流体力学(第3版)下册

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出版者:高等教育出版社
作者:丁祖荣
出品人:
页数:273
译者:
出版时间:2018-7-1
价格:CNY 35.60
装帧:平装
isbn号码:9787040499209
丛书系列:
图书标签:
  • 物理
  • 流体力学
  • 教材
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具体描述

经典著作重塑:流体力学前沿探索与应用(第3版)上册 简介 聚焦基础,拓展视野:全面覆盖流体力学核心理论与新兴领域 本卷《流体力学前沿探索与应用(第3版)上册》是经典教材《流体力学》系列的奠基之作,旨在为广大学子和工程师提供一个既扎实又与时俱进的流体力学知识体系。本书秉持严谨的科学态度和清晰的逻辑结构,对流体力学的基本原理进行了深入浅出的阐释,特别强调了理论与工程实际的紧密结合。 第一部分:流体力学基础与连续介质的描述 本册内容始于流体力学的基本概念和研究方法论。我们首先引入了流体运动的描述工具,包括物质点、流线、迹线、流束等,为后续的定量分析打下坚实基础。随后,重点讨论了流体的基本性质,如密度、粘度、表面张力等,并详细分析了它们在不同流态下的影响。 连续介质假设的建立: 本书用了相当篇幅来论证连续介质假设的合理性及其适用范围。我们从微观角度审视了流体分子间的相互作用,进而导出了描述宏观流体运动所必需的控制方程——雷诺输运定理(Reynolds Transport Theorem)。这是连接积分形式和微分形式控制方程的关键桥梁。读者将学习如何利用该定理,将守恒定律(如质量、动量和能量)应用于一个控制体积,从而建立起工程分析中最常用的守恒方程组。 流体静力学: 在流体运动分析之前,我们首先考察了流体静止(或匀速运动)时的平衡问题。详细推导了流体静力学基本方程,并探讨了压力在三维空间中的分布规律。本部分内容涵盖了: 1. 帕斯卡定律及其应用:理解流体内部压力的传递特性。 2. 压力的测量与仪表:介绍皮托管、压力计、膜盒式压力计等常见测量工具的工作原理及其在工程中的应用。 3. 浮力与阿基米德定律:深入分析浮力产生的机理,并结合实际案例(如船体设计)进行演示。 4. 复杂流体与非牛顿流体在静力学条件下的初步探讨(侧重于理解其与牛顿流体的本质区别)。 第二部分:理想流体运动与基本守恒律的微分形式 在理想流体(无粘性流体)的假设下,本书着重于推导并应用流体力学最核心的微分控制方程。 运动学分析: 理想流体运动的描述从速度场开始。我们详细阐述了速度场的梯度、散度、旋度等数学工具的物理意义,特别是如何用散度(衡量流体微团体积变化率)和旋度(衡量流体微团刚性旋转程度)来表征流场的性质。 欧拉方程与伯努利方程的推导: 基于牛顿第二定律和连续性方程,我们严格推导了不可压缩牛顿流体的欧拉方程。在此基础上,针对沿流线的积分形式,导出了广为人知的伯努利方程。本书对伯努利方程的适用条件(等熵流动、定常流动、无粘性流动)进行了详尽的分析和辨析,并列举了大量基于该方程解决实际问题的算例,例如管道流量测量、射流现象等。 不可压缩流体的连续性方程: 对于不可压缩流体,质量守恒简化为体积守恒,即$ abla cdot mathbf{V} = 0$。本部分强调了这一方程在二维、三维流场分析中的重要性,并将其作为后续求解复杂流场问题的基础约束条件。 第三部分:粘性流体流动与纳维-斯托克斯方程的引入 粘性是流体力学区别于理想流体理论的关键所在。本部分开始引入粘性效应,标志着流体力学分析的深化。 应力与应变率关系: 详细介绍了牛顿流体的本构关系,即剪切应力与应变率之间的线性关系,并明确了粘度在其中的作用。同时,讨论了非牛顿流体(如剪切增稠、剪切稀化流体)的初步特性。 纳维-斯托克斯方程(Navier-Stokes Equations): 这是本书在理论层面的一个重要里程碑。我们从动量守恒定律出发,结合应力张量和运动学关系,完整推导出了描述粘性流体运动的纳维-斯托克斯方程。本书对该方程的物理内涵进行了深入解读,强调了惯性力、压力梯度力、粘性力和体力在这组非线性偏微分方程中的相对作用。 雷诺数(Reynolds Number)的概念与意义: 为了理解惯性力和粘性力之间的相对重要性,我们引入了无量纲的雷诺数。通过对纳维-斯托克斯方程进行无量纲化处理,清晰展示了雷诺数在决定流态(层流或湍流)中的决定性作用。 简单的精确解: 鉴于纳维-斯托克斯方程的复杂性,本册专门选择了几种在特定条件下可被精确求解的粘性流动问题进行详细分析,包括: 1. 库埃特流(Couette Flow):平行平板间粘性流体的简单剪切流动,用于理解壁面剪切力的产生。 2. 泊肃叶流(Poiseuille Flow):圆形管道内的定常、层流,用于分析摩擦阻力和压降的关系,是输油管道设计的基础。 3. 斯托克斯流(Stokes Flow):低雷诺数下的粘性流动,例如小颗粒在流体中缓慢沉降问题。 第四部分:量纲分析与相似性原理 为了将实验研究与工程放大联系起来,本部分着重讲解了实验流体力学的基础——量纲分析和相似性原理。 π定理的应用: 系统阐述了布金汉π定理,指导读者如何从复杂的物理变量集合中提炼出具有物理意义的无量纲参数组合。通过将实际工程问题无量纲化,能够极大地简化实验设计,并促进不同尺度模型之间的外推。 相似性准则: 详细讨论了物理相似(几何相似、运动学相似、动力学相似)的必要条件,重点分析了雷诺数在相似性中的核心地位。这为风洞试验、水池模型试验等工程实践提供了坚实的理论支撑。 总结: 《流体力学前沿探索与应用(第3版)上册》为读者构建了一个坚实的理论基础,从连续介质的描述出发,深入到粘性流动的控制方程,并辅以量纲分析工具,为后续深入研究更复杂的流动现象(如湍流、可压缩流动等)做好了充分的铺垫。本书的特点在于理论的严密性、推导的完整性以及对工程背景的持续关注。

