流体力学.上册 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:高等教育

作者:丁祖荣

出品人:

页数:208

译者:

出版时间:2003-12-1

价格:21.50元

装帧:简裝本

isbn号码:9787040118551

丛书系列:

图书标签:

• 非小说
• 教材
• 工学
• 原作语言：中文
• 流体力学
• 物理学
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• 理论基础

《流体力学.上册》 内容简介 引言 流体力学，作为一门研究流体（包括液体和气体）在静止或运动状态下行为的学科，其重要性不言而喻。从宏观的宇宙天体运动，到微观的血液在血管中流动，再到我们日常生活中无处不在的风、水和空气，流体无时无刻不在影响着世界。本书《流体力学.上册》旨在为读者系统地介绍流体力学的基本原理、分析方法和应用范畴，为进一步深入学习和研究打下坚实的基础。本书内容涵盖了流体力学中最核心、最基础的概念和理论，力求在严谨的数学推导与清晰的物理概念之间取得平衡，使读者能够透彻理解流体运动的本质。 第一章：绪论与流体基本性质 本章将首先对流体力学进行概括性的介绍，阐述其研究对象、研究方法以及在各个科学技术领域中的地位和作用。我们将探讨流体与固体、气体的区别与联系，并深入分析流体的宏观性质，如密度、比重、比容、粘性（牛顿粘性与非牛顿粘性）、表面张力、压缩性以及其热力学性质（温度、压力、内能等）。特别地，我们将详细讨论粘性对流体运动的影响，这是区分理想流体和真实流体的关键因素。通过引入运动粘度与动力粘度的概念，我们将为后续章节中粘性流动的分析做好铺垫。本章也将简要介绍流体静力学的基本概念，为理解流体在力的作用下的平衡状态打下基础。 第二章：流体静力学 本章将聚焦于流体在不受力（或者说合外力为零）的情况下，处于静止状态时的力学规律。我们将建立并深入探讨流体静压强的定义，理解压强随深度变化的规律（静压强公式 $p = p_0 + ho gh$），并推导伯努利方程在静止流体中的特殊形式。本章的核心内容之一将是压力体和作用在平面及曲面上的总压强计算方法。我们将学习如何确定作用在浸没在流体中的平面和曲面上的总压力的大小和作用点，这对于诸如水坝设计、船体结构分析等工程问题至关重要。此外，我们还将研究浮力现象，阐述阿基米德原理，并讨论浮体和沉体的平衡条件，这对船舶工程、气球设计等领域具有实际意义。 第三章：流体运动学 本章将从描述流体运动的几何特性入手，而不考虑引起运动的力。我们将引入两种主要的描述方法：拉格朗日描述法（跟踪单个流体质点的运动轨迹）和欧拉描述法（关注空间中固定点的流体速度场）。我们会详细讲解速度场、加速度场、流线、迹线和代表流场整体特性的流函数等基本概念。对于二维不可压缩流体，流函数提供了描述流场便捷的数学工具。本章还将深入研究描述流体宏观运动的几个重要概念，如流体微团的平动、转动和变形（应变率）。理解这些变形对于分析流体的内应力（粘性应力）至关重要。我们还会探讨连续性方程，这是流体运动守恒的体现，它描述了在流场中质量的守恒性，并将在后续章节中与动量方程和能量方程结合使用。 第四章：不可压缩粘性流动的基本方程 本章将是本书的理论核心之一，我们将推导并深入理解描述不可压缩粘性流动的基本方程——纳维-斯托克斯（Navier-Stokes）方程。