工程流體力學（第2版）/普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材 下載 mobi epub pdf 電子書 2024

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內容簡介

　　在《工程流體力學》第一版（過程裝備專業核心課教材）基礎上修訂成稿。內容涉及流體力學基本概念、基本原理、研究方法和工程應用四個方麵，全書共12章，包括：流體的力學性質、流體流動的基本概念、流體靜力學、流體流動的守恒原理、不可壓縮流體的一維層流流動、流體流動微分方程、理想不可壓縮流體的平麵運動、流體力學實驗研究方法、管內流體流動、流體繞物流動、化工機械中的典型流動分析、流體流動數值模擬。
　　《工程流體力學（第2版）》吸取傳統工程流體力學與化工傳遞過程教材的特點，將流體力學與過程設備內的流動問題緊密結閤，內容編排層次清楚，概念闡述直觀明確，例題豐富分析詳盡；書中選編習題均針對各章主要知識點和基本概念設計，並附有詳盡答案及解題要點提示，以有利於課程教學和課程內容的理解與掌握。
　　《工程流體力學（第2版）》基本內容定位於工程專業本科，但亦有擴展以兼顧研究生教學需要，在作為“過程裝備與控製工程”專業教材的同時，可供高校化工、輕工、機械、能源及相關專業作為教材或教學參考書選用，對化工機械及相關專業的科研和工程技術人員亦有實際參考價值。

內頁插圖

目錄

第1章 流體的力學性質
1.1 流體的連續介質模型
1.1.1 流體質點的概念
1.1.2 流體連續介質模型

1.2 流體的力學特性
1.2.1 流動性
1.2.2 可壓縮性
1.2.3 黏滯性
1.2.4 錶麵張力特性

1.3 牛頓流體和非牛頓流體
1.3.1 牛頓流體與非牛頓流體
1.3.2 非牛頓流體及其黏度特性
習題

第2章 流體流動的基本概念
2.1 流場及流動分類
2.1.1 流場的概念
2.1.2 流動分類

2.2 描述流體運動的兩種方法
2.2.1 拉格朗日法
2.2.2 歐拉法
2.2.3 兩種方法的關係
2.2.4 質點導數

2.3 跡綫和流綫
2.3.1 跡綫
2.3.2 流綫
2.3.3 流管與管流連續性方程

2.4 流體的運動與變形
2.4.1 微元流體綫的變形速率
2.4.2 微元流體團的變形速率
2.4.3 渦量與有鏇流動
2.4.4 無鏇流動——勢流

2.5 流體的流動與阻力
2.5.1 流體流動的推動力
2.5.2 層流與湍流
2.5.3 流場邊界的對流動的影響
2.5.4 流動阻力與阻力係數
習題

第3章 流體靜力學
3.1 作用在流體上的力
3.1.1 質量力
3.1.2 錶麵力——應力與壓力
3.1.3 靜止流場中的錶麵力
3.1.4 壓力的錶示方法及單位

3.2 流體靜力學基本方程
3.2.1 流體靜力學基本方程
3.2.2 靜止流場基本特性

3.3 重力場中的靜止液體
3.3.1 重力場中靜止流體的壓力分布
3.3.2 U形管測壓原理
3.3.3 靜止液體中固體壁麵的受力
3.3.4 靜止液體中物體的浮力與浮力矩

3.4 非慣性坐標係中的靜止液體
3.4.1 非慣性坐標係中的質量力
3.4.2 直綫勻加速運動中的靜止液體
3.4.3 勻速鏇轉容器中的靜止液體
3.4.4 高速迴轉圓筒內流體的壓力分布
習題