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**循序渐进,于细微处见真章的严谨态度** 读完《流体力学(第3版)下册》,我最大的感受是作者严谨细致的治学态度。这本书并非一味地追求知识的全面性,而是更加注重对核心概念的深入剖析和逻辑递进。例如,在讲解压缩性流体时,作者并没有直接给出复杂的公式,而是从能量守恒、动量守恒等基本原理出发,逐步推导出马赫数、声速等关键概念,并详细讨论了不同马赫数区域下流体行为的显著差异。这种循序渐进的讲解方式,让我能够更好地理解每一个概念的来源和意义,而不是仅仅停留在死记硬背的层面。我特别欣赏书中对流体粘性效应的讨论,从牛顿粘性定律的引入,到纳维-斯托克斯方程的推导,再到对粘性边界层理论的阐述,每一步都清晰明了,逻辑严密。即便是一些相对复杂的推导过程,作者也力求清晰易懂,并通过引入大量的图示和算例来辅助理解。这种对细节的关注,让我真正体会到了流体力学理论的精妙之处,也培养了我严谨的科学思维。我意识到,在学习流体力学时,每一个假设、每一个近似都至关重要,只有真正理解了这些细节,才能更准确地把握流体的行为。

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**初窥门径,震撼于理论的深度与广度** 翻开《流体力学(第3版)下册》,我立刻被这门学科的博大精深所震撼。原以为掌握了上册的基础知识,下册的挑战会有所缓和,但事实证明,我对流体力学的认知依旧是冰山一角。书本开篇便以一系列复杂且富有挑战性的问题引入,仿佛直接将我抛入了一个未知的湍流漩涡。那些看似简洁的数学公式背后,蕴藏着对物质运动最深层次的描述。我尤其对其中关于高阶近似和奇异摄动的章节印象深刻,作者以极其严谨的逻辑,一步步剖析那些在宏观尺度下难以察觉却对流体行为至关重要的细微之处。计算流体力学(CFD)的引入更是让我看到了理论联系实际的强大力量,虽然我目前尚未深入学习CFD的具体实现,但书中对其基本原理和应用场景的阐述,已经极大地拓宽了我的视野,让我开始思考如何利用数值方法来模拟和预测那些经典理论难以精确解答的复杂流动现象。这本书并非简单的知识堆砌,而是引导读者进行深度的思考和理解,它迫使我不断审视自己已有的知识框架,并在新的认知冲突中寻求突破。那些晦涩的证明过程,虽然一度让我感到挫败,但最终的豁然开朗,却是学习过程中最宝贵的体验。我开始意识到,流体力学并非只是描述水的流动,而是对宇宙间无数物质运动规律的揭示,从大气环流到星系的形成,都离不开它的理论支撑。这种宏大的视角,让我对接下来的学习充满了敬畏与期待。

