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出版者:Kluwer Academic Pub

作者:Hall, Kenneth C. (EDT)/ Kielb, Robert E. (EDT)/ Thomas, Jeffrey P. (EDT)

出品人:

页数:626

译者:

出版时间:

价格:2010.90

装帧:HRD

isbn号码:9781402042676

丛书系列:

图书标签:

• 空气动力学
• 非定常气动
• 气动声学
• 颤振
• 失速
• 涡流
• 气动噪声
• 飞行器设计
• 数值模拟
• 实验研究

《流体力学基础与工程应用》 内容概要： 本书旨在为读者构建一个坚实而全面的流体力学知识体系，涵盖了从基本原理到复杂工程应用的广泛内容。全书结构严谨，逻辑清晰，力求在理论深度与工程实践之间取得完美的平衡。本书分为六个主要部分，共十五章，旨在引导读者逐步深入地理解流体的运动规律及其在各个工程领域的具体表现。 第一部分：流体力学基础 本部分首先对流体力学的基本概念和研究范围进行了界定，重点阐述了流体的本构关系、流体的宏观和微观特性。内容包括流体的静力学平衡分析，以及流体运动学的描述方法，如拉格朗日和欧拉描述的异同。 第1章 流体特性与本构关系： 深入探讨了牛顿流体和非牛顿流体的粘性本质，介绍了流体的密度、比重、表面张力、粘度和压缩性等关键参数的物理意义及其测量方法。 第2章 流体静力学： 详细分析了静止流体中的压力分布规律，包括帕斯卡定律、静水压力的计算、浮力与阿基米德原理的应用，并介绍了测压仪器的原理和使用规范。 第二部分：流体运动方程 本部分是全书的核心理论支柱，专注于推导和阐释控制流体运动的基本偏微分方程。 第3章 流体运动学： 介绍了流场中的速度场、应变率张量和涡度，为后续的动力学分析打下基础。着重讨论了流线、迹线和涡量线的概念区分与联系。 第4章 欧拉方程与达朗贝尔悖论： 详细推导了无粘流动下的欧拉方程，并将其应用于势流理论。在此基础上，批判性地讨论了达朗贝尔悖论，并解释了其在实际应用中的局限性。 第5章 纳维-斯托克斯方程： 完整推导了牛顿流体在粘性、可压缩和非定常条件下的纳维-斯托克斯（N-S）方程，这是描述所有经典流体力学问题的基石。讨论了该方程组的复杂性及其解析解的稀有性。 第6章 守恒律的积分形式： 从控制体（Control Volume）的角度出发，推导了质量、动量和能量的守恒积分形式。重点演示了这些方程在火箭推进、喷嘴流动和挡板冲击等工程问题中的应用。 第三部分：经典流动分析 本部分将理论方程应用于简化但具有代表性的流动情况，帮助读者建立直观的物理图像。 第7章 粘性流体动力学基础： 引入了边界层理论的概念，阐述了粘性效应在近壁区域的重要性。详细分析了平板上的层流和湍流边界层，包括普朗特-布劳修斯（Prandtl-Blasius）解的物理意义。 第8章 内部流动： 聚焦于管道和通道中的流动。全面分析了圆管中的层流（Poiseuille流）和湍流（达西-韦斯巴赫摩擦因子），并讨论了沿程和局部阻力的计算方法，包括各种流体附件（如弯管、阀门）引起的局部损失。 第9章 外部流动与升阻力： 研究流体绕过物体的流动现象。重点讨论了翼型理论的基础，包括升力系数、阻力系数的定义与测量。分析了流体分离现象及其对气动性能的影响。 第四部分：可压缩流动与高超声速效应 本部分专门探讨流速接近或超过音速时的独特物理现象。 第10章 气体动力学基础： 引入马赫数、声速和等熵关系。详细分析了一维等熵流动的特性，包括管道中的收缩-膨胀（拉伐尔）喷管设计原理。 第11章 激波理论： 深入研究斜激波和正激波的形成与传播机制。利用罗伊（Rayleigh）和奥斯特里茨（Oblique Shock）关系式进行定量分析，并讨论激波与边界层的相互作用（Shock-Boundary Layer Interaction）。 第五部分：湍流与数值模拟导论 认识到绝大多数实际工程流动都是湍流，本部分提供了对湍流现象的认识和处理方法。 第12章 湍流结构与建模： 描述湍流的统计特性，包括脉动速度、雷诺应力。简要介绍雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程，并概述零方程、单方程（如 Spalart-Allmaras）和双方程（如 $k-epsilon$, $k-omega$）湍流模型的基本思想。 第13章 计算流体力学（CFD）概论： 概述了CFD的基本流程，包括网格生成、空间离散化方法（有限体积法为主）和时间积分格式。强调了网格质量和数值收敛性的重要性。 第六部分：工程应用与前沿课题 本部分将理论和数值工具应用于具体的工程领域，并展望了流体力学的未来发展方向。 第14章 旋转流与涡旋动力学： 讨论了圆柱体和旋转叶片周围的流动，重点分析了涡旋的产生、演化和能量耗散机制。这为理解涡轮机和泵的设计提供了理论基础。 第15章 传热与流体相互作用： 简要介绍了流体流动中的热量传递（对流换热）基础，包括自然对流与强制对流的判据（如雷诺数、努塞尔数）。同时，探讨了流固耦合（FSI）在结构响应分析中的初步应用。 本书的特色在于其丰富的图示和大量的工程案例分析，旨在培养读者运用流体力学原理解决实际问题的能力，使其能够理解和驾驭复杂的流体现象。

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