具体描述
流体力学基础：现象、原理与应用 本书旨在为读者提供一个全面且深入的流体力学入门体验，重点关注流体运动的基本原理、控制方程的推导与应用，以及工程实践中的经典问题求解。本书的叙述风格力求清晰严谨，通过大量的实例和图解，帮助读者建立扎实的理论基础和直观的物理图像。 第一部分：流体力学的基石与描述 本部分首先确立了流体力学的研究范围和基本假设，为后续的复杂分析奠定基础。 第一章：流体本构与流场描述 本章从物质的宏观特性入手，区分固体、液体和气体的基本行为。详细阐述了流体的连续性假设及其在工程分析中的合理性。重点介绍描述流场状态的工具： 1. 流体运动学的描述方法： 深入比较了欧拉（物质导数）和拉格朗日（跟踪个体）两种描述体系，并推导出两者之间的转换关系。 2. 流体性质的量化： 详细讨论了密度、压力、粘度（牛顿流体与非牛顿流体）、表面张力以及压缩性等关键参数的物理意义和测量方法。 3. 应力与应变关系： 构建了流体中的应力张量，并导出了描述流体内部应力与速度梯度之间关系的粘性本构方程。 第二章：流体运动的基本守恒定律 本章将流体力学置于经典物理学的框架之下，推导和应用三大基本守恒定律在流体系统中的积分形式和微分形式。 1. 质量守恒——连续性方程： 基于流体控制体积或控制面上的质量平衡，导出其在笛卡尔坐标系下的微分形式。探讨了不可压缩流体和可压缩流体连续性方程的简化形式，并讨论了流线、迹线与时间的联系。 2. 动量守恒——纳维-斯托克斯方程（N-S方程）： 这是流体力学的核心。本章将牛顿第二定律应用于流体控制体，推导出纳维-斯托克斯方程，清晰阐明了惯性力、压力梯度力、体积力（如重力）和粘性力在其中扮演的角色。对于无粘流体，则导出欧拉方程。 3. 能量守恒： 从热力学第一定律出发，建立了考虑粘性耗散和热传导效应的能量方程。本章强调了在工程问题中，何时可以采用绝热假设（等熵过程）进行简化分析。 第二部分：简化模型与经典分析 在掌握了微分方程的基础上，本部分将重点放在通过引入合理的简化假设来求解实际工程问题。 第三章：静力学与浮力 虽然是流体力学的开端，但本章的系统性至关重要。 1. 静止流体的压力分布： 证明在静止流体中，压力仅是深度的函数，推导了基本静水压力公式，并引入压力随深度变化的“压力梯度”概念。 2. 压力的测量与表示： 详细介绍各种压力计（如U形管压力计、皮托管）的工作原理，区分表压、绝对压力和真空度。 3. 浸没曲面上的合力与力矩： 讲解如何计算作用于平面和曲面上的总静水力，以及该力作用点（压力中心）的确定方法。 4. 浮力原理与阿基米德定律： 阐述浮力产生的物理机制，并应用于船只稳定性和浮力补偿问题。 第四章：无粘流动与理想流体分析 本章专注于忽略粘性影响下的流动，这在高速或低粘度流体中具有重要意义。 1. 伯努利方程的推导与应用： 基于能量守恒和欧拉方程，严格推导出沿流线的伯努利方程，并讨论其适用范围和限制条件（如等压面、非稳定流）。 2. 势流理论基础： 引入速度势函数 $phi$ 和流函数 $psi$，并探讨了无旋流动的特征。使用叠加原理分析简单的二维势流组合（如源、汇、偶极子和均匀流的叠加）。 3. 圆柱绕流的简单模型： 利用势流理论分析光滑圆柱绕流，尽管模型本身存在一定的局限性（如达朗贝尔佯谬），但它是理解复杂绕流问题的起点。 第五章：粘性流动的控制——雷诺数与边界层 本章将粘性效应引入分析框架，探讨其在真实流体中的主导作用。 1. 量纲分析与雷诺数（Re）： 详细介绍无量纲化的重要性。通过对N-S方程进行量纲化，推导出雷诺数，阐明其作为表征惯性力与粘性力之比的关键物理参数。 2. 层流与湍流的区分： 介绍流动的两种基本状态——层流（有序、可预测）和湍流（随机、高扩散性）。讨论了管道流动（如Hagen-Poiseuille流）和平板上的边界层分离现象。 3. 边界层理论的引入： 针对高雷诺数流动，采用普朗特边界层概念，将流场划分为边界层内（粘性主导）和边界层外（无粘性/势流主导）两个区域。初步介绍边界层方程的简化和求解思路。 第三部分：工程应用与特定流动分析 本部分侧重于将前述理论应用于具体的工程场景，特别是涉及内部流动和外部绕流的问题。 第六章：内部流动——管道与通道 本章聚焦于流体在约束几何形状（管道、通风道）中的流动。 1. 完全发展层流分析： 详细推导圆管内牛顿流体的Hagen-Poiseuille流的精确解，计算速度剖面、最大速度和压降。 2. 管道损失的计算： 区分主要损失（沿程摩擦损失）和局部损失（弯管、阀门、收缩段）。引入摩擦因子图（Moody图）在确定工程压力损失中的核心作用。 3. 非标准截面和非牛顿流体： 简要讨论矩形、环形管道的流动分析方法，并介绍剪切稀化或剪切增稠流体在管道中的特性。 第七章：外部绕流——阻力和升力 本章研究流体与自由物体表面的相互作用，是航空航天和土木工程的关键领域。 1. 绕流基本概念： 介绍流体绕过钝体（如球体、圆柱）和锐翼（如机翼）时的基本流动形态，包括尾流、分离点和涡流的形成。 2. 阻力与升力系数： 定义升力（L）和阻力（D）系数，并探讨其随雷诺数的变化规律，特别是圆柱绕流中“阻力危机”的现象。 3. 机翼理论基础（初步）： 介绍升力产生的基本物理机制。使用库塔-茹科夫斯基定理（Kutta-Joukowski Theorem）计算由环量产生的升力，为更深入的翼型设计提供理论工具。 第八章：可压缩流动的初步探讨 本章简要介绍当流速接近声速或超过声速时，流体行为的显著变化。 1. 声速与马赫数： 定义流体中的声速，并引入马赫数来区分亚音速、跨音速和超音速流动。 2. 等熵流动关系： 在无粘、等熵的假设下，推导静温、静压、密度与马赫数之间的关系，这是处理膨胀和压缩波的基础。 3. 正激波分析： 介绍跨越激波时（如在喷管喉部或超音速物体前方）的不可逆跳跃现象，使用雷诺-亥姆霍兹关系式分析正激波两侧的参数变化，强调熵增原理在此类流动中的重要性。 全书通过对上述八个核心章节的深入讲解，构建了一个从基本概念到复杂应用的逻辑链条，确保读者不仅能“解题”，更能理解支配这些现象的根本物理定律。
作者简介
目录信息
读后感
评分
评分
评分
评分
评分
用户评价
评分
评分
评分
评分
评分
相关图书
本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息，本站不存储任何数据与内容，任何内容与数据均与本站无关，如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度，google,bing,sogou 等
© 2026 book.quotespace.org All Rights Reserved. 小美书屋 版权所有