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出版者:World Scientific Pub Co Inc

作者:Tsutomu Kambe

出品人:

页数:404

译者:

出版时间:2007-1

价格:383.00元

装帧:Pap

isbn号码:9789812565976

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好的，这是一本名为《流体力学基础》（Elementary Fluid Mechanics）的图书的简介，内容聚焦于该学科的经典主题和应用，力求详尽、专业，同时避免提及您给出的特定书名。 --- 《流体力学基础》图书简介 导言：流体世界的探索与理解 流体力学，作为连接经典力学、热力学与连续介质力学的核心桥梁，是理解自然界诸多现象和现代工程技术基石的学科。从地球大气环流到血液在血管中的流动，从风力涡轮机的设计到管道中的液体输送，流体现象无处不在。本书《流体力学基础》旨在为初学者和希望系统回顾核心概念的工程师与科学家提供一个全面、严谨且易于理解的入门指南。我们力求在保持理论深度的同时，注重工程实践中的直观感受和问题解决能力。 第一部分：流体的本质与静力学 本书的开篇从流体的基本定义入手，清晰区分了固体、液体和气体的基本特性。我们首先探讨了流体的基本概念，包括密度、比重、粘度（牛顿流体与非牛顿流体）、表面张力以及气体的一般性质（如理想气体模型）。 流体静力学：平衡状态下的力量分析 在流体静力学部分，我们将深入研究流体在静止状态下的力学平衡。关键概念包括： 1. 压力定义与测量： 详细阐述静水压力（Hydrostatic Pressure）的产生机理，即压强随深度的线性变化关系。我们对绝对压力、表压和真空度的概念进行了严格界定，并介绍了各种压力测量仪器，如U形管压强计、皮托管以及波登管压力表的工作原理和应用。 2. 流体静力学基本方程： 推导出并应用欧拉方程（Euler’s Equation for fluid statics），这是分析静止流体压强分布的基石。 3. 作用于表面的合力： 深入分析作用于平面和曲面上的静水总压力和合力作用点（压力中心）的计算方法。这对于设计水坝、船体结构和储罐至关重要。 4. 浮力与阿基米德原理： 详细阐述浮力定律，并结合实际案例（如船只的稳定性和浮沉分析）来巩固理解。 第二部分：流动的描述与基本方程 本部分将视角从静止状态转向运动状态，引入描述流体运动所需的数学工具和基本守恒定律。 流动的描述体系 我们首先辨析了两种描述流体运动的基本观点：物质导数法（Lagrangian Description）和场观点法（Eulerian Description）。通过对控制体（Control Volume）和流线（Streamline）、迹线（Pathline）、时间线（Streakline）的系统介绍，建立起对流场概念的宏观和微观认知。 流体运动学基础 流体的运动学分析关注速度场的特性，包括速度场分解为平移、旋转（涡度，Vorticity）和变形（应变率，Rate of Strain）三个部分。重点讲解了不可压缩流体和无旋流（Irrotational Flow）的特性。 守恒定律的建立 这是本书的核心理论部分，我们将基于物理学的基本守恒定律，建立流体力学的控制方程组： 1. 质量守恒（连续性方程）： 分别推导积分形式（针对控制体）和微分形式（针对流点），并强调在稳态、不可压缩条件下的简化形式。 2. 动量守恒（牛顿第二定律的流体形式）： 严格推导雷诺输运定理（Reynolds Transport Theorem），并将其应用于控制体分析，推导出流体动量方程（Navier-Stokes方程的积分形式）。此方程是分析火箭推力、水轮机性能、管道中压力损失的关键工具。 3. 能量守恒（热力学第一定律的流体形式）： 建立适用于流体的能量方程，考虑了机械能和内能的转换，为涉及热传递和流体做功的问题打下基础。 第三部分：粘性流体与经典分析方法 在掌握了基本守恒律之后，我们将引入粘性的概念，这是理解实际流动复杂性的关键。 粘性流动的基本方程 详细推导Navier-Stokes方程（纳维-斯托克斯方程），这是描述牛顿粘性流体运动的完整偏微分方程组。我们解释了方程中惯性力、压力梯度力和粘性力的相对重要性。 流态分析：雷诺数的作用 引入雷诺数（Reynolds Number, Re）作为无量纲参数，解释其在区分粘性效应和惯性效应中的决定性作用。 1. 层流（Laminar Flow）： 深入分析层流，包括著名的泊肃叶流（Poiseuille Flow）——在圆管中稳定发展的层流，以及库埃特流（Couette Flow）——在平行平板间流动的层流。这些解析解是理解剪切应力和粘性耗散的完美案例。 2. 湍流（Turbulent Flow）： 概述湍流的复杂性、统计学特性，以及湍流边界层、平均速度分布的经验模型，如幂律和对数律。 边界层理论的引入 对于高雷诺数流动，边界层理论是简化复杂Navier-Stokes方程的有效手段。我们将探讨边界层的形成、发展，以及普朗特（Prandtl）在边界层分离问题上的贡献。 第四部分：流体测量与工程应用 本书的最后部分侧重于流体流动中的能量转换和实际测量技术。 流体中的能量和功：伯努利方程的严格推导 在特定的理想情况下（无摩擦、稳态、不可压缩、无外界做功），从动量方程出发严格推导伯努利方程（Bernoulli’s Equation）。我们将讨论该方程在不同截面上的适用性，并介绍其在管道流量测量（如文丘里管）和动压/静压关系分析中的应用。 流体阻力和能量损失 实际管道流动中不可避免地存在能量损失： 1. 主要损失（摩擦损失）： 基于达西-韦斯巴赫公式（Darcy-Weisbach Equation）计算管道内壁摩擦引起的能量损失，并利用Moody 图来确定摩擦系数。 2. 局部损失（次要损失）： 分析阀门、弯管、突然收缩或扩张等局部构件引起的能量耗散。 流体机械简介 最后，本书将所学的理论知识应用于流体机械领域，简要介绍： 1. 动力式机械（如泵和风机）： 讨论叶轮设计、比转速概念及其与伯努利原理的关联。 2. 冲动式机械（如水轮机）： 基于动量方程分析射流冲击和能量传递。 总结 《流体力学基础》通过严谨的数学推导、丰富的物理图像和贴近工程实际的算例，旨在为读者构建一个坚实的流体力学知识框架。掌握本书内容，读者将具备分析和解决复杂流体流动问题的必备能力，为进一步深入研究计算流体力学（CFD）或专业流体机械设计打下坚实的基础。

