普朗特流体力学基础

普朗特流体力学基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:科学出版社
作者:H.欧特尔
出品人:
页数:634
译者:朱自强
出版时间:2015-2-1
价格:89.00元
装帧:平装
isbn号码:9787030220912
丛书系列:
图书标签:
  • 流体力学
  • 物理
  • 力学
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具体描述

《普朗特流体力学基础》为第十一版的中译本。欧特尔等保留了普朗特名著第一版的内容作为《普朗特流体力学基础》前六章的主要内容,第七至第十四章则介绍了当代流体力学发展的不同分支;并将书名由《流体力学概论》改为《普朗特流体力学基础》。德国科学家普朗特于1942年出版了其名著《流体力学概论》。随后,其学生奥斯瓦提奇等增补修订出版了该书的第六至第九版。德国流体力学教授欧特尔等又进一步增补、修订,出版了第十版和第十一版。与一般流体力学论著强调数学理论不同,普朗特的名著(《普朗特流体力学基础》前四章)尽可能地避免复杂的数学分析,着重物理直观,旨在阐明流体力学的基本概念及问题的力学本质,培养读者的独立思考能力。欧特尔等撰写的后十章也体现了普朗特的风格和意图。后十章中有些内容可在普朗特的原著中以某种形式看到,但绝大部分是最近六十年来流体力学不同分支最新发展的总结。

