本书从质量、动量和能量守恒定律出发，针对连续介质流体，用形象的物理概念和生活现象启发思考，而不追求抽象的数学力学推演，简明讲述流体力学的基本概念和基本理论。本书内容分为三部分：第一部分为流体性质及其静力学(第1、2章)，讲述流体基本概念、物理性质和流体静力学；第二部分为流体动力学基础(第3～6章)，讲述控制体概念及守恒定律的流体应用、流线与伯努利定理及其应用、理想流体的欧拉方程、黏性流体的纳维-斯托克斯方程、量纲分析与流动相似理论及其应用；第三部分为流体力学应用基础(第7～10章)，讲述层流与湍流管路分析、边界层与流动分离、摩阻与压阻、涡旋流动与无旋流动、水波流动。本书内容丰富，配有例题和实践题，适合自主学习。
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目录
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第一部分 流体性质及其静力学
第1章 流体的物理性质1
1.1 流体的性质1
1.1.1 流动性、黏性和压缩性1
1.1.2 流体物质分子间的作用2
1.1.3 流体与人类生活和发展4
1.2 流体的连续介质假设5
1.2.1 微观、介观和宏观流体模型5
1.2.2 流体质点与连续介质假设6
1.3 单位和量纲7
1.4 流体质点受到的力8
1.4.1 流体微元的体积力与表面力9
1.4.2 流体压强与切向应力10
1.5 流体热力学状态方程11
1.5.1 流体系统温度与内能12
1.5.2 热力学定律与熵增原理13
1.5.3 流体状态方程、压缩和热膨胀性15
1.6 流体动量、能量和质量输运定律18
1.6.1 动量输运—流体黏滞现象19
1.6.2 热量输运—流体热传导现象21
1.6.3 质量输运—流体扩散现象22
1.7 边界层、层流和湍流23
1.7.1 流动边界层23
1.7.2 层流与湍流现象24
1.8 液体表面张力25
1.8.1 表面张力的微观分析25
1.8.2 拉普拉斯公式26
1.8.3 润湿和毛细现象27
第2章 流体静力学30
2.1 流体平衡时的压强与基本方程30
2.1.1 流体平衡时的压强30
2.1.2 流体平衡的基本方程32
2.2 均质流体的静力学压强34
2.2.1 重力作用下静止流体的平衡方程34
2.2.2 绝对压强、相对压强、真空度、水头35
2.2.3 测压计原理37
2.3 均质静止液体作用在物体表面上的压强合力39
2.3.1 静止液体作用在平面壁上的压强合力39
2.3.2 静止液体作用在曲面壁上的压强合力41
2.3.3 浮力、浮心与浮体稳性42
2.4 非惯性系中的流体静力学及其应用43
2.4.1 均匀加速直线运动容器中流体的平衡方程43
2.4.2 均匀角速度旋转容器中流体的平衡方程44
2.5 大气海洋中的平衡压强变化45
2.5.1 大气的平衡与国际标准大气45
2.5.2 海水密度及平衡方程46
第二部分 流体动力学基础
第3章 控制体与积分形式流体动力学49
3.1 流体运动的拉格朗日描述法和欧拉描述法49
3.1.1 拉格朗日描述法49
3.1.2 欧拉描述法50
3.2 控制体51
3.2.1 小控制体52
3.2.2 大控制体52
3.2.3 定常流动和非定常流动53
3.2.4 一维、二维与三维流动模型53
3.3 流体运动与质量守恒54
3.3.1 一维定常流的流速变化54
3.3.2 流动通量56
3.3.3 积分形式流体连续方程58
3.4 流体受力与动量守恒60
3.4.1 流体受力分析60
3.4.2 一维定常流的受力分析61
3.4.3 二维定常流的受力分析62
3.4.4 积分形式流体动量方程64
3.5 流体黏性力与机械能损失66
3.5.1 流体黏性耗能效应67
3.5.2 积分形式的能量方程68
第4章 流线与伯努利方程70
4.1 流线与流动形态可视化70
4.1.1 流线、迹线、烟线和时间线70
4.1.2 流动可视化技术75
4.1.3 流动数据图76
4.2 定常流的伯努利方程78
4.2.1 沿着流线流体的力的平衡79
