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《流体力学原理与应用》图书简介 作者： [此处可填入虚构的作者名，例如：王志明, 李明华] 出版社： [此处可填入虚构的出版社名，例如：高等教育出版社] ISBN： [此处可填入虚构的ISBN号，例如：978-7-04-XXXXXX-X] 定价： [此处可填入虚构的价格，例如：88.00 元] --- 内容概述 《流体力学原理与应用》是一本旨在系统介绍流体力学基本理论、分析方法及其在工程实际中广泛应用的权威性教材。本书不仅深入探讨了流体力学的基本概念、守恒定律和本构关系，更侧重于将这些理论应用于解决复杂的工程问题，如管道流动、边界层理论、流致振动以及现代计算流体力学（CFD）的基础等。本书内容覆盖了从经典的欧拉方程和纳维-斯托克斯方程的推导与求解，到湍流模型的引入与应用，力求为读者构建一个全面、严谨且实用的流体力学知识体系。 目标读者 本书主要面向以下读者群体： 1. 高等院校工科专业本科生及研究生： 特别是机械工程、土木工程、航空航天、化学工程、能源动力工程等专业的学生，可作为核心课程教材或参考书。 2. 工程技术人员： 从事流体机械设计、暖通空调、环境工程、石油天然气输送等领域的工程师，可用于提升专业技能和解决实际工程难题。 3. 科研工作者： 对流体力学基础研究感兴趣的研究人员，可作为回顾经典理论和展望前沿方向的参考资料。 核心章节与特色 本书结构清晰，逻辑严密，共分为十二个章节，重点突出了理论的深度与应用的广度。 第一部分：流体力学基础 第一章：流体力学的基本概念与流体的物质性态 本章首先引入流体运动的描述方法，包括物质点描述（Lagrangian）和空间描述（Eulerian）。详细阐述了连续介质假设的合理性，并界定了流体的基本物理量，如密度、压力和温度。特别关注了流体静力学基础，包括流体静力学基本方程的推导及其在测压设备中的应用。 第二章：流体运动学 深入探讨流体运动的描述，包括速度场、加速度场、流线、迹线和轨迹线的区别与联系。引入了流体变形的概念，如速度梯度张量、线膨胀率、角速度和应变率张量，为后续的动力学分析打下坚实基础。对不可压缩流动和可压缩流动的初步概念进行了区分。 第三章：流体动力学——守恒定律 本章是全书的理论核心。系统地推导和阐述了流体动力学的三个基本守恒定律：质量守恒（连续性方程）、动量守恒（纳维-斯托克斯方程）和能量守恒（热力学第一定律在流体中的应用）。详细讨论了牛顿内摩擦定律在粘性流体中的体现，并对控制体积法和微分控制体法进行了对比分析。 第四章：理想流体流动 聚焦于忽略粘性影响的理想流体流动。详细推导了欧拉方程，并在此基础上推导出著名的伯努利方程（适用于稳态、无旋、不可压缩流动）。通过势流理论（Potential Flow Theory）初步介绍二维无旋流动的解析解法，包括源、汇、偶极子和匀速流的叠加原理，为理解复杂外形绕流奠定基础。 第二部分：粘性流体流动与边界层理论 第五章：牛顿流体的粘性流动——纳维-斯托克斯方程 本章将粘性项引入动量方程，得到完整的纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程。通过对N-S方程进行简化，讨论了泊肃叶流（Poiseuille Flow）和库艾特流（Couette Flow）等经典解析解，深刻揭示了粘性对流场结构的影响。 第六章：流动的相似性与量纲分析 介绍工程中处理复杂流动问题的关键工具——相似性原理。详细阐述了雷诺数（Reynolds Number, Re）、弗劳德数（Froude Number, Fr）和马赫数（Mach Number, Ma）等无量纲参数的物理意义。通过π定理（Buckingham $pi$ Theorem）指导实验设计和工程放大。 第七章：边界层理论基础 这是连接理想流体和实际粘性流动的桥梁。系统介绍了普朗特（Prandtl）的边界层概念，并详细推导了适用于薄边界层的普朗特简化方程。通过布劳修斯（Blasius）求解的平板定常湍流问题，展示了如何利用积分方法（如卡门动量积分方程）求解边界层分离现象。 第八章：内部流与外部流 内部流： 重点分析管道中的充分发展流动，包括摩擦系数的确定（达西-韦斯巴赫公式）以及局部阻力（局部损失）的计算。 外部流： 关注物体绕流问题，如阻力（Drag）和升力（Lift）的产生机理，包括翼型绕流的初步分析。 第三部分：可压缩流动与进阶主题 第九章：一维可压缩流动 本章将流体力学扩展到高马赫数区域。详细分析了等熵流动、等温流动以及绝热流动。深入探讨了管道中的气流滞止现象，重点剖析了激波（Shock Waves）的形成、特性（正激波和斜激波）及其对流场带来的不可逆影响，并介绍了诺斯 হ্রাস流（Nozzle Flow）的设计原则。 第十章：湍流理论导论 认识到大多数工程中的流动是湍流的。本章介绍了湍流的统计特性、雷诺时均化方程（Reynolds Averaged Navier-Stokes, RANS）的推导，以及湍流粘性（涡粘性）的概念。简要介绍了几种重要的湍流模型，如零方程模型和$k-epsilon$模型的物理意义。 第十一章：流体机械中的应用 将理论知识应用于实际的流体机械设计中。讨论了叶轮机械（如泵、透平和涡轮机）中的基本原理，包括欧拉涡轮方程的推导，以及比转速、效率和空化现象的分析。 第十二章：计算流体力学（CFD）简介 作为现代流体力学分析的必然趋势，本章对CFD的基本流程进行了概览。介绍了离散化方法（有限差分法、有限体积法）的原理，网格生成的重要性，并讨论了求解N-S方程的常见算法（如SIMPLE算法）的基本思想，为读者进入更高级的数值模拟领域做好铺垫。 本书的独特价值 1. 理论与实践的深度融合： 本书在每个理论章节后都配备了丰富的工程算例，这些算例源自实际的工业问题，确保读者能够熟练运用公式和方法。 2. 对物理图像的强调： 许多复杂的流体力学现象（如分离、湍流、激波）往往因公式的复杂性而被忽略其背后的物理机制。本书通过详尽的图示和直观的解释，力求帮助读者建立清晰的物理概念模型。 3. 现代工程视野： 引入了边界层分离的控制、先进的湍流模型概念，以及计算流体力学的基础，使本书内容紧跟现代工程分析的需求。 4. 严谨的数学推导： 虽然注重应用，但本书在推导核心方程（如N-S方程）时保持了数学上的严谨性，有助于培养读者扎实的理论功底。 通过学习本书，读者将不仅掌握流体力学的分析工具，更能以工程师的视角去理解和预测流体在自然界和工程系统中的行为。
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