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出版者:世界图书出版公司

作者:G.M.Lieberman

出品人:

页数:439

译者:

出版时间:2003-9

价格:56.00元

装帧:

isbn号码:9787506259606

丛书系列:

图书标签:

• 偏微分方程
• 抛物方程
• 二阶方程
• 数值分析
• 有限差分
• 有限元
• 热传导
• 扩散方程
• 数学物理方程
• 边界值问题

《流体力学基础理论与应用》图书简介 作者： 张文杰 教授 出版社： 科学技术文献出版社 出版年份： 2023年 --- 内容概述： 《流体力学基础理论与应用》是一部面向高等院校本科高年级学生、研究生以及工程技术人员的综合性教材与参考手册。本书旨在系统、深入地阐述流体力学领域的核心概念、基本原理、分析方法及其在现代工程实践中的广泛应用。全书内容涵盖了从宏观现象到微观机制的完整知识体系，注重理论的严谨性与工程应用的结合度。 本书共分十五章，结构清晰，逻辑严密，由浅入深，力求构建一个全面且易于理解的流体力学知识框架。 --- 第一部分：流体力学基础与连续介质概念（第一章至第三章） 第一章：流体力学的基本概念与研究对象 本章首先界定了流体（液体与气体）的物理属性，如密度、粘度、表面张力、易压缩性等，并讨论了流体力学与其他力学分支（如固体力学、热力学）的联系与区别。重点介绍了流体运动的描述方法，包括物质点描述（拉格朗日观点）和流场描述（欧拉观点），并建立了描述流场的基本物理量——速度场、加速度场、压力场和应力张量。本章强调了连续介质假设的物理意义及其适用范围。 第二章：流体静力学 本章聚焦于流体处于平衡状态下的力学规律。详细推导了静力平衡方程，即欧拉流体静力学方程，并分析了压力在流体内部和边界上的分布规律。内容包括：等压面概念、垂直压力梯度与重力场的关系、表压与绝对压力的区分。应用方面，深入讨论了浸没曲面上的总静压力、流体静力矩的计算方法，以及浮力、阿基米德原理和浮体稳定性的工程分析，为后续涉及边界层和阻力计算奠定基础。 第三章：流体运动学 本章专注于描述流体的运动形态，而不涉及作用于流体的力。系统阐述了流场的描述方法，包括流线、迹线和涡线，并引入了流场分析的关键数学工具——微分算子，如散度（div）和旋度（curl）。重点讲解了流体运动的变形分析，特别是线元素随时间的变化率，导出了流体应变率张量。通过对旋转、伸长和剪切的分解，为理解粘性流体的复杂流动特性提供了必要的运动学基础。 --- 第二部分：守恒定律与基本方程（第四章至第八章） 第四章：流体运动的基本守恒方程 本章是全书的核心理论基础。基于物质守恒定律，推导了适用于任意流体的连续性方程（质量守恒）。随后，基于牛顿第二定律，推导了动量守恒方程，即纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程的矢量形式。本章还讨论了能量守恒方程的建立，涵盖了热传导、粘性耗散和流体做功等项，为热物流动分析做准备。 第五章：不可压缩粘性流动的纳维-斯托克斯方程 本章专注于工程中最常见的一类流动——不可压缩粘性流体。在连续性方程简化为 $ abla cdot mathbf{u} = 0$ 的基础上，详细解析了 N-S 方程的物理含义，特别是粘性应力项对动量的影响。引入了雷诺数（Re）的概念，强调了惯性力和粘性力在流动物理特性中的相对重要性，为区分层流和湍流打下基础。 第六章：无粘流动的欧拉方程与伯努利原理 本章考察了理想流体（粘性为零）的流动。推导了欧拉方程，并利用势流理论分析了无旋流动。核心内容是伯努利方程的严格推导与应用，明确了等压线、流线与伯努利常数之间的关系，分析了伯努利原理在管道流动、文丘里效应和飞机翼型升力初步分析中的应用。 