Vector Mechanics for Engineers pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:McGraw-Hill College

作者:Beer, Ferdinand P./ Johnston, E. Russell/ Eisenberg, Elliot R./ Staab, George H.

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:155.5

装帧:HRD

isbn号码:9780073209258

丛书系列:

图书标签:

• 力学
• 工程力学
• 矢量力学
• 静力学
• 动力学
• 材料力学
• 工程
• 物理
• 大学教材
• 经典教材

好的，这是一份关于一本名为《流体动力学与热力学基础》的图书的详细介绍，内容完全独立于《Vector Mechanics for Engineers》，旨在全面深入地探讨流体力学和热力学的核心概念、理论与实际应用。 --- 图书名称：《流体动力学与热力学基础：理论、模型与工程应用》 图书简介 本书旨在为工程、物理学及相关科学领域的学生和专业人士提供一套系统、深入且富有洞察力的流体力学与热力学知识体系。我们超越了对基本定律的简单罗列，致力于构建一个将宏观现象与微观机制紧密结合的理解框架，强调理论模型在解决复杂工程问题中的关键作用。全书内容组织严谨，逻辑连贯，力求在数学严谨性与工程直觉培养之间达到最佳平衡。 第一部分：流体动力学——运动与平衡的科学 本部分聚焦于流体（液体和气体）的运动规律、受力分析以及能量传递机制。我们从最基本的流体静力学出发，逐步深入到复杂的流体动力学问题。 第一章：流体基础与静力学 本章首先界定流体的概念，区分牛顿流体与非牛顿流体，并介绍描述流体特性的关键参数，如密度、比重、粘度和表面张力。随后，重点阐述流体静力学的原理。我们将详细推导压力随深度变化的规律，引入静水压力和压强测量的概念。对于不规则表面的总静水力计算，我们采用向量分析方法，分解合力及其作用点（压力中心）的确定，这为后续分析浮力、浮力矩和浮体稳定性奠定了坚实的基础。本章特别强调了帕斯卡定律在液压系统中的应用，并通过实例展示了如何利用静力学原理设计简单的液压千斤顶和闸门结构。 第二章：流体运动学——描述流动 本章关注如何描述流体粒子的运动轨迹和速度场，而不涉及产生这些运动的力。我们首先区分拉格朗日和欧拉描述方法，并详细探讨物质导数（或随体导数）的物理意义及其在分析运动中的重要性。连续性方程（质量守恒）在不同坐标系下的表述是本章的重点，我们将分析二维和三维流场，并引入流线、迹线和脉线等概念，帮助读者可视化复杂的流动结构。此外，我们对流场进行分类，包括定常/非定常、不可压缩/可压缩、层流/湍流等，并为后续的动力学分析做铺垫。 第三章：流体动力学——动量与能量方程 这是流体力学分析的核心。我们从牛顿第二定律出发，推导出适用于流体的控制体（Control Volume）动量方程，即欧拉方程。通过对动量方程的应用，我们将解决一系列典型的工程问题，如喷射力分析、泵和涡轮叶片上的力矩计算、以及管道中的能量损失。 紧接着，我们深入探讨能量方程。基于热力学第一定律，我们推导出适用于流体的能量守恒关系式，引入了流动的内能、动能和焓的概念。本章的核心内容之一是伯努利方程的推导及其严格的应用条件。我们不仅会展示标准的伯努利方程，还会引入涉及摩擦损失（如达西-韦斯巴赫公式）和热力学非保守力的修正形式，从而使分析能够应对实际工程中的能量耗散问题。 第四章：粘性流体的流动——纳维-斯托克斯方程 本章进入粘性流体分析的殿堂，详细介绍控制粘性流体运动的纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程组。我们将从张量分析的角度审视粘性应力，推导适用于不可压缩牛顿流体的N-S方程，并讨论其在笛卡尔坐标系下的完整形式。 重点内容包括：对两种经典解析解的深入探讨——一维层流（如平板上的库埃特流和泊肃叶流）和二维绕流的简化分析。