传热学与流体力学基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:上海交通大学出版社

作者:王经

出品人:

页数:196 页

译者:

出版时间:2007年

价格:25.0

装帧:平装

isbn号码:9787873130478

丛书系列:

图书标签:

• 传热学
• 流体力学
• 工程热物理
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• 流体
• 热力学
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• 基础
• 计算流体力学

《工程流体力学核心原理与应用》 导言：理解流体运动的基石 流体，无论是气体还是液体，在自然界和工程领域中都扮演着至关重要的角色。从天气系统的宏大尺度到微小芯片内部的冷却流动，流体的行为深刻地影响着系统的效率、安全性和可靠性。本书旨在系统、深入地剖析工程流体力学的基础理论、分析方法及其在现代工业中的广泛应用。我们聚焦于建立坚实的理论框架，使读者能够准确地描述、预测和控制流体现象。 本书内容涵盖了从牛顿力学在流体中的初步应用，到描述复杂流动所需的偏微分方程组的建立与求解。我们不追求热力学或传热学的深入探讨，而是将重点完全置于流体自身的运动规律、守恒定律的数学表述，以及如何利用这些工具解决实际的工程问题。 第一部分：流体力学的数学基础与基本概念 本部分奠定了整个流体力学分析的数学和物理基础。我们将从宏观和微观两个角度审视流体，明确其物质特性与运动描述的方法。 第一章：流体物质的描述与分类 流体的定义与连续介质假设： 详细讨论为什么在大多数工程尺度上可以将流体视为连续介质，以及这种假设带来的数学便利性。探讨流体的宏观物理量，如密度 ($ ho$)、压力 ($p$) 和速度场 ($mathbf{v}$)。 流体运动学： 引入描述流体运动的两种基本观点——拉格朗日观点（跟随质点运动）和欧拉观点（固定空间点观测）。推导物质导数（实质导数）的概念，它是理解动量守恒方程的基础。 流体的本构关系（非牛顿流体的初步）： 重点讨论牛顿流体（如水和空气）的粘性行为，即剪应力与剪切速率的线性关系。简要介绍非牛顿流体的分类和其在特殊工程应用中的重要性。 第二章：流体静力学 平衡条件： 导出在静止流体中，压力梯度与重力之间的平衡关系——欧拉方程在静力学条件下的简化形式。 压力的测量与应用： 深入分析静水压力随深度的变化规律，讨论测压计、皮托管等基本测量仪器的原理。研究浮力、阿基米德原理及其在船舶和潜水器设计中的应用。 第三章：流体动力学控制方程 这是全书的核心理论构建部分。我们将严格推导描述流体运动的三大守恒定律的微分形式。 质量守恒（连续性方程）： 在欧拉坐标系下推导不可压缩和可压缩流体的连续性方程，明确质量守恒的数学表达。 动量守恒（纳维-斯托克斯方程）： 详尽推导纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程。该方程结合了牛顿第二定律、压力梯度力、粘性力与体积力。我们将分别讨论粘性项的张量形式以及方程的矢量形式。 能量守恒（热力学视角的回避）： 在本卷中，能量方程的推导将侧重于动能的变化，而不是热量传递，严格遵守本书主题的限定。我们将讨论如何在忽略粘性耗散（即理想流体）和不可压缩假设下的动量方程简化。 第二部分：简化模型与经典解法 掌握了全套 N-S 方程后，本部分着眼于如何通过合理的简化来求解实际问题，以及如何理解流体流动中的核心无量纲参数。 第四章：无量纲分析与相似性 量纲分析与 Buckingham $Pi$ 定理： 运用量纲分析方法识别和构建无量纲参数。