第七章：量纲分析与相似性原理 本章介绍了工程问题求解中的重要辅助工具——量纲分析。详细阐述了 Buckingham $pi$ 定理，指导读者如何从物理方程中提取无量纲参数群（如雷诺数、马赫数、弗劳德数等）。通过相似性原理，讲解了如何利用模型试验数据来预测原型系统的行为，这是实验流体力学和工程设计中不可或缺的环节。 第八章：边界条件与解析解的探讨 本章讨论了求解流体力学方程时必须给定的边界条件，包括固壁无滑移、自由表面条件以及入口/出口条件。系统性地介绍了若干经典的、可解析求解的粘性流动问题，包括库埃特流（Couette Flow）、泊肃叶流（Poiseuille Flow）以及圆管内层流的精确解，展示了理论分析的深度。 --- 第三部分：流动分类与工程应用（第九章至第十五章） 第九章：流动的分类：层流与湍流 本章深入探讨了流动的两种基本形态。详细分析了雷诺实验的意义，定义了临界雷诺数。湍流部分着重介绍湍流的统计特性（均值、脉动、湍流强度），并介绍了雷诺时均化（Reynolds Averaging）方法，导出了雷诺时均 N-S 方程，引入了湍流粘性概念，为后续湍流模型奠定基础。 第十章：管道内的流动与流动阻力 本章专注于工程中最常见的内部流动——管道流动。推导了达西-魏斯巴赫公式，讨论了摩擦系数与雷诺数、相对粗糙度的关系（使用 Moody 图）。分析了沿程阻力和局部阻力（如阀门、弯管），并介绍了管道网络设计中的水头损失计算方法。 第十一章：边界层理论 本章引入了普朗特（Prandtl）的边界层概念，阐释了高速流动中粘性效应局限于薄层的物理图像。重点推导并求解了普朗特-布拉修斯方程（Blasius 方程），获得了平板上无压梯度流动（零压力梯度外流）的边界层厚度和摩擦系数。讨论了分离现象的条件（压力梯度对边界层的影响）及其工程后果。 第十二章：流体力学中的相似与模型 本章扩展了第七章的相似性原理，聚焦于外流场问题的相似性。重点讨论了翼型和物体绕流中的升力系数和阻力系数，分析了马赫数（压缩性效应）、克努森数（稀薄气体效应）在不同流动条件下的重要性。 第十三章：潜在流理论与绕流 本章回到无粘流动的范畴，探讨了二维势流的分析方法。介绍了复变函数在二维势流分析中的应用，包括共形映射原理。详细分析了基本势流模型（如均匀流、源/汇、偶极子）的叠加，并利用库塔-儒可夫斯基定理初步分析了带环量流体绕流体绕流体产生的升力。 第十四章：可压缩流动基础 本章引入了流体可压缩性的重要影响，主要关注高马赫数流动。推导了等熵流动关系，详细分析了等熵膨胀和压缩过程。重点讲解了正激波和斜激波的特性，包括马赫数的突变、压力、温度和密度的不连续性，这是超音速空气动力学的基础。 第十五章：流体力学数值计算方法概述 本章作为总结和展望，简要介绍了现代工程中求解复杂流体力学问题的数值方法。概述了计算流体力学（CFD）的基本思路，包括离散化技术（有限体积法为主）、网格生成的重要性，以及求解 N-S 方程的迭代算法，为读者向更前沿的研究方向过渡提供指引。 --- 本书特色： 1. 理论深度与工程广度并重： 确保所有核心概念推导严谨，同时每章后附有丰富的工程算例和应用分析。 2. 数学工具的清晰应用： 强调微分方程和矢量微积分在描述物理现象中的核心作用，帮助读者掌握分析问题的数学语言。 3. 插图与图表丰富： 包含大量清晰的示意图、实验照片和经典工程图表（如 Moody 图、激波图），以增强视觉理解。 4. 注重物理图像的培养： 尽可能将复杂的数学表达式转化为直观的物理意义，例如通过雷诺数解释惯性与粘性的竞争。 本书是系统学习流体力学理论、掌握工程分析技巧的理想读物。

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