现代工程设计的基石:流体控制与动力的奥秘 在瞬息万变的现代科技浪潮中,对物质运动规律的深刻理解是推动工程创新、突破技术瓶颈的关键。而流体,作为宇宙中最普遍存在的物质形态,其行为的复杂性与重要性,在诸多工程领域扮演着核心角色。从航空航天的极致追求,到微观世界的精密操控,再到日常生活的点滴便利,流体的流动、压力、能量转化无处不在,深刻影响着我们设计的每一个细节。 本书并非直接为您呈现“普朗特流体力学基础”这一特定学科名称下的详尽公式与定理推演,而是将目光投向流体力学所揭示的那些广泛应用于现代工程设计的根本性原理与实践。我们旨在带领读者深入探索流体行为背后隐藏的通用法则,理解这些法则如何指导工程师们解决从宏观到微观、从静态到动态的各种复杂问题,并最终如何塑造我们赖以生存和发展的工程世界。 一、流体世界的通用语言:运动与守恒 任何对流体行为的理解,都离不开其基本运动状态的描绘。我们将从最基础的流体描述出发,为您解析流体微观粒子的集体运动如何构成宏观的流动现象。这意味着我们将触及流体在不同尺度下的运动模式,例如层流的平滑有序与湍流的混沌复杂,以及这些运动模式是如何通过能量的传递和动量的交换来维持和演变的。 更重要的是,流体行为并非无迹可循,它严格遵循着物理学的基本定律。本书将重点阐述“质量守恒”与“动量守恒”在流体系统中的具体体现。质量守恒,即在封闭系统中,流体不会凭空产生或消失,它指导着我们理解管道中的流量分配、管道截面积变化对流速的影响,以及在各种化学反应和物质传输过程中,物料的去向与去处。这直接关系到能源效率、资源利用以及污染物扩散的预测与控制。 而动量守恒,则更为深刻地揭示了力与运动的关系。流体在流动过程中,受到各种力的作用,例如压力梯度、粘性力、重力等,这些力的合力最终决定了流体的加速度,即流体动量的变化率。对动量守恒原理的掌握,是理解和设计各种推进系统(如火箭发动机、船舶螺旋桨)、控制系统(如飞机舵面、阀门)以及减震缓冲装置的关键。我们将深入探讨动量在不同边界条件下的传递,以及如何通过对力的精准计算来设计出高效、稳定的流体装置。 二、压力、能量与相互转化:驱动工程变革的引擎 压力,是流体静止或运动时施加于单位面积的力,它是流体力学中最核心的概念之一。理解压力的产生机制,以及它在流体内部的传递方式,是解决无数工程问题的基础。我们将从静流体压力入手,探讨其与深度的关系,以及浮力的原理,这直接关系到船舶设计、潜水器制造以及水坝的稳定性计算。 随后,我们将目光转向流体动力的世界。流体在运动时,其能量以多种形式存在,包括动能、势能和内能。而“能量守恒”定律,在流体系统中的应用,通常以伯努利方程为代表,为我们提供了一个强大的分析工具。它揭示了在理想条件下,流体在流动过程中的总能量(包含压力能、动能和势能)保持不变。这意味着,当流体速度增加时,其压力会减小,反之亦然。这一原理广泛应用于飞机机翼的升力产生(翼型设计)、文丘里管流量计的设计、以及喷雾器和真空泵的工作原理。 然而,现实世界的流体并非总是理想的。粘性力的存在,以及摩擦、涡流等能量耗散现象,使得能量的转化更为复杂。本书将深入剖析这些非理想因素,解析它们对流体行为的影响,并介绍如何通过优化设计来最小化能量损失,提高系统效率。例如,在管道输送系统中,管道内壁的光洁度、弯头的曲率等都会影响到流动阻力,进而影响输送的能耗。在泵和风机的设计中,对这些耗散效应的精细控制,是提升其性能的关键。 三、边界层的智慧:从光滑到粗糙的界面哲学 当流体与固体表面接触时,会发生一种至关重要的现象——边界层。边界层是指紧贴固体表面的流体区域,其流速受到表面粘性的显著影响,并从零逐渐过渡到主体流的流速。这一薄薄的边界层,却蕴含着巨大的工程智慧。 我们将详细阐述边界层的形成、发展以及其对物体表面压强分布和摩擦阻力的影响。对于航空器而言,机翼表面的边界层特性直接决定了升力和阻力的大小;对于船舶而言,船体表面的边界层则影响着航行的阻力。通过对边界层流动进行精确的模拟和控制,工程师们能够显著优化飞行器的气动性能,降低船舶的能耗。 同时,我们将探讨边界层分离现象,即当流体因压力梯度增大而无法继续沿着表面流动时,边界层会脱离表面,形成涡流区域,从而导致阻力急剧增加,甚至可能引发结构振动。理解边界层分离的机制,并寻求抑制或延迟分离的方法,是提高流体动力效率、保障结构安全的关键。例如,在汽车设计中,优化车身曲线以避免空气动力学上的分离,可以显著降低风阻,提高燃油经济性。 四、多相流的复杂世界:液体、气体与固体的交响曲 现实世界中的流体现象,往往并非单一相态的简单流动,而是多种相态(如液体、气体、固体颗粒)混合在一起的复杂过程,我们称之为“多相流”。多相流的模拟与控制,是当前流体力学研究中最具挑战性,也是应用最广泛的领域之一。 本书将为您揭示多相流的丰富性与复杂性。例如,气液两相流在化工反应器、石油天然气输送、以及发电厂的冷却系统中扮演着重要角色。液固两相流则广泛应用于泥石流的模拟、输送管道中的颗粒物输送、以及制药行业的粉末处理。气固两相流则在粉尘爆炸、燃烧炉、以及空气动力输送等领域至关重要。 我们将深入探讨不同相态之间的相互作用,包括相间动量、能量和质量的交换。理解气泡在液体中的上升与破裂,液滴在空气中的雾化与蒸发,以及固体颗粒在流体中的悬浮与沉降,是设计和优化多相流设备的基石。例如,在污水处理厂,对气液两相混合过程的精确控制,是实现高效曝气的关键;在矿物开采中,对固液两相混合物的输送,需要精确计算颗粒的沉降速度和流体的阻力。 五、数值模拟与实验测量:理解流体的现代利器 在追求精准与高效的现代工程设计中,实验测量与数值模拟是理解和驾驭流体行为不可或缺的两大支柱。 我们将介绍流体力学实验测量技术的发展,包括各种传感器(如皮托管、压力传感器、速度计)的应用,以及粒子图像测速(PIV)等先进的非接触式测量技术,它们为我们提供了直观、量化的流体运动数据。实验数据不仅是验证理论的依据,更是指导工程设计和优化的宝贵财富。 同时,数值模拟技术(CFD)的崛起,为我们提供了在计算机上“模拟”流体行为的强大能力。我们将介绍有限体积法、有限元法等主流的数值计算方法,以及它们在解决复杂流体问题中的应用。通过CFD,工程师们可以在设计早期对不同方案进行评估,优化结构,预测性能,从而大大缩短开发周期,降低实验成本。例如,在汽车空气动力学设计中,CFD可以快速评估数千种不同的车身造型对风阻的影响,从而锁定最优设计。 结语 流体力学,作为一门古老而又充满活力的学科,其精髓在于揭示物质在运动中的普遍规律,并将其转化为解决实际工程问题的强大工具。本书并非提供一套僵化的知识体系,而是致力于为您打开一扇理解流体世界的大门,让您领略流体动力的魅力,掌握流体控制的智慧。我们相信,通过对这些基础原理的深刻理解,您将能够更好地应对现代工程设计中的各种挑战,从而在各自的领域中实现更卓越的创新与突破。无论您是初涉此领域的学生,还是经验丰富的工程师,本书都将为您提供一份坚实的基础,指引您探索更广阔的流体力学应用天地。

