介绍流体力学的基本原理及其在工程中的应用,内容包括流体力学基础、亿元流动、二元流动、流体流动的数值计算和测量技术等,为适应模块式教学的新的要求,各篇章具有相对独立性,有相互联系。各章配置了丰富的例题、练习题和习题等,方便教师教学和学生自学。
适读人群 :能源与动力工程、机械工程、建筑环境与能源应用工程、船舶与海洋工程等专业的流体力学课程教科书,也可供相关专业的工程技术人员参考
《工程流体力学》遵照高等学校最新的教学要求和现状,对这门经典课程的内容作了调整和精炼,是一本经得起检验的好教材。
“工程流体力学”是基础理论与工程应用之间的知识桥梁,出版一本读者喜欢的教科书,一直是笔者的夙愿。笔者曾经出版过《工程流体力学》,并且被许多高等学校选用。为了适应当前的人才培养模式和要求的变化,笔者在发扬原教材优点的基础上,重新动笔耕耘,经过一年多的努力写成此书。这本教材的编写特别注意了两个原则。一个原则是教材内容万变而不离其宗。“万变”,就是不断更新内容,更新思维方式;教材有了新内容、新思路,才能适应当前教育的发展形势。“宗”,就是流体力学的基本理论和基本规律。另一个原则就是教材要面向读者,要根据读者的思路以及接受能力来阐述流体力学的原理。只有如此,面向读者的教材才能百看不厌,回味无穷。这本教材力求做到系统严密、概念清晰、深入浅出、易学易懂,引导读者逐渐掌握流体力学的分析方法,引导读者在学习“工程流体力学”这门课程中获取知识,享受乐趣。本书的内容按照从易到难,从简单到复杂的原则进行编排。第1章导论,介绍流体力学的发展史和学习方法,介绍流体的一些力学性质。第2章流体静力学,研究静止压强的分布规律以及物体受到的静压力。第3章理想流体运动的基本方程,介绍流体运动的理论以及基本方程,这一章的数学推演力求简单明了,尽量降低数学难度。后面各章都属于专题。第4章不可压缩黏性流体的一元流动。第5章不可压缩理想流体的平面势流。第6章不可压缩黏性流体的平面流动,包括黏性层流精确解和边界层理论。第7章可压缩流体动力学基础。
莫乃榕,华中科技大学教授,从事工程流体力学数十年,出版多本教材并获市场好评。
第1章导论(1)
1.1流体力学的研究任务和研究方法(1)
1.2连续介质假设(3)
1.3流体的密度(3)
1.4流体的黏性(5)
1.5表面张力(7)
1.6作用在流体上的力(10)
选择题(11)
习题(12)
第2章流体静力学(14)
2.1静止流体的应力特征(14)
2.2流体静止的微分方程(15)
2.3静止液体的压强分布(16)
2.4液柱式测压计(18)
2.5静止大气的压强分布国际标准大气(20)
2.6静止液体作用在平面壁和曲面壁上的总压力(22)
2.7液体的相对静止(29)
2.8浮体的平衡(32)
选择题(35)
习题(36)
第3章理想流体运动的基本方程(42)
3.1描述流体运动的两种方法(42)
3.2流线和流管(46)
3.3连续性方程(49)
3.4理想流体运动微分方程(52)
3.5伯努利方程(53)
3.6压强沿流线法向的变化(55)
3.7总流的伯努利方程(56)
3.8伯努利方程的应用(57)
3.9非定常流动的伯努利方程(61)
3.10动量方程和动量矩方程及其应用(63)
选择题(72)
习题(74)
第4章不可压缩黏性流体的一元流动(81)
4.1黏性流体的伯努利方程(81)
4.2流体运动的两种流态(83)
4.3圆管中的层流(86)
4.4紊流的特性(89)
4.5圆管紊流(91)
4.6沿程损失因数的经验公式(95)
4.7沿程损失因数的实验研究(96)
4.8局部水头损失(100)
4.9工程应用举例(103)
4.10管流中的水击(110)
选择题(113)
习题(115)
第5章不可压缩理想流体的平面势流(119)
5.1概述(119)
5.2流体微团运动分析(119)
5.3速度环量(124)
5.4速度势函数和流函数(128)
5.5复位势(133)
5.6基本平面势流(135)
5.7几种势流的叠加(140)
5.8圆柱体绕流的复位势(145)
选择题(150)
习题(151)
第6章不可压缩黏性流体的平面流动(154)
6.1黏性流动概述(154)
6.2黏性层流精确解(154)
6.3黏性流体的运动微分方程及边界条件(160)
6.4边界层流动(164)
6.5边界层动量积分关系式(169)
6.6平板边界层的近似计算(170)
6.7边界层分离(175)
6.8绕流物体的阻力(176)
6.9自由淹没射流(180)
6.10管道入口和弯管中的边界层(183)
选择题(184)
习题(185)
第7章可压缩流体动力学基础(188)
7.1热力学基本公式(188)
7.2绝热流动的能量方程(191)
7.3微弱扰动波的传播声速(192)
7.4一元等熵流动的基本关系式(196)
7.5一元等熵气流在变截面管道中的流动(200)
7.6有摩擦和热交换的一元可压缩流动(207)
7.7膨胀波(214)
7.8正激波(218)
7.9斜激波(223)
7.10激波的反射和相交(227)
7.11拉伐尔喷管的正激波(231)
选择题(232)
习题(233)
第8章量纲分析和相似理论(236)
8.1量纲和单位(236)
8.2量纲分析法(238)
8.3流动相似原理(242)
8.4相似准则的选择(246)
选择题(247)
习题(248)
参考答案(249)
附录(257)
参考文献(262)
流体力学的研究任务和研究方法物质的存在有固体、液体和气体等三种形态。这三种物质形态因分子间距、分子间作用力大小的不同而表现出不同的力学特性。固体的分子间距很小,分子间作用力很大,固体微粒(分子、原子、离子)排列成空间点阵的形式,固体分子只能在其平衡位置作小幅的摆动。固体受到剪力作用时会产生弹性变形而达到平衡状态。液体的分子间距比较大,分子间作用力比较弱,分子无固定位置。液体分子可以在其他分子之间移动,但分子间作用力又不能允许液体分子运动到远离其他分子的空间位置。液体没有固定的形状,但有不变的体积。气体的分子间距最大,分子间作用力最小。气体分子可以在空间里自由移动,气体没有固定的形状,也没有固定的体积。液体和气体的分子都没有固定的空间位置,受到剪切力的作用时,液体和气体都不能保持静止平衡状态,而是发生连续不断的变形运动,即产生流动,直至剪切力消失为止。液体和气体合称为流体。流体力学是研究流体在外力作用下平衡和运动规律的一门学科,是力学的一个分支。流体力学研究众多的流体流动问题,每一类流动问题又形成一个流体力学的分支。研究液体(不可压缩流体)的称为水力学,研究可压缩流体(主要是气体)的称为可压缩流体力学,研究工程中常见的流体流动问题的学科称为工程流体力学。此外,流体力学还和其他学科渗透,形成一些交叉边缘学科,如生物流体力学、电磁流体力学、化学流体力学、高温气体力学等等。流体力学是在人类征服自然、改造自然的实践中产生和发展起来的。