工程流体力学(第2版)

前言

第一版 前言

第一章 流体力学的基本概念

第一节 流体的定义与连续介质假设

第二节 流体的密度与比体积

第三节 作用在流体上的力

第四节 流体的流动性

第五节 流体的黏性

第六节 流体的膨胀性和压缩性、不可压缩流体

第七节 液体的表面特性

习题

第二章 流体静力学

第一节 流体的静压强及其特征

第二节 流体的平衡微分方程

第三节 重力作用下静止流体的压强分布

第四节 压强的表示方法与测压仪表

第五节 相对平衡

第六节 静止流体作用在平板和曲面上的总压力

习题

第三章 流体动力学基础

第一节 研究流体流动的方法

第二节 流体流动的分类

第三节 流线与迹线

第四节 有效截面、流量与平均流速

第五节 连续性方程

第六节 理想流体沿流线的运动微分方程和伯努利方程

第七节 沿流线法向方向压强和速度的变化

第八节 一维稳定管流的伯努利方程

第九节 理想不可压缩流体一维管流伯努利方程应用举例

第十节 稳定管流的动量方程和动量矩方程

习题

第四章 黏性流体流动基础

第一节 不可压缩实际流体稳定管流的伯努利方程

第二节 管流能量损失的两种类型

第三节 雷诺实验、层流与湍流

第四节 圆管内不可压缩流体的稳定层流运动

第五节 湍流的基本概念

第六节 圆管内的湍流流动

第七节 管流沿程损失系数

第八节 非圆形截面管流的沿程损失

第九节 局部能量损失

第十节 节 流式流量计

第十一节 管路计算

第十二节 不可压缩流体孔口与管嘴的出流

习题

第五章 理想流体的有势流动和旋涡流动基础

第一节 多维流动的连续性方程

第二节 理想流体的欧拉运动微分方程

第三节 流体微团的运动分析

第四节 稳定无旋流场的伯努利方程

第五节 速度势和流函数

第六节 旋涡运动的基本概念与斯托克斯定理

第七节 旋涡运动特性

第八节 几种简单的平面势流

第九节 平面无旋流的叠加

第十节 平行流绕圆柱体有环流的流动

第十一节 叶栅与机翼的工作原理

习题

第六章 黏性流体的多维流动

第一节 黏性流体的运动微分方程(纳维一斯托克斯方程)

第二节 几种简单的层流运动

第三节 边界层的基本概念

第四节 层流边界层的微分方程

第五节 边界层的动量积分方程

第六节 平板层流边界层的近似计算

第七节 平板湍流边界层的近似计算

第八节 平板混合边界层的近似计算

第九节 曲面边界层分离

第十节 绕流阻力与卡门涡街

第十一节 球形颗粒的绕流阻力与沉降速度

第十二节 自由射流

习题

第七章 相似原理与量纲分析

第一节 流场力学相似的概念

第二节 动力相似准则

第三节 相似定律

第四节 量纲分析的基本原理与方法

第五节 模型实验方法

习题

第八章 气体动力学基础

第一节 气体流动的基本概念和基本方程

第二节 声速和马赫数

第三节 小扰动在运动气流中的传播

第四节 可压缩气体流动的参考状态

第五节 变截面管道内的定熵流动

第六节 喷管定熵流动计算

第七节 有摩擦和热交换的气体管流

第八节 激波与膨胀波的基本概念

第九节 正激波前后参数的变化

第十节 斜激波

习题

第九章 热气体相对于大气的静止与运动规律

第一节 物体在流体中受的浮力

第二节 热气体的静力学规律

第三节 相对于大气的热气体管流的伯努利方程

第四节 工业炉门孔的逸气与吸气

第五节 烟囱的工作原理及计算

习题

附录单位与表示方法

习题答案

参考文献

第一章流体力学的基本概念

本章主要介绍流体及流体力学的基本概念，为后续的学习打下基础。首先介绍流体的定义以及研究流体力学问题的最基本的假设连续介质假设;然后介绍流体的物理性质，如流体的密度、比体积等概念。第三节介绍作用在流体上的力:质量力和表面力;随后的第四~七节介绍流体在质量力和表面力的作用下，表现出的与固体相区别的力学性质:流体的流动性、流体的黏性、流体的可压缩性和液体的表面特性。本章的重点内容是流体的黏性及牛顿内摩擦定律。

第一节流体的定义与连续介质假设

一、流体的定义

液体与气体这些能流动的物体统称为流体。明确流体的概念与特征，可由它与固体的直观区别、力学特征及微观构成等几个方面加以说明。

流体与固体最直观的区别在于:固体有确定的形状，而流体的形状取决于与流体接触的固体边界。从力学特征而言，固体和流体可以从其切应力与变形量间关系的不同来理解。一般而言，固体在一定的切应力作用下会产生固定的变形，力不变，变形量一般也不变。固体在所受到的应力小于其屈服应力的情况下，当应力取消后，所产生的变形就会消失;只有在所受应力大于其屈服应力的情况下，固体才会产生永久的变形，或是断裂。而就流体而言，只要有切应力作用在流体上，不论切应力的大小如何，都将使流体发生连续的变形，即使流体流动。流体不能在任何微小的切应力作用下保持静止。

在微观分子结构和分子运动形式方面，物质固态、液态与气态的区别在于其分子间平均距离和微观运动形式不同。固体分子间的平均距离最小，分子间的吸引力很强，固体的分子只能在其平衡位置上振动，固体具有刚性;液体分子间的平均距离则较大，分子间的吸引力较弱，分子能较自由地运动;气体分子间的平均距离则更大，分子间的吸引力更弱，因而气体的分子能更自由地运动。这就是流体具有很大流动性的原因，而且气体的流动性远远大于液体。

在分析与处理一般工程问题时，流体力学作为一门宏观学科，一般不涉及流体的分子结构与分子运动问题，而是将流体看作是连续不断且其中没有空隙的介质，即所谓的连续介质，在此前提下，就可利用连续函数的概念来分析与解决问题。

……

本书为普通高等教育“十二五”规划教材。本书根据流体力学学科自身的规律，完整而系统地介绍流体力学的基础知识及工程应用。在内容安排上以牛顿第二定律为主线索，采用微元分析的方法构建方程，从自然界最基本的质量、能量与动量守恒出发，由一维到二维、三维，由理想流体到 粘性流体，由不可压缩流体到可压缩流体，展开全书内容。全书共九章，内容包括流体力学的基本概念、流体静力学、流体动力学基础、黏性流体流动基础、理想流体的有势流动和旋涡流动基础、黏性流体的多维流动、相似原理与量纲分析、气体动力学基础及热气体相对于大气的静止与运动规律。前八章涵盖了能源动力类学科工程流体力学课程教学的基本要求，第九章供选用。