具体描述
《工程力学》为工程力学课程的教材，包括静力学、材料力学、运动学和动力学四大部分，十八章。第一篇静力学包括静力学公理及受力分析，力系的简化与平衡，摩擦；第二篇材料力学包括四种基本变形及其强度条件、刚度条件，应力状态和强度理论，组合变形，压杆稳定，动荷载与交变能力能量法及其应用；第三篇运动学包括点的运动学，刚体的简单运动及点的合成运动，刚体的平面运动；第四篇动力学包括质点动力学基本方程，动量定理，动量矩定理和动能定理。各章附有小结、思考题和习题，便于读者明确重点，使理论内容更为精炼。增加了例题，以加强启发性和独立思考能力的培养，有利于自学和课堂讨论。适合60～160学时选用。
《工程力学》可作为普通高等工科院校四年制勘察、给水、资源、水利和动力等专业的教材，也可作为其他专业的教材选用，或作为自学、函授教材。
《流体力学精要》 引言： 物质世界无处不流，水滴石穿，风拂树梢，血液在血管中涌动，星辰在宇宙间穿梭，这些看似截然不同的现象，都与一个核心概念息息相关——流体。流体，包括液体和气体，是构成我们生存环境和宇宙万象的基础物质形态之一。对流体行为的深入理解，不仅能揭示自然界的奥秘，更是现代工程技术和社会发展的基石。从航空航天的精确计算，到能源输送的高效设计，从天气预报的精准判断，到生物医学的创新疗法，流体力学的影响无远弗届，其重要性不言而喻。 本书《流体力学精要》旨在为读者提供一个系统、深入且实用的流体力学知识体系。我们不满足于仅仅罗列公式和定理，而是力求通过清晰的逻辑、丰富的实例以及直观的讲解，帮助读者建立起对流体运动规律的深刻认知和强大的分析能力。本书内容涵盖了流体力学的基本原理、核心概念、经典方法以及在工程实践中的广泛应用，适合机械工程、航空航天、土木工程、化学工程、环境工程、生物工程等相关专业的学生，以及致力于提升流体力学素养的工程师、科研人员和对自然科学怀有浓厚兴趣的读者。 第一章：流体的基本性质与描述 本章将带领读者走进流体世界的门槛。我们将首先定义什么是流体，区分它与固体的主要区别，并深入探讨流体在微观尺度上的行为如何宏观地影响其宏观性质。 密度 (Density)：一个物质单位体积的质量，是流体最基本的物理性质之一。我们将探讨密度如何随温度和压强变化，以及它在流体静力学中的关键作用。 比重 (Specific Gravity)：流体密度与参考流体（通常是水）密度之比，提供了一个直观的比较方式。 比体积 (Specific Volume)：密度的倒数，在某些分析中更为便捷。 粘性 (Viscosity)：这是流体抵抗剪切应力的内在属性，是流体流动行为的核心决定因素。我们将区分动力粘度 (Dynamic Viscosity) 和运动粘度 (Kinematic Viscosity)，并解释其物理意义。粘性决定了流体内部的能量耗散，以及边界层内流动的复杂性。 表面张力 (Surface Tension)：液体表面由于分子间作用力不平衡而表现出的收缩趋势，它影响着液滴的形成、毛细现象以及液面行为。 可压缩性 (Compressibility)：描述流体体积随压强变化的能力。对于气体，其可压缩性尤为显著，直接影响到高速流动和声波传播。我们将引入体积弹性模量 (Bulk Modulus) 来量化这一属性。 流体速度场 (Fluid Velocity Field)：流体运动的核心描述工具。我们将引入速度矢量、速度分量，并探讨其随时间和空间的变化。我们还将介绍描述流体粒子运动的拉格朗日描述 (Lagrangian Description) 和描述空间点上流体运动的欧拉描述 (Eulerian Description)。 流线 (Streamline)：在某一瞬时，与速度矢量相切的曲线。它是可视化流体流动方向的有效工具。 迹线 (Pathline)：单个流体粒子在空间中运动的轨迹。 脉线 (Streakline)：在某一固定观察点，连续注入的流体粒子在某一瞬时所形成的曲线。 流体域 (Flow Domain)：流体运动发生的区域。 连续性方程 (Continuity Equation)：基于质量守恒原理，描述流体在流动过程中质量不增不减的基本方程。