这是进行实验设计和模型缩放的基础。 雷诺数 ($ ext{Re}$) 的物理意义： 深入探讨雷诺数在区分粘性力与惯性力主导地位中的关键作用，并以此为基础划分流动类型。 其他重要无量纲数： 介绍如福禄德数 ($ ext{Fr}$)、马赫数 ($ ext{Ma}$) 等在特定流场分析中的意义。 第五章：无粘流体分析（欧拉方程的应用） 势流理论： 引入无粘性、不可压缩流动的欧拉方程，并进一步假设流线函数 $Psi$ 或速度势 $Phi$ 存在。 达西-伯努利方程： 严格推导伯努利方程，阐明其适用条件（等熵、无粘、定常流线上的速度、压力和高度关系）。应用伯努利原理分析文丘里管和翼型上表面的压力分布趋势（在不涉及热效应的前提下）。 环量与升力： 基于库塔-茹科夫斯基定理，从理论上解释环量如何产生升力，这是空气动力学的基础。 第六章：粘性流动的基本解 本章专注于最简单的、可解析的粘性流动问题。 粘性流动的边界条件： 明确“无滑移”边界条件在固体壁面上的物理意义。 剪切流（Couette Flow）与平行平板流动： 求解在恒定速度驱动下，粘性流体在两平行平板间的稳态速度剖面（例如，皮托管中的简单层流模型）。 圆管内层流（Hagen-Poiseuille Flow）： 详尽推导泊肃叶流，计算流速分布、最大流速以及流量与压降之间的关系。这是管道系统设计的基础。 第三部分：边界层理论与流动阻力 实际工程中的流动大多是高速、高雷诺数的，粘性效应集中于固体表面的薄层——边界层。 第七章：边界层理论的建立 边界层概念的引入： 解释Prandtl如何通过假设将N-S方程分解为外部（无粘）和内部（粘性）区域的求解策略。 形状因子与壁面剪切力： 讨论边界层厚度 ($delta$) 和动量厚度 ($ heta$) 的定义。计算壁面剪切应力 ($ au_w$)，这是计算摩擦阻力的关键。 积分动量方程（沿用卡门方程）： 使用边界层动量积分方程来近似求解边界层在压力梯度下的发展，例如平板上的拖曳力计算。 第八章：流动的分离与阻力 流动分离现象： 分析压力梯度如何影响边界层内的动量传递，解释逆压梯度导致的流动分离点预测。 形状阻力与摩擦阻力： 区分因压强差（形状阻力）和因壁面摩擦（摩擦阻力）产生的总阻力。 物体绕流的阻力系数： 讨论圆柱体、翼型等典型几何体在不同雷诺数下的阻力系数 ($ ext{Cd}$) 行为，着重于尾流的形成和脱落对阻力增加的影响。 第四部分：特殊流动分析 本部分将涉及更接近实际工程，但仍基于流体力学核心原理的特定流动类型。 第九章：可压缩流动的初步——高马赫数效应 等熵流： 在忽略非保守力（如粘性和热力学效应）的情况下，讨论气体在管道内加速或减速时的基本关系（如速度与声速、压力和密度之间的关系）。 激波的几何与代数： 仅从动量守恒角度分析正激波的结构，介绍正激波前后的状态变化关系（不深入涉及熵增与热力学）。 第十章：流体力学在工程中的应用案例 管网水力设计： 结合伯努利方程、摩擦损失公式（如达西-韦斯巴赫公式）和局部阻力系数，分析复杂管网中的压力损失计算。 泵和涡轮机的初步概念： 介绍流体机械中叶轮与流体相互作用的基础，着眼于动量交换产生的力矩，不涉及复杂的能量转换效率分析。 水力控制与溢流结构： 应用流体力学原理分析堰流和泄洪道中的自由表面流，重点在于临界水深和流速的确定。 总结 本书的结构设计旨在提供一个严谨且聚焦的流体力学知识体系。通过对流体运动的数学建模和对关键物理现象的精确描述，读者将能够掌握分析和设计涉及流体运动的工程系统的核心能力。全书严格限制在流体力学的范畴内，为后续深入学习传热学、流体机械或计算流体力学（CFD）的专业课程打下无可动摇的理论基础。