我们还将引入无量纲数——雷诺数（Re）——在判断流动状态中的决定性作用，并详细讨论从层流到湍流的过渡现象。湍流的特性将通过雷诺平均方程组和湍流模型（如$k-epsilon$模型的基础概念）进行定性介绍，为高级CFD（计算流体力学）打下理论基础。 第五章：可压缩流动的基本原理 本章专门处理气体高速流动问题。我们将从热力学关系（如理想气体状态方程）出发，结合能量和动量方程，推导出等熵流动的基本关系。本章的核心是声速、马赫数以及绝热膨胀/压缩过程的分析。 我们将详细分析等熵膨胀/压缩过程中，管道内参数（压力、温度、密度）随马赫数的变化规律，特别是收敛-扩张喷管的设计原理。随后，我们将引入冲击波理论——正激波和斜激波。通过马赫数的不连续性分析，我们将推导出正激波关系式，解释激波的不可逆性和熵增，并展示激波在超音速飞行器设计中的重要性。 --- 第二部分：热力学基础——能量、熵与平衡 本部分系统地阐述热力学的基本公理、状态变量、能量转换规律及其在工程过程中的应用。 第六章：热力学基本概念与第一定律 本章是热力学的基石。我们首先严格定义系统、边界、状态、性质（内点性质与路径依赖性质）的概念。详细区分功与热，并精确定义比热容、焓等基本热力学函数。 热力学第一定律（能量守恒）将以数学形式清晰表达，并应用于各种过程分析：定容过程、定压过程、节流过程等。重点案例包括：活塞/气缸系统中的机械功计算、热机和制冷机的循环分析。我们将引入准静态过程和可逆/不可逆过程的概念，并用能量平衡方程分析稳态流动系统（如涡轮机、压缩机和热交换器），推导能量方程的工程应用形式。 第七章：热力学第二定律与熵 本章引入热力学中最深刻的概念之一——熵。我们将从卡诺循环和克劳修斯不等式出发，严格推导出热力学第二定律的数学表述。熵的定义不仅局限于 Clausius 积分形式，更深入探讨其统计力学意义（玻尔兹曼关系）。 我们将应用熵平衡方程来评估过程的不可逆性，并引入等熵过程的严格条件。本章随后讨论第二定律在能量转换效率上的限制——卡诺效率的普遍适用性。此外，还将分析混合、摩擦和传热过程对系统熵增的影响，为理解实际工程中的能量退化提供理论依据。 第八章：热力学关系式与物质性质 本章旨在建立状态变量之间的数学联系，使系统分析更为灵活。我们将利用热力学基本方程（如麦克斯韦关系式）和亥姆霍兹自由能、吉布斯自由能等辅助函数，推导压力、体积和温度之间的精密关系。 重点内容包括：利用偏微分关系式计算由温度或压力变化引起的内能、焓和熵的变化。我们将讨论实际气体行为与理想气体行为的偏差，介绍范德华方程等真实气体模型，并使用压缩因子图表（Z图）进行实际气体性质的估算。这部分内容对于高压或低温环境下的工程设计至关重要。 第九章：热力学循环分析 本章将热力学原理应用于动力和制冷循环的分析。 对于动力循环，我们将详细剖析蒸汽朗肯循环（Rankine Cycle）及其改进形式（如再热、回热），并精确计算其热效率和净功输出。对于燃气轮机循环，我们将分析布雷顿循环（Brayton Cycle），并探讨涡轮和压缩机效率对整体性能的影响。 对于制冷循环，我们将深入研究蒸汽压缩制冷循环，引入性能系数（COP）的概念，并分析不同工质的选择标准。此外，还将探讨理想和实际的斯特林循环与厄特循环，展示它们在不同应用场景下的热力学优势与劣势。 --- 本书特色与目标受众 本书的特色在于其对物理图像的强调和工程范式的贯穿。我们通过大量的、源自实际工程背景的例题和习题，帮助读者将抽象的数学模型与具体的物理现象联系起来。内容组织由简到繁，层层递进，确保读者不仅掌握“如何计算”，更能理解“为何如此”。 目标读者： 机械、航空航天、土木、化学工程专业本科生及研究生。 从事流体设备设计、能源系统优化、过程控制的工程师和研究人员。 需要系统回顾或深入理解流体力学和热力学基础的专业人士。 通过研习本书，读者将能够熟练地运用守恒定律和热力学公理，建立并求解描述复杂流体运动和能量转换过程的数学模型，从而在现代工程实践中做出准确的判断与设计。

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