我们将推导其不同形式，并演示其在简单流动分析中的应用。 雷诺数 (Reynolds Number)：一个无量纲参数，是惯性力和粘性力的比值。雷诺数是判断流体流动状态（层流或湍流）的关键指标，我们将详细阐述其物理意义及其在相似性原理中的重要作用。 第二章：流体静力学 在流体静力学中，我们研究处于静止状态下的流体。虽然流体没有固定的形状，但当其静止时，它内部的压强分布以及流体对浸没物体的作用力，却遵循着严谨的物理规律。 压强 (Pressure)：流体静止时，单位面积上所受到的垂直作用力。我们将证明在同一水平面上的静止流体中，压强是相等的（帕斯卡定律）。 压强随深度的变化 (Pressure Variation with Depth)：在静止流体中，压强随深度的增加而线性增加。我们将推导出压强随深度变化的基本公式 $p = p_0 +
ho g h$，并解释各项的含义。 液柱压强 (Hydrostatic Pressure)：由静止液体自身重力产生的压强。 压强计 (Manometer)：利用液柱压强差来测量压强或压强差的装置。我们将介绍 U 型管压强计、斜管压强计等类型，并演示如何利用它们进行测量。 浮力 (Buoyancy)：浸入流体中的物体受到向上的合力，这个力等于物体排开的流体所受的重力（阿基米德原理）。我们将详细阐述浮力的产生机制，并讨论物体的沉浮条件。 重力作用下的平面和曲面上的静水总压强 (Hydrostatic Force on Plane and Curved Surfaces)：我们将学习如何计算流体作用在浸没平面和曲面上的总压强及其作用点，这对于设计水坝、船体等结构至关重要。 稳定、不稳定和中性平衡 (Stable, Unstable, and Neutral Equilibrium)：浸入流体中的物体会根据其重心和浮心位置的不同，表现出不同的平衡状态。 第三章：流体动力学基础——伯努利方程 本章将是流体力学分析的核心内容之一。我们将引入流体动力学的基本概念，并通过推导和应用伯努利方程，来理解流动流体中能量的转化和守恒。 理想流体与实际流体 (Ideal Fluid and Real Fluid)：在分析中，我们常常简化流体模型。理想流体是指粘性为零、不可压缩的流体，其流动行为相对简单。实际流体则具有粘性，能量耗散是其重要特征。 伯努利方程 (Bernoulli's Equation)：基于能量守恒原理，描述理想流体沿着一条流线（或在不可压缩、无粘性、稳恒流动条件下）的压强、速度和高度之间的关系。我们将详细推导其形式 $p + frac{1}{2}
ho v^2 +
ho g h = ext{constant}$，并深入解释动能项、位能项和压强项的物理意义。 伯努利方程的应用 (Applications of Bernoulli's Equation)： 文丘里流量计 (Venturi Meter)：利用伯努利方程测量管道内流体流量。 皮托管 (Pitot Tube)：测量流体速度。 飞机机翼的升力 (Lift on Airplane Wings)：解释机翼剖面形状导致上下表面流速不同，从而产生压强差，形成升力。 喷雾器 (Aspirator/Venturi Pump)：利用流体流动产生负压，从而吸入液体。 水轮机和涡轮机 (Turbines)：能量转换的原理。 动量方程 (Momentum Equation)：基于动量守恒原理，描述流体作用力与流体动量变化之间的关系。动量方程在分析边界受力、喷射流动等方面具有重要作用。 角动量方程 (Angular Momentum Equation)：基于角动量守恒原理，在分析旋转流动和涡轮机械时非常有用。 第四章：粘性流动的分析——纳维-斯托克斯方程 粘性是流体最普遍的属性，它导致了能量耗散和复杂的流动现象。本章将深入探讨粘性流动的基本方程——纳维-斯托克斯方程，并介绍一些简化的流动模型。 纳维-斯托克斯方程 (Navier-Stokes Equations)：描述不可压缩、粘性流体运动的非线性偏微分方程组。