩平面势流典型问题173 

7.5.1平行直线等速流动174 

7.5.2点源与点汇流动174 

7.5.3点涡流动175 

7.5.4角形区域内的流动176 

7.5.5复合流动177 

7.5.6理想流体绕固定圆柱体的流动180 

7.5.7理想流体绕转动圆柱体的流动182 

习题184 

思考题185 

第8章流体流动模型实验方法186 

8.1流动相似原理186 

8.1.1几何相似186 

8.1.2运动相似187 

8.1.3动力相似187 

8.2相似准则及其分析方法187 

8.2.1微分方程分析法——N-S方程的相似分析188 

8.2.2相似数的物理意义及典型应用条件189 

8.2.3相似准则在模型实验中的应用191 

8.2.4量纲分析法194 

8.3模型实验198 

8.3.1模型实验设计199 

8.3.2模型实验设计应用举例199 

8.3.3实验数据的整理及应用说明206 

习题207 

思考题209 

第9章不可压缩流体管内流动210 

9.1层流与湍流210 

9.1.1雷诺实验210 

9.1.2圆管内充分发展的层流流动211 

9.1.3湍流及其基本特性212 

9.1.4湍流理论简介213 

9.2湍流的半经验理论214 

9.2.1雷诺方程214 

9.2.2湍流假说——普朗特混合长度理论216 

9.2.3通用速度分布——壁面律217 

9.3圆管内充分发展的湍流流动219 

9.3.1光滑管内的湍流速度分布与切应力219 

9.3.2粗糙管内的湍流速度分布220 

9.4圆管内流动的阻力损失221 

9.4.1圆管阻力损失与阻力系数定义221 

9.4.2光滑圆管的阻力系数222 

9.4.3粗糙圆管的阻力系数223 

9.4.4局部阻力系数226 

9.5圆管进口段流动分析229 

9.5.1进口段流动状态与进口段长度229 

9.5.2进口段阻力230 

9.6非圆形截面管内的流体流动230 

9.7弯曲管道内的流体流动233 

9.7.1弯曲管道内的流动特点233 

9.7.2弯曲管道的阻力系数234 

习题235 

思考题236 

第10章流体绕物流动238 

10.1边界层基本概念238 

10.1.1边界层理论238 

10.1.2边界层的厚度与流态238 

10.1.3平壁表面摩擦阻力与摩擦阻力系数240 

10.2平壁边界层流动241 

10.2.1普朗特边界层方程241 

10.2.2平壁层流边界层的精确解242 

10.2.3冯·卡门边界层动量积分方程245 

10.2.4平壁层流边界层的近似解246 

10.2.5平壁湍流边界层的近似解248 

10.3边界层分离及绕流总阻力252 

10.3.1边界层分离现象252 

10.3.2绕流总阻力253 

10.4绕圆柱体的流动分析255 

10.4.1绕圆柱体的流动256 

10.4.2圆柱绕流总阻力257 

10.5绕球体的流动分析258 

10.5.1绕球体的流动258 

10.5.2球体绕流总阻力258 

10.5.3颗粒的沉降速度259 

习题261 

思考题262 

第11章可压缩流动基础与管内流动263 

11.1可压缩流动基本过程与方程263 

11.1.1热力学基本过程263 

11.1.2热力学基本方程263 

11.1.3质量及能量守恒方程264 

11.2声波传播速度及马赫数265 

11.2.1小扰动压力波（声波）的传播速度265 

11.2.2声速与马赫数267 

11.3滞止状态及参数268 

11.3.1滞止状态268 

11.3.2滞止温度268 

11.3.3滞止压力与滞止密度269 

11.4正激波及其前后参数的变化270 

11.4.1激波及其形成过程270 

11.4.2正激波前后参数的变化271 

11.5变截面管道内可压缩流体的等熵流动273 

11.5.1速度与管道截面变化的关系273 

11.5.2临界状态及参数275 

11.5.3拉伐尔喷管276 

11.5.4渐缩管内的等熵流动281 

11.6等截面管道内可压缩流体的摩擦流动282 

11.6.1有摩擦的绝热流动282 

11.6.2有摩擦的等温流动288 

11.7可压缩流体的速度与流量测试289 

11.7.1亚声速气流中的皮托管289 

11.7.2超声速气流中的皮托管290 

11.7.3可压缩流动流量测量291 

习题291 

思考题294 

第12章过程设备内流体的停留时间分布295 

12.1停留时间的基本概念与关系295 

12.1.1返混与停留时间分布295 

12.1.2流体停留时间与进口时间的关系296 

12.2停留时间分布函数及密度函数297 

12.2.1停留时间分布函数F(t)297 

12.2.2停留时间分布密度函数E(t)298 

12.2.3分布函数F(t)与密度函数E(t)的应用298 

12.2.4内部年龄密度函数I(t)及其与F(t)、E(t)的关系301 

12.2.5因次停留时间函数302 

12.3停留时间分布的测量及其数字特征303 

12.3.1脉冲示踪法 (pulse signal)303 

12.3.2阶跃示踪法 (step change)304 

12.3.3停留时间分布的数字特征305 

12.4几种典型的停留时间分布模型306 

12.4.1平推流模型 (plug flow)306 

12.4.2全混流模型 (perfect mixing)307 

12.4.3多釜串联模型308 

12.4.4轴向扩散模型310 

12.5停留时间分布曲线的应用312 

12.5.1设备内流动情况的定性推断312 

12.5.2设备内流动情况的定量分析312 

12.5.3流动模型的模型参数求取313 

习题314 

附录318 

附录A矢量与场论的基本定义和公式318 

附录B流体力学常见物理量量纲、单位换算及特征数321 

附录C流体的物性参数323 

附录D习题参考答案326 

参考文献336