我们将从质量守恒（连续性方程）、动量守恒（纳维-斯托克斯方程）和能量守恒（能量方程）三个基本定律出发，建立起描述流体运动的微分方程组。纳维-斯托克斯方程是流体力学的基石，它包含了惯性力、压力梯度力、粘性力以及可能的体力（如重力）等多种力的作用。在本章中，我们将详细阐述方程各部分的物理意义，并对求解方法进行初步探讨。我们还将介绍层流和湍流的概念，以及雷诺数（Reynolds number）在区分这两种流动状态中的关键作用。层流是指流体质点沿着有序的路径运动，而湍流则是高度混乱、无序的运动。 第五章：相似性原理与量纲分析 本章将介绍流体力学研究中一种强大的辅助工具——相似性原理和量纲分析。相似性原理允许我们通过研究比实际工程模型小得多的模型实验来预测真实工程的流体行为，从而节约成本并提高安全性。量纲分析则可以帮助我们识别出影响流体现象的关键无量纲参数，如雷诺数、马赫数、弗劳德数等，并以此为基础构建实验模型和解释实验结果。我们将详细介绍π定理（Buckingham Pi theorem），并学习如何运用它来简化复杂的流体问题，提取出关键的无量纲群。本章将通过具体的例子，展示如何运用量纲分析来推导公式、优化实验设计，并揭示流体运动规律的普适性。 第六章：管路流动 本章将把流体力学的基本原理应用于实际工程中最常见的场景之一——管路流动。我们将分析圆管内的稳定层流流动，并推导出著名的哈根-泊肃叶（Hagen-Poiseuille）方程，该方程精确描述了层流状态下管路中的流量与压降之间的关系。在此基础上，我们将讨论实际管路中的能量损失，包括沿程水头损失和局部水头损失。沿程水头损失是由于流体与管壁之间的粘性摩擦引起的，而局部水头损失则发生在管道的局部构件，如阀门、弯头、收缩或扩张处。本章将介绍如何利用达西-韦斯巴赫（Darcy-Weisbach）方程来计算这些水头损失，并探讨影响损失系数的各种因素，如管材的粗糙度、流体的粘性以及流动状态（层流或湍流）。我们还将简要介绍湍流边界层对流动的影响。 第七章：边界层理论 本章将深入探讨边界层理论，这是流体力学中处理粘性流动的关键理论之一。在粘性流体绕过固体表面运动时，由于粘性力的作用，紧贴壁面的流体速度为零（无滑移条件），形成一个薄层，称为边界层。边界层内的速度梯度很大，粘性力起着主导作用。我们将介绍普朗特（Prandtl）提出的边界层概念，并简要介绍如何求解边界层方程（这是纳维-斯托克斯方程在边界层区域的简化形式）。本章将区分层流边界层和湍流边界层，并探讨边界层的分离现象及其对流动影响。边界层分离可能导致阻力增加、升力减小等不利后果，是工程设计中需要特别关注的问题。我们将介绍边界层厚度、动量亏损厚度等概念，为理解流动阻力形成机理提供理论基础。 总结 《流体力学.上册》系统地介绍了流体静止和运动的基本定律，以及描述流体运动的运动学和动力学方程。通过对流体基本性质的分析，我们理解了粘性在流体行为中的重要作用。静力学部分为我们提供了处理静态流体力的工具。运动学部分为我们描绘了流体运动的几何图景。不可压缩粘性流动的基本方程，特别是纳维-斯托克斯方程，是理解复杂流体现象的数学语言。相似性原理和量纲分析则为实验研究和理论推导提供了高效的途径。而管路流动和边界层理论则是将这些基本原理应用于具体工程问题的重要章节。本书力求通过严谨的推导和清晰的阐释，帮助读者建立起对流体力学基础理论的深刻认识，为后续更高级的学习打下坚实的基础。

