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好的，这是一份关于《流体动力学导论》的图书简介，内容详实，且不涉及《The Physics of Liquid Crystals》中的任何主题： --- 《流体动力学导论》 探索流动的本质与规律 作者： 德克·汉森 (Dr. Dirk Hansen) 译者： [此处留空，或填写一个虚构的译者名] 出版社： 经典科学出版社 页数： 约 850 页 --- 内容概要 《流体动力学导论》是一部全面且严谨的教科书，旨在为物理学、工程学以及相关领域的学生和研究人员提供坚实的流体力学理论基础。本书的焦点集中在宏观流体行为的描述、控制方程的推导、精确解的求解，以及对复杂流动现象的深入分析。它清晰地划分了可压缩与不可压缩流动、层流与湍流的界限，并系统地阐述了从经典纳维-斯托克斯方程到边界层理论的完整体系。 本书摒弃了对特定材料（如液晶）的深入探讨，而是专注于描述牛顿流体和非牛顿流体在经典力学框架下的运动规律。核心内容涵盖了流体的基本概念、运动学、守恒定律的应用，以及在不同几何构型下的实际问题求解策略。 第一部分：流体力学基础与运动学（Foundations and Kinematics） 本部分为理解后续复杂理论奠定必要的数学和物理基础。 第一章：流体的基本概念与描述方法 本书从流体力学的基本定义出发，严格区分了物质点（Material Element）和控制体积（Control Volume）的描述视角。详细讨论了拉格朗日描述和欧拉描述之间的转换关系，并引入了物质导数（Material Derivative），这是分析流体运动随时间变化的物理量变化率的关键工具。对流场中的各种场量——速度场、应变率场和涡度场——进行了详尽的定义和分析。 第二章：流场分析的数学工具 本章侧重于描述流体运动的微分几何工具。重点介绍了张量分析在流体力学中的应用，包括速度梯度张量（Velocity Gradient Tensor）的分解、应力张量（Stress Tensor）与形变率张量之间的关系。详细阐述了散度（Divergence）和旋度（Curl）在流场分析中的物理意义，特别是旋度与流体旋转运动（刚体运动与非刚体运动）的联系。 第三章：流体的连续性方程与质量守恒 本章严格推导了适用于任何物质的连续性方程。在欧拉描述下，推导了质量守恒定律的微分形式。对于不可压缩流动，方程大大简化，并探讨了在笛卡尔、柱坐标及球坐标系下的具体形式，强调了速度场无散性的物理含义。 第二部分：运动方程与守恒定律（Momentum and Energy Conservation） 这是本书的核心部分，集中于描述流体受力后的运动响应。 第四章：牛顿流体与本构关系 本章详细阐述了牛顿流体的定义，即剪切应力与剪切速率成线性关系。详细推导了粘性应力张量（Viscous Stress Tensor），并引入了粘度（Viscosity）的概念，区分了动力粘度与运动粘度。随后，本书将探讨更一般的非牛顿流体，如剪切增稠（Dilatant）和剪切稀化（Pseudoplastic）流体，讨论其广义的本构方程。 第五章：纳维-斯托克斯方程的推导与应用 本书花费大量篇幅推导了著名的纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程，该方程结合了牛顿第二定律和流体的本构关系，构成了描述粘性流动的核心控制方程组。推导过程中细致地考虑了压力梯度力、体积力（如重力）和粘性力。随后，本书将讨论在特定简化条件（如静止流体、稳态流动、完全发展的流动）下，N-S 方程如何退化为更简单的形式（如欧拉方程）。 第六章：伯努利原理与欧拉方程 本章回归到理想流体（零粘性，$mu=0$）的情况，推导并详细解释了欧拉方程。由此，严格推导了伯努利方程，探讨了其在流线上的适用条件，并分析了伯努利原理在动量守恒中的重要地位。 第七章：能量守恒与热力学关联 本章将流体力学与热力学相结合。推导了适用于流体的能量方程，该方程考虑了对流项、粘性耗散项（Viscous Dissipation）以及热传导项。讨论了等熵流动的条件，并分析了温度梯度对流场结构的影响。 第三部分：经典流动问题的解析解与边界层理论（Analytical Solutions and Boundary Layers） 本部分着重于求解那些在特定边界条件下，N-S 方程可以被解析求解的经典案例。 第八章：不可压缩粘性流的经典解析解 本章分析了几个具有里程碑意义的稳定流动问题： 1. 泊肃叶流（Poiseuille Flow）： 描述了在平行板之间或圆形管道中完全发展的层流，详细计算了速度剖面和压降。 2. 库埃特流（Couette Flow）： 分析了在两块平行平板（其中一块移动）之间剪切驱动的流动，用于理解简单的粘性剪切作用。 3. 斯托克斯流（Stokes Flow）： 研究了极低雷诺数（Stokes Flow）下的流动，如浸入流体中的小球的运动（斯托克斯拖曳力）。 第九章：动量积分法与边界层理论 本章引入了边界层理论（Boundary Layer Theory），这是分析高雷诺数流动，如翼型周围流动的基础。详细解释了雷诺数（Reynolds Number）在区分惯性力和粘性力主导地位中的作用。 使用普朗特边界层方程，本章重点讲解了动量积分法（Momentum Integral Method），通过对边界层厚度的积分形式，求解近似速度剖面，并推导了著名的卡门动量积分方程。这为分析附着流动（Attached Flow）提供了强大的近似工具。 第十章：流动分离与湍流的初步探讨 本章讨论了当流动遇到不利压力梯度时发生的流动分离（Flow Separation）现象，这是层流转捩的关键前兆。最后，本书简要概述了湍流（Turbulence）的统计学特性，引入了平均流概念，并讨论了对湍流进行建模（如雷诺时均化）的必要性，但将湍流模型的深入研究留给后续的专业课程。 --- 本书特色 严谨的数学推导： 每一步控制方程的推导都清晰明确，强调物理量背后的数学结构。 广泛的经典案例： 涵盖了所有基础流体力学课程中必须掌握的标准解析解。 理论与应用的平衡： 既深入探讨了微分方程的理论基础，又通过具体算例展示了工程应用潜力。 目标读者： 本科高年级学生、研究生，以及需要复习流体动力学基础知识的工程师和研究人员。掌握微积分、常微分方程和基础张量分析是阅读本书的前提。
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