An Introduction to the Mechanics of Fluids pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Truesdell, C./ Rajagopal, K. R.

出品人:

页数:291

译者:

出版时间:1999-12

价格:$ 123.17

装帧:HRD

isbn号码:9780817640149

丛书系列:

图书标签:

• 流体力学
• 流体 mechanics
• 物理学
• 工程学
• 流体动力学
• 流体静力学
• 传热
• 计算流体力学
• 工程流体力学
• 流体

经典工程科学著作：流体力学基础 聚焦理论深度与实际应用的前沿探讨 本书旨在为读者提供一个全面、深入且严谨的流体力学理论框架，侧重于揭示流体运动背后的基本物理原理、数学模型及其在现代工程领域中的应用。全书结构清晰，内容组织逻辑性强，力求在严谨的数学推导与直观的物理图像之间取得完美平衡。 本书并非仅仅是基础概念的罗列，而是致力于构建一个完整的、可用于解决复杂工程问题的理论工具箱。它将引导读者从微积分和矢量分析的基础出发，逐步攀升至复杂流动的分析层面，为有志于深入研究流体动力学、热力学、空气动力学、水利工程及相关交叉学科的学生和专业人士打下坚实的基础。 第一部分：流体力学的基石——连续介质模型与基本方程 本部分是理解整个流体力学大厦的基石。我们首先确立连续介质假设的有效性和局限性，这是将宏观物理定律应用于微观流体运动的必要前提。随后，我们将详尽探讨流体静力学，包括压力的概念、静水压力分布的推导（如泊努利原理在静力学中的体现），并深入分析浮力、浮心和稳定性的经典问题。 核心章节将聚焦于流体力学基本守恒定律的微分形式。我们将从物质导数（总变率）的概念入手，严谨推导出牛顿第二定律在流体微元上的应用——动量方程（Navier-Stokes方程的前身）。此外，质量守恒定律（连续性方程）将在直角坐标系、圆柱坐标系乃至球坐标系下进行详尽的阐述，强调其在不同几何约束下的具体表达形式。能量守恒定律（热力学第一定律在流动中的体现）也将被引入，探讨流体做功、热量传递与内能变化之间的关系，为后续的绝热、等温流动分析奠定基础。 特别地，我们花费大量篇幅来区分和分析拉格朗日描述与欧拉描述两种主要的流场描述方法，并阐述它们在求解特定问题时的适用性差异。 第二部分：基础流动分析与简化模型 在掌握了基本守恒方程后，本部分开始展示如何通过恰当的简化，将复杂的偏微分方程组转化为可解的模型。 理想流体流动：我们将分析牛顿流体中粘性可以忽略的情况。在此假设下，动量方程简化为欧拉方程。我们将重点研究无旋流动，引入速度势函数 ($phi$) 和流函数 ($psi$) 的概念。对于二维不可压缩流动，复变函数理论被引入，用于处理复杂边界条件下的势流问题，如浸没的圆柱体、翼型周围的绕流（达朗贝尔悖论的探讨与批判）。 粘性流动与边界层理论：认识到粘性的不可或缺性，本部分深入探讨牛顿流体的本构关系，即应力张量与应变率张量的关系。我们引入雷诺数 (Re) 作为衡量惯性力与粘性力之比的关键无量纲参数。在分析近壁面流动时，边界层理论是核心内容。我们将详细推导普朗特边界层方程，并应用布劳修斯（Blasius）的相似解法来精确求解平板上的层流边界层发展，计算摩擦阻力和动量损失。 流场分类与流动现象：本部分还将对流场进行分类，包括层流与湍流的本质区别、可压缩与不可压缩流动的判据。我们讨论了流线、迹线和路径线的概念，以及它们在描述瞬态流动中的作用。 第三部分：专业主题与先进应用 本部分将理论知识应用于更具挑战性的工程场景，并引入现代流体力学研究中的重要概念。 管道与管路流动：这是流体力学在土木和机械工程中最直接的应用。我们将分析充分发展（Fully Developed）的层流和湍流在圆形管道中的速度剖面，推导哈根-泊肃叶（Hagen-Poiseuille）定律。对于湍流，我们利用工程经验公式（如达西-韦斯巴赫公式、摩阻因子图/Colebrook 方程）来计算沿程水头损失和局部水头损失（如阀门、弯头处的损失）。伯努利方程在管路系统中的实际应用与修正也被详尽阐述。 不可压缩流动与流体机械原理：本章探讨了流体作用于固体表面的基本力学——升力和阻力。我们将分析流体绕实体绕流时产生的升力公式，并引入库塔-茹科夫斯基（Kutta-Joukowski）定理。此外，对流体机械（如泵、涡轮）的基本工作原理进行概述，从动量交换的角度解释其能量转换效率。 流体力学中的相似性与量纲分析：强调工程实践中的重要工具——白金汉 $pi$ 定理。我们将详细展示如何利用无量纲化将复杂的物理问题简化，并利用相似性原理将实验室试验结果外推到全尺寸工程结构上，极大地降低了试验成本和复杂性。 第四部分：引言至可压缩流动——马赫数的影响 对于高速度应用（如航空航天），流体的可压缩性不容忽视。本部分对可压缩流动进行初步介绍。我们从热力学第二定律出发，引入等熵流动的基本方程，推导出马赫数在流动状态判定中的核心地位。重点分析激波现象——正激波和斜激波的形成、性质以及它们在流场中引起的不可逆变化（如熵增、总温和总压的损失）。本章为读者提供了进入高超音速流体力学领域的必要概念准备。 全书贯穿始终的特点是：每一个理论推导都紧密结合实际工程案例，并在关键步骤辅以详尽的算例分析，以帮助读者巩固抽象的数学概念。书后附录提供了必要的流体物理性质表和湍流摩擦因子图，以方便查阅和实际计算。本书致力于培养读者批判性地应用所学知识解决开放性工程问题的能力。

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