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读后感

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《普朗特流体力学》,普朗特的名号太吓人了,但书写的就那样,尤其是翻译的中文版的水平不好,很多逻辑错误。 《普朗特流体力学》,普朗特的名号太吓人了,但书写的就那样,尤其是翻译的中文版的水平不好,很多逻辑错误。 《普朗特流体力学》,普朗特的名号太吓人了,但书写的...

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用户评价

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这本书的装帧设计和排版质量着实令人眼前一亮,纸张的触感非常舒服,那种略带粗糙但又不失细腻的质感,让人有种爱不释手的感觉。在如此精良的载体中,原本应该承载着深邃智慧的内容,却让我感到一种难以名状的失落。我翻阅了其中关于紊流结构的部分,期待着能看到一些关于雷诺应力模型、大涡模拟(LES)或者雷诺平均(RANS)的最新进展或者至少是深刻的见解。然而,内容停留在对经典雷诺分解和对数律的复述上,仿佛时间被定格在了上世纪七十年代。对于一个希望了解现代计算流体力学(CFD)前沿的读者来说,这无异于在信息时代的沙漠中找到了一口古老的枯井。图表的运用也显得有些单调,大多是教科书式的流程图和简单的二维示意图,缺乏现代工程软件输出的那些充满色彩和细节的矢量场图,自然也少了那种直击心灵的震撼感。我本以为这是一本能引领我洞察当前研究热点的作品,但它更像是一位沉静的老者,固守着那些已被无数次验证过的真理,而不愿过多地提及窗外日新月异的风景。这种保守的姿态,在知识更新速度如此之快的今天,确实让人感到有些脱节。

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我尝试用它来辅助我正在进行的一个关于旋翼空气动力学的小项目。我们知道,在这个领域,动量理论和叶素动量理论(BEMT)是绕不开的起点。我翻到了介绍叶素理论的那一章,想看看作者是如何处理叶素截面的迎角和升阻力系数的非线性依赖关系的。结果发现,作者对这个关键的非线性环节处理得过于理想化了,似乎完全假设了传统的二维翼型数据可以无缝对接。书中对“动态失速”——这是旋翼叶片在高速旋转中必然会遇到的现象——的讨论,仅仅是点到为止,没有深入分析其背后的复杂流动分离机制以及如何将其耦合到BEMT框架中进行修正。这让我不得不将注意力从这本书上移开,转而查阅那些专门针对旋转系统流动的专著。这本书的优势或许在于那些最纯粹、最基础的静止流体问题的处理,比如管道流动、伯努利原理的严格推导等,但在稍微复杂一点的、涉及大量工程修正和经验模型的应用场景中,它显得力不从心,甚至有些天真。它给了你一把万能钥匙的理论图纸,但没有告诉你,现实世界的大多数锁都需要特殊的、磨损的钥匙才能打开。

