Reactive Flows, Diffusion and Transport pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Warnatz, Jurgen 编

出品人:

页数:676

译者:

出版时间:2006-10-31

价格:USD 239.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9783540283799

丛书系列:

图书标签:

• Reactive Flows
• Diffusion
• Transport Phenomena
• Chemical Engineering
• Fluid Dynamics
• Heat Transfer
• Mass Transfer
• Computational Fluid Dynamics
• Reaction Engineering
• Transport Processes

《流体力学导论：从微观到宏观的精确描述》 作者： [此处可填入一位或多位资深流体力学或相关领域专家的名字] 出版社： [此处可填入一家知名的学术或专业出版社名称] --- 内容简介 本书《流体力学导论：从微观到宏观的精确描述》旨在为物理学、工程学、化学以及相关交叉学科的学生和研究人员提供一个全面、深入且注重物理直觉构建的流体力学基础。本书的核心目标是建立从分子尺度运动到宏观尺度现象的严谨数学框架，强调物理原理的统一性和模型构建的必要性。 本书结构清晰，逻辑严密，内容覆盖了经典流体力学的全部核心主题，并辅以现代计算和实验方法论的介绍。我们避免了仅仅罗列方程的传统做法，而是将重点放在物理图像的建立、数学模型的推导以及实际工程和自然现象中的应用上。 第一部分：基础与平衡态——连续介质的构建 本部分着重于将离散的分子运动概念提升至连续介质的描述。我们从牛顿力学和能量守恒的微积分表达形式出发，构建了描述流体静力学和平衡状态的必要工具。 第1章：介质的概念与张量分析基础 本章首先探讨了流体与固体、气体之间的本质区别，引入了连续介质假设的合理性。随后，详细回顾了笛卡尔张量在描述应力、应变和速度梯度中的应用。我们重点讲解了二阶张量的不变性、对称性以及在三维空间中的旋转变换，为后续描述粘性效应奠定数学基础。 第2章：流体静力学与浮力 本章深入讨论了流体在平衡状态下的压力分布，详细推导了欧拉方程的静力学形式。内容包括帕斯卡定律的严格证明、浸没物体的合力与力矩计算（阿基米德原理的普适性推导），以及大气层和海洋中的压力梯度平衡。此外，对浮力在稳定性分析中的作用进行了初步探讨。 第3章：流场描述与运动学 本章介绍了描述流体运动的两种基本观点：欧拉观点（空间固定观察）和拉格朗日观点（跟随流体微团观察）。通过物质导数（实质导数）的引入，明确了系统随时间变化率的物理意义。内容包括流线的定义、迹线与尘线之间的区别，速度场的涡度与应变率的分解，并为动量守恒的正式推导做好了准备。 第二部分：守恒律与无粘流——理想化的力量 在这一部分，我们将引入流体力学的核心——守恒定律，并首先研究在忽略分子间作用力（粘性）影响下的理想流体行为。 第4章：质量守恒——连续性方程 本章详细推导了质量守恒定律在连续介质中的积分形式和微分形式，即连续性方程。我们着重分析了不可压缩流体与可压缩流体在连续性方程上的简化差异，并探讨了源项和汇项在质量平衡中的物理意义。 第5章：动量守恒——欧拉方程 动量守恒定律的推导是本章的核心。我们严格地基于牛顿第二定律，导出了描述无粘流体运动的欧拉方程。本章随后转向分析这些方程的解析解：伯努利方程的严格推导及其在流场中等势线上的应用。通过对速度势和流函数的引入，我们将无粘流动问题转化为求解拉普拉斯方程，展示了势流理论的强大工具性。 第6章：能量守恒与等熵流 本章扩展了对流体的能量描述，推导了热力学第一定律在流体运动中的形式——能量方程。