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价格:28.00元

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isbn号码:9787030097835

丛书系列:全美经典学习指导系列

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• 自然科学
• 数学力学热学
• 传热学
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《流体动力学：原理与应用》 内容简介 《流体动力学：原理与应用》是一部深度探讨流体运动规律及其广泛应用的力学著作。本书旨在为读者构建一个严谨而全面的流体力学知识体系，从最基础的流体静力学出发，逐步深入到复杂的流体动力学现象，并最终聚焦于这些原理在工程实践和科学研究中的实际应用。全书共分为十二章，内容详实，逻辑清晰，力求通过理论推导、算例分析和图示讲解，使读者能够透彻理解流体行为的内在机制。 第一章：流体的基本性质与连续介质假设 本章是流体力学学习的基石。我们将首先介绍流体的基本概念，包括其与固体和气体的区别，并着重阐述粘性、密度、比重、表面张力、压缩性等关键物理性质。通过引入连续介质假设，我们将理解为何可以将宏观流体视为连续均匀的物质来处理，从而为后续的理论分析奠定基础。本章还将讨论不同测量单位和量纲分析的基本概念，为工程计算做好准备。 第二章：流体静力学 本章聚焦于静止流体的力学行为。我们将详细推导流体压强随深度的变化规律，并介绍等压面和压强计的概念。浮力是本章的重要内容，我们将探讨阿基米德原理，并分析浸在流体中的物体所受的浮力大小和方向。此外，本章还将涉及液体表面形状的分析，如毛细现象，以及在实际工程中广泛应用的压强测量仪器，如U形管压强计、斜管压强计等。 第三章：流体运动的描述与速度场 本章将引入描述流体运动的数学工具。我们将区分拉格朗日描述和欧拉描述两种方法，并重点关注欧拉描述，介绍速度场、流线、迹线和路径线等概念，理解它们在刻画流体运动轨迹和分布上的作用。本章还将讲解流体运动的分类，如定常流动与非定常流动、均匀流动与非均匀流动、有旋流动与无旋流动等，并介绍流体速度场的散度和旋度，为后续的方程推导做好铺垫。 第四章：流体运动的连续性方程 连续性方程是描述流体质量守恒的基本方程。本章将基于控制体或微元体分析，推导出流体在不同坐标系下的连续性方程。我们将重点讲解定常流动和不可压缩流体的连续性方程，并分析其在质量流率计算中的应用。通过大量算例，读者将深刻理解质量守恒在分析管道流动、喷嘴流动等问题中的重要性。 第五章：流体动力学积分方程：伯努利方程 伯努利方程是流体力学中最核心和最具代表性的方程之一。本章将从能量守恒的角度出发，通过对理想不可压缩流体在稳定流动情况下的分析，详细推导出伯努利方程。我们将解释方程中各项的物理意义，包括动能、势能和压能，并探讨其适用条件和局限性。本章将通过丰富的应用实例，如文丘里管、皮托管、喷雾器等，展示伯努利方程在分析流体速度与压强关系的强大能力。 第六章：流体动力学微分方程：纳维-斯托克斯方程 本章将进一步深入流体运动的微观层面，介绍流体的动力学微分方程——纳维-斯托克斯方程。我们将从牛顿第二定律出发，推导出不可压缩粘性流体的纳维-斯托克斯方程。方程的复杂性决定了其求解的困难性，因此本章将重点讲解其在特定流动情况下的简化形式，如欧拉方程（理想流体）、斯托克斯方程（低雷诺数流动）等。尽管方程本身难以解析求解，但它构成了现代计算流体动力学（CFD）的基础。 第七章：相似性原理与量纲分析 相似性原理和量纲分析是解决复杂工程问题的重要工具。本章将介绍如何利用无量纲数来描述流体运动的相似性，并推导出一系列重要的无量纲数，如雷诺数、马赫数、傅汝德数等。通过相似性准则，我们可以将大型或复杂系统的实验结果推广到其他相似的系统，从而大大节省实验成本和时间。本章还将通过 Buckingham π 定理等方法，演示如何通过量纲分析来建立物理量之间的函数关系。 第八章：粘性流体的流动：管路流动 本章将专注于粘性流体在管道中的流动现象。我们将区分层流和湍流两种流动状态，并讨论它们各自的特点和判据（如雷诺数）。对于层流，我们将推导泊肃叶定律，精确计算圆管和非圆管中的流量和压降。对于湍流，我们将介绍平均速度剖面和摩擦阻力系数的概念，并讨论普朗特混合长度理论等一些经验模型。本章还将分析管路系统中的局部阻力，如阀门、弯头等引起的附加压降。 第九章：粘性流体的流动：边界层理论 边界层理论是处理粘性流体与固体表面相互作用的关键。本章将介绍边界层的概念，即在固体表面附近由于粘性作用形成的薄层。我们将分析层流边界层和湍流边界层的形成和发展，并讨论边界层分离的现象及其对流动的影响。本章还将介绍求解边界层方程的方法，并探讨其在航空器设计、叶轮机械等领域的应用。 第十章：外掠流体流动 本章将探讨流体绕过物体运动的情况，即外掠流动。我们将分析物体表面产生的阻力和升力，并讨论流动分离、尾迹等现象。本章将介绍不同形状物体（如平板、圆柱体、翼型）在外掠流动中的阻力系数和升力系数，并探讨它们与雷诺数的关系。此外，本章还将简要介绍高速流动下的压缩性效应，以及超音速流动中的激波现象。 第十一章：可压缩流体流动 本章将转向研究气体等可压缩流体的流动。我们将从一维稳态流动的基本方程出发，介绍马赫数、等熵流动、冒口流动等概念。本章将详细分析气体在管道中的等熵流动，并推导出口速度、静压、静温等参数的变化规律。此外，还将讨论冲击波和膨胀波等可压缩流体流动中的特殊现象，这对于航空航天和高速工程领域至关重要。 第十二章：流体力学在工程中的应用 作为全书的总结和升华，本章将汇集流体力学在各个工程领域中的典型应用。我们将选取若干具有代表性的案例，例如： 航空航天工程： 飞机翼型的升力与阻力分析，火箭发动机喷管设计，风洞实验的原理与应用。 机械工程： 泵和风机的设计与选型，管道输送系统的设计，液压和气动系统的原理。 土木工程： 桥梁、建筑物在外风荷载下的受力分析，水坝和船闸的水力设计，明渠流和管渠流的计算。 化工与生物医学工程： 反应器中的混合与传质，血液在血管中的流动，药物输送系统。 通过这些实际案例的剖析，读者将能够更直观地认识到流体力学原理的强大力量，并理解其在解决现实世界问题中的不可替代的作用。 《流体动力学：原理与应用》通过由浅入深、层层递进的结构，力求为读者提供一个扎实的流体力学理论基础，并引导他们将这些理论知识有效地应用于各种工程和科学研究问题中。本书不仅适合作为大学相关专业学生的教材，也是工程师、研究人员以及对流体运动现象感兴趣的读者的宝贵参考。

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清晰明确的经典美帝教材。

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