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**挑战思维定势,颠覆对“常规”流动的认知** 《流体力学(第3版)下册》的阅读体验,是一场不断挑战我原有思维定势的旅程。书中对于一些看似“反常”的流体行为的解释,让我大开眼界。例如,关于空穴现象和气蚀的讨论,让我理解了在液体中,压力过低竟然会导致其内部形成气泡,并可能对设备造成严重的损害。这与我过去认为液体是不可压缩的直观感受大相径庭。书中对表面张力的深入剖析,以及其在毛细现象、液滴形成等过程中的作用,也颠覆了我对液体表面行为的简单认知。我开始意识到,流体的行为远比我们日常观察到的要复杂得多。更让我感到惊奇的是,书中对一些宏观现象的微观解释,例如利用统计力学来理解气体的输运性质,让我看到了不同学科之间深刻的联系。这种对“常规”流动的颠覆性认知,让我更加敬畏自然,也更加渴望去探索那些隐藏在表象之下的深刻原理。这本书不仅传授知识,更是在重塑我的认知方式,让我学会用更开放、更深刻的视角去理解世界。

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**实用至上,洞见工程应用中的精妙设计** 《流体力学(第3版)下册》给我最大的惊喜在于其极强的工程应用导向。我一直认为流体力学是一门偏向理论的学科,但在阅读下册时,我发现书中对各种实际工程问题的分析深入且透彻,让我对流体力学在现实世界中的重要性有了全新的认识。书中关于边界层理论的章节,详细阐述了粘性流体在固体表面流动时的复杂行为,以及如何通过减阻、增升等手段来优化飞机翼型、船体设计等。我尤其被书中对湍流模型选择和应用的讨论所吸引,理解不同湍流模型在不同雷诺数下的适用范围和精度,对于实际工程预测至关重要。例如,在处理高速运动的飞行器时,边界层的分离和湍流的产生是必须考虑的关键因素,而书中提供的分析方法和案例,为我提供了一个清晰的思考框架。另外,关于多相流的章节,更是让我看到了流体力学在化工、石油、冶金等行业的巨大潜力。无论是气液两相流在反应器中的混合,还是固液两相流在管道中的输送,书中都提供了扎实的理论基础和实用的计算方法。这让我深刻体会到,掌握流体力学不仅是理解自然现象,更是解决实际工程难题的强大工具。我开始设想,如果能够熟练运用书中的知识,将能够在空气动力学、水利工程、甚至生物医学工程等领域做出有价值的贡献。

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**挑战极限,在复杂问题中激发求知欲** 《流体力学(第3版)下册》无疑是一本极具挑战性的读物,它毫不回避流体力学领域中的难题,甚至将一些前沿的研究方向也巧妙地融入其中。书中对非牛顿流体的分析,以及其在日常生活和工业生产中的广泛应用,让我对“流体”这一概念有了更深的拓展。我一直认为流体就是我们熟悉的牛顿流体,但书中关于剪切变稀、剪切增稠等非牛顿流体的特性,以及它们在聚合物加工、生物流体研究等领域的应用,彻底颠覆了我原有的认知。这种对未知领域的探索,虽然带来了巨大的学习压力,但同时也极大地激发了我对流体力学的求知欲。我开始主动去查阅相关的文献,了解更多关于非牛顿流体的研究进展。此外,书中对非定常流和涡旋动力学的深入探讨,更是将我带入了另一个更为复杂和迷人的领域。涡旋的形成、演化和相互作用,是许多自然现象(如龙卷风、湍流)的关键因素,而书中对这些复杂过程的数学描述和物理机制的解析,让我深感震撼。这种对复杂问题的直面,让我看到了流体力学研究的无限可能,也让我意识到,作为一名学习者,需要不断突破自己的认知边界,勇于探索未知。

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**理论与实践的桥梁,开启解决现实难题的钥匙** 《流体力学(第3版)下册》的价值,绝不仅仅在于理论知识的传递,更在于它为我搭建了一座连接理论与实践的坚实桥梁。书中的案例分析,涵盖了从航空航天到生物医学的广泛领域,每一个案例都清晰地展示了流体力学理论如何被应用于解决现实世界中的实际问题。我尤其对书中关于生物流体动力学的章节印象深刻,对血液流动、呼吸运动等生理过程的流体力学分析,让我看到了流体力学在理解生命现象中的独特作用。这与我之前对流体力学多局限于工程应用的认知大相径庭,极大地拓展了我的思维。书中对模型建立、简化假设以及最终结果解释的完整过程,为我提供了一个学习如何将抽象理论转化为具体解决方案的宝贵范例。这不仅仅是知识的学习,更是一种解决问题方法的训练。我开始能够识别出日常生活和新闻中与流体力学相关的现象,并尝试用书中的理论去解释它们。例如,在看到新闻中关于桥梁抗风设计的讨论时,我能够联想到书中关于风荷载和结构动力学的相关内容。这种将理论应用于现实的能力,是我认为这本书最宝贵之处,它让我看到了学习流体力学的实际意义和价值。

