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好的，这是一本名为《流体力学基础与应用》的图书简介，内容力求详实，完全不涉及您提到的《Engineering Fluid Mechanics》的具体内容。 --- 流体力学基础与应用 导言：流体世界的奥秘与工程实践的基石 流体——无论是气态、液态，还是介于两者之间的等离子体——构成了我们宇宙中物质存在的主导形态。从大气环绕行星的运动，到血液在生物体内的循环，再到现代工业中复杂的输运过程，流体的行为无处不在，深刻地影响着技术进步与人类生活质量。 《流体力学基础与应用》旨在为读者提供一个全面、深入且具有高度工程实践指导意义的流体力学知识体系。本书摒弃了纯粹的数学推导堆砌，而是将严谨的理论框架与贴近实际的工程问题紧密结合，帮助读者建立起对流体现象的直觉理解，并掌握分析和解决实际工程挑战的工具。我们深信，理解流体运动的内在规律，是所有涉及能量转换、结构设计、环境控制和过程优化的工程领域不可或缺的前提。 本书面向对象广泛，包括但不限于机械工程、土木工程、航空航天、化学工程、环境工程等领域的本科高年级学生、研究生，以及需要温故知新或拓展知识边界的工程师和科研人员。 第一部分：流体力学的理论基石与描述方法 本部分专注于建立理解流体行为所需的数学和物理基础。我们首先界定“流体”的特性，区分其与固体行为的本质差异，特别是其无法抵抗剪切应力的特性。 第一章：流体的基本概念与物质属性 本章详细探讨流体的基本物质属性，如密度、比重、粘度（牛顿流体与非牛顿流体的区别）、可压缩性（马赫数的重要性）以及表面张力。着重讨论如何利用连续介质假设来简化对离散分子运动的描述，并介绍流体运动的描述方法——拉格朗日视角与欧拉视角，以及速度场、应力张量等核心概念的引入。 第二章：流体静力学：静止流体的平衡 尽管流体静力学看似简单，但它是理解压强概念的起点。本章深入分析了静止流体中的压强分布规律，包括帕斯卡定律和静水压力公式的推导。特别关注了不同参考系下的压强测量（表压、绝对压强、真空度），以及浮力、浮心和稳定性的工程应用，例如船体设计中的稳性校核。 第三章：流体运动的控制方程 这是全书的核心理论基础。本章系统推导并阐释了流体运动的四大基本守恒定律： 1. 连续性方程（质量守恒）： 阐述了流体微元体内质量不灭的原理，并区分了定常流与非定常流、一维与三维情况下的应用。 2. 动量方程（牛顿第二定律）： 详细推导了欧拉方程和纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程，这是描述粘性流体运动的根本。我们强调了压力梯度力、粘性力与惯性力的相对作用。 3. 能量方程（热力学第一定律）： 将流体运动与热力学过程联系起来，讨论了流体内部能量（内能、动能）的传递与转换，特别是等熵流动和交流的分析。 第四章：量纲分析与相似性原理 在缺乏精确解的情况下，量纲分析是工程实践中极为有力的工具。本章系统介绍 Buckingham $pi$ 定理，用于系统地识别影响流体问题的关键无量纲参数（如雷诺数、弗劳德数、欧拉数等）。随后，深入探讨了流体相似性原理，即如何利用模型实验来预测原型行为，这在风洞试验、水池试验等领域至关重要。 第二部分：理想流体与粘性流体的简化分析 本部分将前述的复杂控制方程在特定条件下进行简化，以获得可解析的解，并突出粘性影响的引入。 第五章：无粘性流体流动：欧拉与伯努利方程 在粘性可忽略的区域，流动可视为理想流体流动。本章重点阐述伯努利方程（能量守恒在流线上的特例），讨论其适用范围和局限性。利用伯努利方程分析孔口射流、文丘里管、皮托管等经典测量装置的工作原理，并介绍流线、迹线和流位线的概念。 第六章：粘性流体中的边界层理论 粘性效应在流体与固体表面接触的区域——边界层内变得至关重要。本章详细探讨了普朗特（Prandtl）边界层概念的提出，分析了层流边界层的厚度发展。引入了动量积分方法来估算边界层分离点，并讨论了摩擦阻力产生的机理。 第七章：管内流动：管道系统设计基础 管道流动是工业中最常见的流动形式之一。本章专注于分析圆管内的充分发展流动，包括层流（Hagen-Poiseuille）和湍流（经验公式与摩擦因子图）的计算。深入讨论了沿程和局部阻力损失的计算方法，并介绍了泵、阀门、弯头等附件对总压降的影响，为建立管道网络总水头损失模型打下坚实基础。 第三部分：流动的关键现象与高级应用 本部分将理论知识应用于处理复杂、非线性和高能量的工程问题。 第八章：外表面流：阻力和升力的产生 本章关注流体绕流物体（如平板、翼型、球体、圆柱）的现象。系统分析了阻力（摩擦阻力和压差阻力）的来源与计算，并着重介绍了升力产生的机理——库塔-茹科夫斯基定理与翼型剖面设计的基础。对高雷诺数下的流体分离、尾流和漩涡脱落现象进行了定性及半定量分析。 第九章：可压缩流基础：声速与激波 当流体速度接近或超过音速时，必须考虑其可压缩性。本章引入了等熵流动的基本关系，重点分析了喷管设计中的加速与减速过程，如喉部现象。随后，详细讲解了斜激波和正激波的分析方法，这是超音速飞行器设计中的核心内容。 第十章：开槽流：水力学与环境工程实例 本章侧重于自由表面流，如河流、运河、溢洪道和水力结构中的流动。讨论了均匀流、非均匀流的分析方法，如水面曲线的求解，以及明渠中的临界流概念（Froude数）。同时，结合水力控制结构（如堰、水跃）的工程设计，展示了动量原理在开槽流中的威力。 第十一章：湍流的统计学描述与数值方法概述 真实世界中的高速流动大多是湍流。本章介绍湍流的随机特性，探讨了湍流的平均化处理方法（雷诺平均N-S方程），以及雷诺应力的建模，如 $k-epsilon$ 和 $k-omega$ 模型的基本思想。最后，提供一个导论性的视角，介绍计算流体力学（CFD）的基本离散化思想，及其在解决复杂流场问题中的应用前景。 结语：流体力学——跨学科创新的驱动力 《流体力学基础与应用》力求在理论深度和工程实用性之间取得最佳平衡。本书的结构设计遵循了从基本概念到复杂现象的逻辑递进，确保读者不仅能掌握分析的“工具”，更能理解这些工具背后的物理意义。掌握了本书所阐述的原理，读者将能够自信地面对从微观尺度到宏观尺度的各类流体工程挑战，为实现更高效、更安全、更可持续的工程设计提供坚实的理论支撑。 ---
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