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作为一名刚接触专业课的研究生，我发现市面上很多教材对“守恒定律”的讲解都过于抽象，让人感觉云里雾里。但这本书在讲解动量守恒和能量守恒时，采用了“控制体”和“物质微元”两种视角进行对比分析，这种双重阐述极大地帮助我理解了欧拉形式和拉格朗日形式的联系与区别。特别是动量方程的推导部分，作者非常细致地解释了表面力和体积力在不同坐标系下的表达方式，对于张量符号的使用也进行了必要的预热和铺垫，使得即便是对张量不熟悉的读者也能逐步跟上节奏。我个人觉得，这本书在处理复杂流动的数学模型时，平衡得非常好——既没有过度简化到失去物理意义，也没有陷入纯粹数学推导的泥潭。它更像是一座知识的桥梁，连接着基础微积分和实际工程应用，让我对后续学习更复杂的湍流模型和多相流有了更清晰的路线图。

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这本书的封面设计得相当专业，那种深沉的蓝色调配合着简洁有力的字体，一下子就抓住了我的眼球。我本来就是学工程力学的，对这种基础理论类的书籍有一种天生的亲近感。翻开目录，第一章就深入浅出地介绍了流体静力学的基本概念，连微积分在其中的应用都讲得非常透彻。我记得以前看其他教材时，很多推导过程都一笔带过，让人摸不着头脑，但这本书不同，它会耐心地把每一步的物理意义都解释清楚，比如帕斯卡定律在高压容器设计中的实际意义，作者就结合了一个非常经典的泵站案例来阐述，让我立刻明白了理论是如何指导实践的。尤其是关于浮力和稳定性的那一节，图文并茂，图示非常清晰，特别是对于船体吃水线和稳心高度的计算，我感觉比我导师讲的还要直观易懂。整本书的排版也十分考究，公式和文字的间距把握得恰到好处，长时间阅读也不会感到视觉疲劳。我对这本书的专业深度和细致程度感到非常满意，它绝对是理工科学生书架上不可或缺的“镇山之宝”。

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说实话，我本来对这种传统教材抱有保留态度的，总觉得它们过于陈旧，跟不上现代科研的发展速度。然而，这本书着实给了我一个惊喜。它虽然是基础理论的阐述，但在一些关键的、容易混淆的概念上，作者展示了极高的教学智慧。比如，在讨论理想流体和真实流体时，作者没有简单地抛出纳维-斯托克斯方程，而是先从伯努利方程的适用条件和局限性入手，一步步引导我们理解粘性对流动的根本影响，这个过程简直是行云流水。我尤其欣赏它对无量纲数（如雷诺数、马赫数）的系统性梳理，不仅给出了定义和量纲分析，还配上了大量的实例说明，告诉我什么时候可以忽略粘性，什么时候必须考虑可压缩性。这对于我后来做CFD（计算流体力学）仿真的时候，选择合适的模型和边界条件，提供了坚实的理论基础。它不是死板的知识堆砌，更像一位经验丰富的工程师在手把手教你如何“看穿”流动的本质。

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我必须说，这本书的习题设计水平是顶尖的。很多教材的习题无非是套用公式的简单重复练习，但这本书的课后思考题和习题设置，明显带有出题人的独到匠心。它们不仅仅是用来检验你是否记住了公式，更多的是在引导你去探索理论的边界和潜在的物理现象。例如，有一个关于管道非均匀渗流的习题，要求结合地下水流动的边界条件进行分析，这直接就跨越到了应用水文的范畴，迫使我必须去查阅额外的资料来补充知识结构。这种“引导式学习”的体验非常棒，它激发了我主动探索的欲望，而不是被动接受知识。而且，书中对流场可视化技术（如粒子图像测速PIV）的提及和基本原理介绍，也体现了其与时俱进的特点，虽然不是重点，但足以让人了解到现代实验流体力学的发展方向。总而言之，这是一本能让你真正“动脑子”去思考流体运动规律的经典之作。

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这本书的语言风格非常严谨，但又不失亲切感，读起来有一种沉浸式的体验。我记得有一段讲述层流和湍流过渡特性的章节，作者用了好几页纸来描绘爱德华兹的经典实验，那种对流场不确定性的哲学思考，让我瞬间觉得流体力学不再只是冷冰冰的数学公式，而是一门充满了挑战和美感的科学艺术。书中对边界层理论的阐述尤其精彩，普朗特开创性的工作被梳理得井井有条，从零点开始，如何处理近壁面处的速度梯度，到如何计算摩擦阻力，每一步的逻辑推导都非常严密，让人不得不佩服作者深厚的学术功底。阅读过程中，我习惯性地会在空白处做笔记，这本书的留白设计非常人性化，既能保证阅读的流畅性，又留出了足够的空间供读者记录自己的理解和疑问。对于想深入研究空气动力学或者水利工程的人来说，这本书绝对是打地基的最佳选择，它教会你的不仅仅是计算方法，更是一种严谨的科学思维模式。

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边界层很神奇

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简单易懂，比哈工程的那版明显有条理

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