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这本被朋友们强烈推荐的经典之作,终于在我手边躺了足足一个月,我才鼓起勇气翻开。说实话,一开始我对它的期望值其实挺高的,毕竟“基础”二字,总让人联想到那种能够搭建起牢固知识大厦的基石。然而,读完前三章,我开始有些困惑。作者在阐述一些基本概念时,似乎过于依赖于高度抽象的数学推导,仿佛在向一个已经掌握了高等数学和微分方程的行家讲解。对于我这种在流体力学领域摸爬滚打多年,但主要关注应用和数值模拟的工程师来说,这种从最底层公理出发的“溯源”过程,显得有些冗长且不接地气。比如,在讨论纳维-斯托克斯方程的推导时,作者花了大量的篇幅去严格证明向量微积分的某些恒等式,而对于实际工程中如何处理边界条件、如何通过简化模型来捕捉物理现象的精髓,却着墨不多。我理解严谨性是学术的生命线,但当它过多地占据了对物理图像直观理解的空间时,阅读体验就成了一种挑战。我更期待一种能快速将读者带入物理场景,然后逐步引入数学工具的叙事方式,而不是上来就用一套复杂的数学符号体系将人团团围住。希望接下来的章节能有所侧重,否则,这本书更像是一本为理论物理学家准备的教科书,而不是面向广泛工程技术人员的“基础”指南。

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从阅读的节奏感来说,这本书的章节安排很不均衡。有的部分,比如对流体静力学的介绍,详尽到几乎可以逐字逐句地背诵,包括对阿基米德定律的各种复杂几何体的应用拓展,这部分内容用半本书的篇幅来铺垫,显得略微臃肿。然而,到了流体力学更为核心、也更具挑战性的高超音速流动部分,笔墨却急剧收缩。作者似乎在一开始就投入了太多的精力在那些相对容易掌握的低速、不可压缩的范畴内,导致在处理激波、等熵膨胀等涉及到热力学耦合的复杂问题时,显得仓促收尾。我尤其遗憾的是,对于“激波”这个概念的讨论,仅仅停留在欧拉方程在等熵假设下的跳跃性解上,完全没有提及如何利用质量守恒、动量守恒和能量守恒的联合方程组(激波关系式)来定量分析超声速飞行器设计中的关键参数。这种前后不一致的深度分配,让我在学习路径上感到非常困惑:我不知道应该花时间去精读那些详尽但可能在实际中应用较少的章节,还是应该自行去寻找其他资料来弥补那些被草草带过的关键难点。

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这本书的“权威性”似乎建立在对早期流体力学巨匠思想的忠实复述之上,但这种忠实有时演变成了对新思想的排斥。我注意到书中对“实验流体力学”的提及非常有限,几乎看不到关于先进测量技术,比如粒子图像测速(PIV)、激光多普勒测速(LDA)在验证理论模型中的作用的讨论。在现代科学中,理论、计算和实验三足鼎立,缺一不可。而这本书,更像是一个纯粹的理论思辨集,它似乎假设一旦数学推导成立,物理现象就必然如此。这在面对粘性、分离和湍流等现实世界中普遍存在的难题时,显得过于乐观和理想化了。我翻遍全书,也找不到一个关于如何通过设计实验来反驳或修正一个理论模型的实例。这种“闭门造车”式的论证,虽然在纯粹的数学逻辑上无懈可击,但对于培养具备解决实际工程问题的科研人员来说,是远远不够的。它培养的更像是一个完美的数学家,而不是一个能解决实际困难的工程师或应用科学家。这本书更适合用来建立清晰的逻辑框架,但要真正将流体力学应用到工程实践中,我们还需要另一套工具箱。

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prandtl

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如果指望是像费曼物理学讲义那么有趣的物理书,那就要失望了。其他还不错,就是少了那么点乐在其中的感觉。

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入门好书

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不可否认是本好书,但似乎太偏重物理了,不怎么看得下去

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入门好书

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