我们重点分析了等熵流动的条件，并深入研究了音速、马赫数的物理含义，为后续可压缩流动的分析奠定基础。 第三部分：粘性流体——现实世界的复杂性 本部分是本书的基石，探讨了粘性效应如何主导流体的真实行为，并引入了描述这些行为的关键方程。 第7章：粘性应力与牛顿流体 本章从微观分子运动的背景出发，解释了粘性的物理根源。我们严格推导了牛顿流体的本构关系，即粘性应力张量与速度梯度之间的线性关系，并定义了运动粘度与动力粘度。对非牛顿流体的初步分类和特性也将在此章进行简要介绍。 第8章：纳维-斯托克斯方程 本书最核心的方程——纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程的完整推导是本章的重中之重。我们通过将粘性应力项代入动量守恒方程，得到了描述所有牛顿流体运动的偏微分方程组。本章还探讨了N-S方程在特定简化情况下的应用，如平板上的 Couette 流动和 Poiseuille 流动，以展示粘性边界层内的速度剖面。 第9章：相似性、量纲分析与雷诺数 为了有效地处理和比较不同尺度的流动问题，本章强调了物理相似性和量纲分析的重要性。我们详细讨论了雷诺数（Reynolds Number）作为惯性力与粘性力之比的物理意义，并讲解了如何利用 Buckingham $Pi$ 定理进行无量纲化，从而指导实验设计和工程放大。 第四部分：边界层理论与流动分离 本部分聚焦于高雷诺数流动中最关键的物理现象——边界层。 第10章：边界层理论的建立 基于 Prandtl 的革命性洞察，本章详细介绍了边界层理论的假设和适用范围。我们专注于推导和求解一维的边界层方程，特别是著名的 Blasius 方程在平板上层流流动中的数值解和渐近行为。 第11章：流动分离与阻力 本章探讨了边界层失稳和分离现象的物理机制。通过分析压力梯度对边界层发展的影响，我们解释了流动分离点（Separation Point）的形成及其对物体表面压力的巨大影响。随后，我们将阻力（Drag）分解为摩擦阻力和压差阻力（形阻），并结合了相似性分析对实际飞行器和船舶的阻力特性进行了评估。 第五部分：可压缩流动的基本原理 最后一部分将目光投向了流速接近或超过音速的情况，此时密度和压力不再独立，能量与动量方程必须紧密耦合求解。 第12章：一维等熵流动与拉伐尔喷管 本章重点分析了在无激波和无热交换前提下，流速如何通过管道截面积的变化而加速或减速。我们详细推导了收缩-扩张型（拉伐尔）喷管的设计原理，精确计算了临界截面（喉部）的物理条件，并解释了超音速流动的基本特性。 第13章：激波现象与斜激波 本章引入了非等熵流动——激波。通过对正激波（Normal Shock Wave）的动量和能量分析，我们推导了正激波关系式，明确了激波对面流场发生的不可逆变化。随后，我们应用阿布拉欣姆-赫尔曼关系，对斜激波的几何结构和流场偏转进行了深入的几何分析。 --- 本书特色与目标读者 本书的撰写风格兼顾了理论的严谨性和教学的启发性。我们不仅提供了标准的数学推导，还辅以大量的物理图像插图、经典实验案例分析以及对数学近似物理意义的深入讨论。 理论深度： 覆盖从经典欧拉方程到完整的非线性纳维-斯托克斯方程的推导，为深入研究（如湍流、非牛顿流体）打下坚实基础。 问题导向： 每章末尾均包含难度递进的习题，旨在巩固读者的代数能力和物理直觉。 现代视角： 虽然本书专注于理论基础，但贯穿始终地强调了计算流体力学（CFD）中数值离散化所依赖的原始守恒律，以及实验流体力学中无量纲化的重要性。 目标读者： 本书适合作为大学高年级本科生或研究生流体力学课程的教材，特别适用于专业为航空航天、机械工程、土木工程、应用数学及物理学的学习者。对于希望系统回顾或深化流体力学知识的工程专业人士而言，本书也是一本极佳的参考资料。

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