4.2.2 垂直流线流体的力的平衡81
4.3 流速变化与压强变化的关系82
4.3.1 变截面一维管流再分析82
4.3.2 流动驻点和动压强83
4.3.3 伯努利原理的简单实验84
第5章 物质导数与流体运动微分方程86
5.1 物质导数86
5.2 流体微分形式的连续方程89
5.3 流体微分形式的动量方程91
5.3.1 欧拉方程91
5.3.2 纳维-斯托克斯方程93
5.3.3 流动的固体边界条件96
5.4 从动力学方程分析流体静力学96
第6章 量纲分析与相似理论98
6.1 量纲齐次原理与应用99
6.1.1 量纲齐次原理99
6.1.2 量纲齐次性实例辨析100
6.1.3 无量纲化检测分析101
6.2 定理与流动问题的无量纲化105
6.2.1 物理规律无量纲原理——定理105
6.2.2 无量纲化参数形式不唯一106
6.2.3 无量纲化的步骤与应用108
6.3 无量纲形式流体运动方程111
6.3.1 伯努利方程的无量纲形式111
6.3.2 纳维-斯托克斯方程的无量纲形式112
6.4 模型实验相似准则113
6.4.1 几何相似114
6.4.2 运动相似114
6.4.3 动力相似114
第三部分 流体力学应用基础
第7章 管道内层流与湍流118
7.1 黏性流的三个基本现象118
7.1.1 黏性应力现象与雷诺数的意义118
7.1.2 边界层现象与充分发展的流动119
7.1.3 过渡流与湍流现象120
7.2 管内层流：泊肃叶流动121
7.2.1 平面泊肃叶流121
7.2.2 圆管内泊肃叶流123
7.3 管内过渡流和湍流125
7.3.1 管内过渡流125
7.3.2 管内湍流126
7.4 管流系统能量方程128
7.4.1 管流动能系数128
7.4.2 压头损失130
7.4.3 阀门原理133
7.4.4 水力直径133
7.4.5 能量方程与伯努利方程的关系134
第8章 边界层与流动分离135
8.1 平板层流边界层135
8.1.1 平板绕流阻力的控制体分析135
8.1.2 平板绕流速度的布拉休斯相似解137
8.1.3 边界层速度分布的抛物线假设138
8.1.4 边界层位移厚度和动量损失厚度141
8.2 平板湍流边界层143
8.3 曲面边界层与流动分离147
8.3.1 流动分离现象147
8.3.2 圆柱尾流与卡门涡街149
8.4 钝体和流线型体的阻力151
8.4.1 摩擦阻力与压阻力151
8.4.2 流线型体与钝体152
第9章 涡旋流动与无旋流动155
9.1 流体微元运动剖析155
9.1.1 流体微元的四种运动类型155
9.1.2 流场速度的亥姆霍兹分解定理158
9.2 涡量场与涡旋流动159
9.2.1 流场的涡量159
9.2.2 涡通量与速度环量162
9.3 无旋流动的速度势164
9.3.1 流场速度势函数164
9.3.2 速度势函数的性质164
9.3.3 由无旋流速求势函数165
9.4 不可压平面流动的流函数166
9.4.1 流函数的定义166
9.4.2 流函数和势函数都存在的流动168
9.5 平面势流基本解170
9.5.1 均匀流170
9.5.2 点源与点汇流动171
9.5.3 点涡流动172
9.5.4 均匀流与源汇流叠加174
9.6 圆柱绕流与升力问题175
9.6.1 圆柱绕流分析175
9.6.2 圆柱绕流叠加点涡流特性178
9.6.3 马格努斯效应179
9.6.4 机翼升力与环量分析179
第10章 水波流动182
10.1 水波的量纲分析182
10.1.1 水波问题无量纲过程183
10.1.2 黏性和表面张力影响分析184
10.1.3 深水和浅水重力波的不同184
10.2 浅水重力波185
10.2.1 浅水微幅平面重力波186
10.2.2 浅水微幅圆形重力波188
10.2.3 浅水大幅破碎波190
10.3 深水重力波191
10.3.1 水波速度势与流体压强191
10.3.2 线性重力水波色散关系193
10.3.3 线性水波流场特性分析196
10.3.4 水波能量特征199
参考文献201
京公网安备 11010102004214号