第4章 流體流動的守恒原理
4.1 概述
4.1.1 係統與控製體
4.1.2 輸運公式

4.2 質量守恒方程
4.2.1 控製麵上的質量流量
4.2.2 控製體質量守恒方程
4.2.3 多組分係統的質量守恒方程

4.3 動量守恒方程
4.3.1 控製體動量守恒方程
4.3.2 動量守恒方程的簡化形式

4.4 動量矩守恒方程
4.4.1 動量矩定律
4.4.2 控製體動量矩守恒方程

4.5 能量守恒方程
4.5.1 運動流體的能量
4.5.2 控製體能量守恒方程
4.5.3 化工流動係統的能量方程
4.5.4 伯努利方程及其應用說明

4.6 守恒方程綜閤應用分析
4.6.1 小孔流動問題
4.6.2 管流中的液體汽化問題
4.6.3 駐點壓力與皮托管
4.6.4 管道局部阻力損失分析
習題

第5章 不可壓縮流體的一維層流流動
5.1 概述
5.1.1 建立流動微分方程的基本方法
5.1.2 常見邊界條件
5.1.3 流動條件說明

5.2 狹縫流動分析
5.2.1 狹縫流動的微分方程
5.2.2 狹縫流動的切應力與速度分布
5.2.3 水平狹縫壓差流的流動阻力

5.3 管內流動分析
5.3.1 圓管內的層流流動
5.3.2 圓形套管內的層流流動

5.4 降膜流動分析
5.4.1 傾斜平闆上的降膜流動
5.4.2 竪直圓管外壁的降膜流動
習題

第6章 流體流動微分方程
6.1 連續性方程
6.1.1 直角坐標係中的連續性方程
6.1.2 柱坐標和球坐標係中的連續性方程

6.2 以應力錶示的運動方程
6.2.1 作用於微元體上的力
6.2.2 動量流量及動量變化率
6.2.3 以應力錶示的運動方程

6.3 黏性流體運動微分方程
6.3.1 牛頓流體的本構方程
6.3.2 流體運動微分方程——Navier-Stokes方程
6.3.3 柱坐標和球坐標係中的N�睸方程

6.4 流體流動微分方程的應用
6.4.1 N-S方程應用概述
6.4.2 N-S方程應用舉例
習題

第7章 不可壓縮理想流體的平麵運動
7.1 流體微團的運動
7.1.1 流體微團平麵運動的分解
7.1.2 有鏇流動與無鏇流動
7.1.3 綫流量與速度環量

7.2 速度勢函數與流函數
7.2.1 速度勢函數、勢流
7.2.2 流函數及其性質
7.2.3 速度勢函數與流函數的關係

7.3 不可壓縮理想流體平麵流動的基本方程
7.3.1 連續性方程與運動微分方程
7.3.2 不可壓縮平麵勢流的基本方程——拉普拉斯方程
7.3.3 速度勢函數與流函數的全微分方程

7.4 簡單有勢流動及其組閤流動
7.4.1 平行直綫等速流
7.4.2 角形區域內的流動
7.4.3 點源與點匯
7.4.4 點渦
7.4.5 復閤流動
7.4.6 理想流體繞固定圓柱體的流動
7.4.7 理想流體繞轉動圓柱體的流動
習題
思考題

第8章 流體力學的實驗研究方法
8.1 流動相似原理
8.1.1 幾何相似
8.1.2 運動相似
8.1.3 動力相似

8.2 相似準則及其分析方法
8.2.1 微分方程分析法
8.2.2 量綱分析法

8.3 工程模型研究
8.3.1 模型與原型的相似
8.3.2 參數測試及實驗結果整理
8.3.3 模型研究應用舉例

8.4 流場測試技術
8.4.1 速度場的測量
8.4.2 壓力場的測量
習題
思考題

第9章 管內流體流動
9.1 層流與湍流
9.1.1 雷諾實驗
9.1.2 圓管內充分發展的層流流動
9.1.3 湍流及其基本特性
9.1.4 湍流理論簡介

9.2 湍流的半經驗理論
9.2.1 雷諾方程
9.2.2 湍流假說——普朗特混閤長度理論
9.2.3 通用速度分布——壁麵律

9.3 圓管內充分發展的湍流流動
9.3.1 光滑管內的湍流速度與切應力
9.3.2 粗糙管內的湍流速度分布

9.4 圓管內流動的阻力損失
9.4.1 圓管阻力損失與阻力係數定義
9.4.2 光滑圓管的阻力係數
9.4.3 粗糙圓管的阻力係數
9.4.4 局部阻力係數

9.5 圓管進口段流動分析
9.5.1 進口段流動狀態與進口段長度
9.5.2 進口段阻力
9.6 非圓形截麵管內的流體流動
9.7 彎麯管道內的流體流動
習題
思考題