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关于书中涉及的数值方法和计算流体力学（CFD）的初步介绍，我个人觉得非常有前瞻性。尽管这本书的重点在于理论推导和基本原理，但作者并没有完全忽视现代工程中日益重要的数值计算方法。书中对有限差分法、有限体积法等基本思想的引入，虽然篇幅不长，但为我打开了另一扇窗户，让我了解到如何利用计算机来解决复杂的流体问题。这对于我这种对计算科学有一定兴趣的读者来说，是一个非常大的亮点。我尤其对书中关于网格划分和离散化误差的讨论印象深刻，它让我初步认识到数值模拟的复杂性和挑战性，也让我对CFD技术产生了浓厚的兴趣。

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这本书最让我印象深刻的是其丰富的应用案例。作者并非只停留在理论层面，而是紧密结合了各种实际工程问题来阐述流体力学原理。从飞机机翼上的升力产生，到管道中的流体输送，再到水坝的结构设计，书中都给出了详尽的分析。这些案例让我看到了流体力学在现实世界中的强大应用价值，也激发了我进一步学习的兴趣。例如，在讲解伯努利方程时，作者不仅给出了理论推导，还联系了喷雾器、文丘里管等常见设备的原理，让我能够更直观地理解这个重要方程的意义。我也曾尝试着利用书中的方法去分析一些生活中的小问题，比如观察浴缸排水时的漩涡形成，或是感受风吹过不同形状物体时的阻力差异，这些都让我对流体力学有了更深刻的体会。

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这本书的名字是《Elementary Fluid Mechanics》，一本我最近刚读完的关于流体力学的入门教材。我必须说，这本书在许多方面都让我耳目一新，同时也带来了不少挑战。首先，它的结构安排非常清晰，从最基础的概念入手，比如流体的定义、性质（密度、粘度、表面张力等），然后逐步深入到更复杂的概念，如流体静力学、流体动力学，最终触及了一些更高级的主题，如边界层理论和可压缩流体。对于我这样想要系统学习流体力学但又没有深厚数学背景的读者来说，这种循序渐进的方式显得尤为珍贵。作者在讲解基本原理时，并没有一味地堆砌公式，而是通过大量的图示和形象的比喻来帮助理解。例如，在解释粘性对流体流动的影响时，书中绘制了清晰的层流和湍流示意图，并用日常生活中水流和蜂蜜流动的差异来类比，这种方式极大地降低了抽象概念的理解门槛。