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**启发式学习的典范,在思考中构建知识体系** 《流体力学(第3版)下册》最让我赞赏的一点,在于其卓越的启发式教学方法。这本书不是简单地罗列公式和定理,而是通过提出问题、分析现象,引导读者主动去思考和探索。书中经常出现一些引人深思的设问,迫使我去回顾已学知识,并尝试用新的视角去理解。例如,在讲解涡旋粘性时,作者并没有直接给出结果,而是通过一系列递进的问题,引导我去思考粘性是如何影响涡旋的产生和演化的。这种“带着问题去学习”的方式,让我能够更深入地理解知识的来龙去脉,并能够将零散的知识点有机地连接起来,构建起一个完整的知识体系。我发现,在阅读过程中,我不仅仅是在吸收信息,更是在主动地参与到知识的构建过程中。书中的图解和插图,也并非简单的装饰,而是起到了至关重要的辅助思考作用,它们将抽象的数学概念可视化,让我能够更直观地理解流体的运动。这种启发式的学习方式,让我在每一次阅读后都感觉有所收获,不仅仅是知识量的增加,更是思维方式的提升。

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**数学工具箱的扩充,为深入研究奠定基石** 《流体力学(第3版)下册》的阅读过程,也是我数学工具箱不断扩充和升级的过程。书中大量的数学推导和分析,让我对偏微分方程、向量微积分、张量分析等数学工具的应用有了更深刻的理解。我曾经以为上册已经涵盖了足够多的数学基础,但下册中对流体运动方程的严谨推导,以及对边界条件、初始条件的精确处理,让我意识到在流体力学领域,数学工具的重要性远超我的想象。书中对拉格朗日和欧拉描述的详细对比,以及对速度梯度张量的引入,让我看到了如何通过不同的数学框架来描述流体的运动。我特别欣赏书中关于相似性原理和无量纲化的讨论,这不仅是简化复杂问题的有效手段,更是对流体行为普适性的深刻揭示。通过这些数学工具,我能够更清晰地理解流体行为的本质,并能够预测在不同尺度和条件下流体可能出现的行为。这本书让我明白,流体力学不仅仅是一门物理学,它更是高度依赖数学工具来精确描述和分析的学科。对于我来说,这次阅读经历,无疑为我未来深入学习流体力学,甚至其他相关的科学和工程领域,打下了坚实的数学基础。

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**探索未知领域的入口,激发对前沿研究的兴趣** 《流体力学(第3版)下册》绝非一本止步于经典理论的教材,它更像是一个通往流体力学前沿研究的入口,让我得以一窥这个领域最激动人心的探索之地。书中对某些复杂现象的介绍,虽然没有深入到最前沿的细节,但已经足以激发起我对其背后研究的浓厚兴趣。例如,关于湍流的统计学描述,以及其与混沌理论的联系,都让我对这个充满随机性和不确定性的领域产生了好奇。我开始主动去查阅相关的论文和综述,了解目前在该领域的研究热点和尚未解决的问题。书中对计算流体力学的未来发展方向的展望,也让我看到了利用高性能计算来解决更复杂流体问题的巨大潜力。这本书让我认识到,流体力学并非一门已经发展成熟的学科,而是仍然充满着许多未解之谜和待探索的领域。它不仅传授了知识,更重要的是播下了对科学探索的热情种子,让我渴望能够参与到未来的研究和创新之中。

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**跨学科视野的拓展,连接物理与工程的纽带** 《流体力学(第3版)下册》如同一座桥梁,巧妙地连接了基础物理学与工程应用。我一直认为流体力学是一门相对独立的学科,但在阅读这本书的过程中,我发现它与热力学、传质学、材料科学等多个学科有着千丝万缕的联系。书中对热量传递在流体流动中的作用的讨论,让我看到了流体力学与热力学的交融。例如,在研究高温高压环境下的流体行为时,热效应是不可忽略的重要因素。同时,书中对颗粒在流体中运动的分析,也让我联想到传质学和化学工程中的相关知识。这种跨学科的视野拓展,让我能够从更宏观、更系统的角度去理解流体现象。我开始意识到,很多工程问题都不是孤立存在的,而是多个学科相互作用的结果。这本书为我提供了一个思考问题的新维度,让我能够将流体力学的知识运用到更广泛的领域,并能够与其他领域的知识进行有效的整合。

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