第10章 流體繞物流動
10.1 邊界層基本概念
10.1.1 邊界層理論
10.1.2 邊界層的厚度與流態
10.1.3 平壁錶麵摩擦阻力與摩擦阻力係數

10.2 平壁邊界層流動
10.2.1 普朗特邊界層方程
10.2.2 平壁層流邊界層的精確解
10.2.3 馮·卡門邊界層動量積分方程
10.2.4 平壁層流邊界層的近似解
10.2.5 平壁湍流邊界層的近似解

10.3 邊界層分離及繞流總阻力
10.3.1 邊界層分離現象
10.3.2 繞流總阻力

10.4 繞圓柱體的流動分析
10.4.1 繞圓柱體的流動
10.4.2 圓柱繞流總阻力

10.5 繞球體的流動分析
10.5.1 繞球體的流動
10.5.2 球體繞流總阻力
10.5.3 顆粒的沉降速度
習題
思考題

第11章 化工機械中的典型流動分析
11.1 葉輪機械中的流體流動
11.1.1 葉輪機械工作原理
11.1.2 軸流式葉輪機械中的流體流動
11.1.3 徑流式葉輪機械中的流體流動

11.2 鏇流器中的流體流動
11.2.1 概述
11.2.2 鏇流器中的流體流動
11.2.3 鏇流器中的壓力分布

11.3 通過濾餅層的流體流動
11.3.1 達西公式及其修正
11.3.2 不可壓縮濾餅和可壓縮濾餅
11.3.3 過濾基本方程的積分
11.3.4 離心過濾

11.4 沉降離心機中的流體流動
11.4.1 轉鼓內的流體流動形式
11.4.2 顆粒的運動
思考題
本章符號說明

第12章 流體流動的數值模擬
12.1 概述
12.1.1 研究流體流動的三種基本方法
12.1.2 數值模擬基本方法與過程

12.2 模型方程的建立
12.2.1 化工設備中的流動分析與簡化
12.2.2 模型方程及其規範化
12.2.3 求解N-S方程的原始變量法和渦量-流函數法
12.2.4 以渦量-流函數錶示的模型方程
12.2.5 渦量-流函數模型方程的邊界條件

12.3 流動區域及模型方程的離散
12.3.1 流動區域的離散
12.3.2 基本差分公式
12.3.3 模型方程與邊界條件的離散

12.4 代數方程的求解方法
12.4.1 迭代法基本公式及收斂判彆
12.4.2 加速迭代收斂的基本方法和思想

12.5 模型方程計算程序及結果討論
12.5.1 計算程序及過程說明
12.5.2 計算結果討論
思考題
本章符號說明

附錄 A矢量與場論的基本定義和公式
附錄 B流體力學常見物理量量綱、單位換算及特徵數
附錄 C流體的物性參數
附錄 D習題參考答案
參考文獻

精彩書摘

　　內摩擦力的本質——分子動量擴散以流體平行於平壁的流動為例，其速度分布如圖1－2所示，考察圖中虛綫所代錶的假想平麵上下兩側鄰近流體的運動。設平麵下側流體速度為u，由於速度梯度的存在，平麵上側流體的速度可錶示為u+du；如果流體分子質量為m，則上下兩側流體分子x方嚮的宏觀動量就分彆為m（u+du）和mu。另一方麵，流體在沿x方嚮宏觀運動中，其分子熱運動總是同時存在的，當上側分子因熱運動隨機轉移到下側流體中時，由於其帶人的宏觀動量m（u+du）大於下側流體分子x方嚮的宏觀動量mu，下側流體必然受到沿流動正方嚮的作用力；類似地，當下側分子隨機轉移到上側流體中時，由於其帶人的宏觀動量小於上側分子的宏觀動量，上側流體必然受到沿流動反方嚮的作用力。由此可見，流體內摩擦力的産生，其本質是流體分子熱運動導緻的流體層間動量交換的結果。
　　眾所周知，相互滑動的固體錶麵之間存在摩擦力，其大小取決於接觸錶麵的性質和接觸正壓力，接觸錶麵的性質用摩擦因數來描述。那麼如何定量描述流體的內摩擦力特性呢？連續滑動，使錶麵流體受到平闆施加的剪切力發生流動，由於流體分子間的相互作用，錶麵流體將帶動下一層流體流動，這一作用逐層下傳，將形成沿深度方嚮不斷減小的速度分布，在底部固定的壁麵上流體速度為零，如圖1-1所示。從動力學的角度看，下層流體受上層流體的帶動必然是上層流體對其施加作用力的結果，同時，上層流體必然受到來自於下層流體的反作用力，以阻礙其嚮前運動。因此，設想在流體中有一個平麵將流體分為上下兩部分，則上下兩部分流體接觸麵上必然存在一對大小相等、方嚮相反的力，這就是運動流體的內摩擦力。