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书中对于数学符号和物理量定义的严谨性，也值得称赞。作者在引入每一个新的符号和物理量时，都会给出清晰的定义和单位，并确保在后续的推导中保持一致性。这对于建立准确的物理概念至关重要。我过去在学习其他工程类书籍时，经常会遇到符号定义不清或者前后矛盾的问题，但在这本《Elementary Fluid Mechanics》中，这种情况几乎没有出现。这种严谨的态度，不仅体现在数学符号上，也体现在物理概念的阐述上，让我能够信赖书中提供的信息，并在此基础上进行学习和思考。

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坦白说，对于一些非常复杂的流体力学现象，比如湍流的统计学描述，这本书的讲解深度可能相对有限。虽然它成功地介绍了湍流的概念、特征和一些基本的统计量，但要深入理解湍流的内在机制，特别是如何进行精确的建模和预测，仍然需要参考更专业的书籍。本书更侧重于建立读者对流体力学基本概念的认知和理解，而对于一些前沿和极具挑战性的研究领域，则主要起到了一个引路人的作用。不过，考虑到它是一本“入门”教材，这样的深度是完全可以理解和接受的。它为我打下了坚实的基础，让我知道未来可以往哪个方向深入探索。

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然而，尽管它声称是“入门”教材，但书中涉及的数学推导和分析依然需要读者投入相当大的精力。特别是涉及到微积分和微分方程的部分，作者并没有过多地简化，而是忠实地呈现了推导过程。这对于我来说，既是优点也是挑战。优点在于，它能够让我理解公式是如何得来的，而不仅仅是记忆和应用。但缺点也显而易见，那就是学习曲线相对陡峭。我经常需要花费数个小时去理解一个推导过程，反复演算，甚至查阅其他资料来补充相关的数学知识。书中提供的例题虽然很有代表性，但解决过程有时也会比较冗长，需要读者具备一定的耐心和细致。我特别喜欢书中关于量纲分析和相似性原理的章节，它让我意识到如何在不进行复杂计算的情况下，通过相似性来预测实际工程问题，这一点在工程实践中具有极其重要的意义。

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总的来说，《Elementary Fluid Mechanics》是一本非常值得推荐的流体力学入门教材。它以清晰的结构、丰富的案例、严谨的推导和精美的插图，为读者提供了一个全面而深入的学习体验。尽管在某些细节上可能存在一些稍显不足之处，但这并不能掩盖其作为一本优秀教材的光芒。这本书不仅让我掌握了流体力学的基本原理和分析方法，更重要的是，它点燃了我对这个领域持续学习的热情。我相信，这本书将成为我未来深入研究流体力学领域的坚实基石。

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我必须承认，这本书在某些部分的组织结构上，偶尔会让我感到有些跳跃。虽然整体逻辑清晰，但有时候，某个重要概念的引入可能会在前面章节的某个不经意的角落被提及，然后在后面的章节才进行详细的阐述。这使得我在初次阅读时，可能会错过一些关键信息，或者对某些概念的理解不够全面。例如，在讲解动量方程时，突然出现了一个此前未详细解释过的“科氏力”的影子，而科氏力的完整讨论则被推迟到了后续章节。这迫使我不得不经常回溯，或者在阅读时做大量的笔记，标记出需要重点关注的地方。但换个角度看，这种“先埋下伏笔，再详述解释”的方式，也可能是一种作者为了引导读者主动探索和思考的设计。

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在练习题方面，这本书提供了不同难度和类型的习题，这对于巩固课堂知识非常有效。从简单的概念性问题到需要复杂计算的应用题，应有尽有。我经常在阅读完某个章节后，就立刻着手做相关的习题，这帮助我检验自己对知识的掌握程度，并及时发现理解上的误区。有些习题的设计非常有启发性，能够让我从不同的角度去思考同一个问题。当然，也有一些习题的难度相当大，需要反复钻研才能得出答案，但这正是学习过程中的宝贵财富。我喜欢书中提供的一些“挑战性”习题，它们总能激发出我深入探索的欲望。

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在排版和插图方面，《Elementary Fluid Mechanics》做得相当出色。书籍的印刷质量很高，纸张手感也很好，阅读体验令人愉悦。书中大量的图示、表格和照片，都具有很高的信息量和清晰度。这些视觉元素极大地帮助我理解抽象的流体行为，比如流场的可视化、涡结构的展示等。有些插图甚至非常精美，就像艺术品一样，让我赏心悦目。我经常会在阅读文字描述时，对照着图表仔细琢磨，很多时候，一张图胜过千言万语。特别是那些展示实际工程装置的插图，让我能够更直观地感受到流体力学在工程设计中的应用。

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