它们是流体力学中最核心、最复杂的方程。我们将介绍其基本形式，并说明求解它们的难度。 层流 (Laminar Flow)：流体分层流动，各层流体之间只有粘性作用，没有混合。层流通常发生在低雷诺数下。 湍流 (Turbulent Flow)：流体流动无规则，存在着随机的涡旋和剧烈的混合。湍流通常发生在较高雷诺数下，并伴随着显著的能量耗散。 边界层理论 (Boundary Layer Theory)：由普朗特提出，描述流体流经固体表面时，由于粘性作用在表面附近形成的一个薄层。边界层内速度梯度很大，是粘性效应最显著的区域。我们将讨论层流边界层和湍流边界层的区别。 相似性原理与量纲分析 (Similitude and Dimensional Analysis)：通过无量纲参数（如雷诺数、马赫数、傅汝德数等）来研究不同尺度、不同条件下的流动现象。这在实验研究和模型设计中至关重要。 管道流 (Pipe Flow)： 层流管道流 (Laminar Pipe Flow)：例如哈根-泊肃叶流 (Hagen-Poiseuille Flow)，我们将推导其压强降和流量关系。 湍流管道流 (Turbulent Pipe Flow)：由于湍流的复杂性，通常需要引入经验公式或进行实验测量，如达西-魏斯巴赫方程 (Darcy-Weisbach Equation) 来计算压强降。 摩阻因子 (Friction Factor)：描述管道内因粘性引起的能量损失。 流体阻力与升力 (Drag and Lift)：物体在流体中运动时受到的作用力。阻力是沿运动方向的力，升力是垂直于运动方向的力。我们将分析不同形状物体在不同流速下的阻力特性。 第五章：可压缩流体流动 本章将探讨当流体密度发生显著变化时的流动行为，这通常发生在高速流动或气体流动中。 音速 (Speed of Sound)：声波在介质中传播的速度，是判断流体流动是否可压缩的重要参考。 马赫数 (Mach Number)：流体速度与音速之比，是描述可压缩流动的重要无量纲参数。 等熵流动 (Isentropic Flow)：理想的可压缩流动模型，假设流动过程是可逆且绝热的。我们将推导等熵流动的基本关系。 激波 (Shock Waves)：在超音速流动中，由于流体压缩速度过快，可能形成的间断面，其两侧的流体性质（压强、密度、速度、温度）发生剧烈变化。 超音速喷管设计 (Design of Supersonic Nozzles)：利用可压缩流动的原理设计喷管，以实现对气体流动的加速或减速。 第六章：流体力学在工程中的应用 本章将把前几章所学的理论知识应用到具体的工程领域，展示流体力学在解决实际问题中的强大力量。 航空航天工程 (Aerospace Engineering)：飞机、火箭、导弹的气动设计，风洞实验，飞行器推进系统。 水利与土木工程 (Hydraulic and Civil Engineering)：水坝设计，管道输水，明渠流，海岸工程，桥梁抗风设计。 机械工程 (Mechanical Engineering)：泵、风机、涡轮设计，液压与气动系统，润滑理论。 化学工程 (Chemical Engineering)：反应器设计，传质与传热，混合操作，化工设备设计。 生物医学工程 (Biomedical Engineering)：血液循环模拟，人工心脏设计，药物输送系统，呼吸器设计。 环境工程 (Environmental Engineering)：污染物扩散模拟，空气质量预测，水体流动与净化。 气象与海洋学 (Meteorology and Oceanography)：天气预报，洋流模拟，气候变化研究。 结语： 《流体力学精要》的编写，旨在为读者构建一个坚实的流体力学理论基础，并培养其解决工程问题的分析能力。我们深信，对流体行为的深刻理解，将极大地拓展您的视野，激发您对科学探索的热情，并在您的职业生涯中为您提供强大的工具和源源不断的灵感。希望本书能够成为您在流体力学领域学习和研究的宝贵伙伴。
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