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装帧设计上的细节处理尤其值得称赞。书脊的装订非常结实，即便是频繁翻阅，也不担心会出现松散的情况。内页的印刷清晰度极高，即便是最小的脚注和图例也能看得一清二楚，这对于需要对照查阅的专业书籍来说至关重要。我尤其注意到，书中对部分重要术语都做了斜体或加粗的处理，有效地引导了读者的注意力，避免了信息过载。而且，这本书的附录部分做得极其详尽，包含了一系列有用的表格和数据，这些往往是其他书籍中被一笔带过的内容，但对于工程计算而言却是至关重要的参考资料。这种对“工具性”的重视，体现了编写者对读者实际工作需求的深刻理解。

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮，封面采用了沉稳的深蓝色调，配合着烫金的字体，显得既专业又不失档次。拿在手里很有分量感，纸张的质感也很上乘，摸上去光滑细腻，即便是长时间阅读也不会感到疲劳。排版方面，作者显然下了不少功夫，图文并茂的布局使得复杂的理论不再枯燥难懂。特别是那些关键公式和概念，都用醒目的字体和清晰的图示进行了标注，查找起来非常方便。内页的留白处理也很到位，让阅读的节奏得以舒缓。这本书的侧重点似乎更偏向于工程应用层面的讲解，而不是纯粹的数学推导，这对于我这种实践导向的学习者来说，简直是福音。它不仅仅是一本教科书，更像是一本可以随时翻阅的参考手册，细节之处体现了编者对读者的尊重和体贴。

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初翻阅这套书时，我最大的感受是其内容的深度和广度远超我的预期。它仿佛是一个巨大的知识宝库，将看似分散的多个领域知识点巧妙地串联起来，形成了一个严密的逻辑体系。作者的叙述风格非常严谨，但又不失趣味性，总能在关键时刻穿插一些历史背景或者实际案例，让那些抽象的原理变得生动起来。我特别欣赏它在案例选择上的独到眼光，很多都是我在其他同类书籍中未曾见过的经典工程难题，展示了理论知识在解决实际问题时的强大威力。这种全景式的知识构建，极大地拓宽了我的思维边界，让我不再局限于单一视角的理解。读完某一章节，总有一种茅塞顿开的感觉，仿佛打通了过去困扰已久的知识盲区。

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这本书的行文风格充满了老派学者的那种沉稳和自信，每一个论断都有扎实的理论支撑，没有丝毫浮夸或牵强的痕迹。它的逻辑链条极其清晰，从最基础的假设出发，层层递进，直至复杂的系统分析，让人可以清晰地追踪作者的思考路径。对于那些基础薄弱的读者而言，可能需要慢下速度来消化，因为书中没有太多“简化”或“跳跃”的讲解，每一个步骤都力求完整呈现。这种详尽的阐述方式，虽然增加了阅读的初期难度，但一旦跟上节奏，其带来的知识积累的厚度和扎实感是无与伦比的。我感觉这本书更像是导师在身边手把手地教学，要求学生必须理解每一个细微的逻辑转折。

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阅读这本书的过程，与其说是学习，不如说是一次深入的思维探险。作者在探讨基本原理时，经常会引申出一些关于学科发展趋势的深刻见解，这使得本书的价值超越了单纯的知识传授。它不仅仅告诉你“是什么”和“怎么做”，更引导你去思考“为什么会这样”以及“未来会怎样”。书中穿插的那些富有哲理性的段落，总是能让我停下来深思，反思自己对所学知识的认知深度。整本书的语言充满了一种内敛的力量，没有激昂的辞藻，但字里行间透露出对科学的敬畏和对真理的执着追求。读完后，我感觉自己的知识结构被重新梳理和优化了，对于整个专业领域有了更宏观和更具前瞻性的认识。

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