前言/序言

　　本書係普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材，在“過程裝備與控製工程”專業核心課程教材《工程流體力學》（第一版）基礎上修訂成稿。全書分為12章，包括：
　　1．流體的力學性質
　　2．流體流動的基本概念
　　3．流體靜力學
　　4．流體流動的守恒原理
　　5．不可壓縮流體的一維層流流動
　　6．流體流動微分方程
　　7．理想不可壓縮流體的平麵運動
　　8．流體力學實驗研究方法
　　9．管內流體流動
　　10．流體繞物流動
　　11．化工機械中的典型流動分析
　　12．流體流動數值模擬
　　其中,除第2章由原來的“流體運動學基本概念”擴展為“流體流動的基本概念”外，全書章數和各章標題保持均與第一版一緻；但對各章內容均作瞭不同程度的刪減和增補，各章內容的編排也作瞭不同程度的調整，其主要變化體現在以下三個方麵。
　　1．按知識的邏輯與層次關係編排教材內容，以便於課程的教學和知識的掌握。本書此次修訂中，全書章節及各章內容的編排總體以“基本概念+理論與方法+實際應用”的綫路為原則，而各章中具體每一節的編排又以同屬性知識點按層次相對集中為原則，通過對第一版教材的審讀和教學實踐總結，對各章內容的編排作瞭不同程度的調整。茲舉例說明如下。
　　比如，關於全書層麵上的基本概念問題，第一版是以“流體的力學性質”和“運動學基本概念”兩章來體現的，這也是傳統工程流體力學教材常用的編排方式；但從工程流體力學的主要章節知識和工程實際應用的角度看，動力學無疑是核心內容，像流動的起因（推動力）、流動的基本形態（層流與湍流）、流場邊界的影響（流動阻力與阻力係數）這些貫穿於動力學各章的基本概念，顯然屬於全書層麵上的基本概念，放在其他知識章節邏輯上都是不平行的。為此，本次修訂中，在完善運動學基本概念的同時，將動力學有關基本概念也一並納入第2章，將該章擴展為“流體流動的基本概念”，從而與第1章一起，構成後續各章共同的基礎平颱。
　　又比如，關於具體各章的內容編排，本次修訂中重點針對概念的提齣與基本理論闡述相互穿插（想到哪兒說到哪兒），導緻基本概念定義模糊、章節內容層次不清的問題，以及基本理論落腳到實際應用相對薄弱的問題，對相關各章的內容編排進行瞭較大的調整，將各章專屬通用概念集中係統闡述，並增補實際應用問題分析作為理論與方法的落腳點，從而使各章內容展現齣“基本概念+理論與方法+實際應用”的明確路綫。其次，本次修訂中對於各章節某一具體知識點的闡述也盡量將與之相聯係的概念集中分層闡述，以達提綱挈領之效。例如，對於第1章中流體黏滯性的闡述，通常主要集中於牛頓剪切定律和黏性係數的描述，而本次修訂中則從流體黏滯性的現象、本質、數學描述、黏性係數變化行為、黏滯性概念的引申與應用等方麵，將其簡要歸納為內摩擦力、分子動量擴散、牛頓剪切定律、動力黏度及其溫度變化行為和經驗關聯式、運動黏度、流體流動的無滑移固壁邊界條件、理想流體概念共7個要點加以分層論述，這顯然更有助於基本概念的係統掌握；本次修訂中對細節內容的類似整閤見諸於不少章節，此處不再贅述。
　　2．加強基本理論與方法的應用分析，促進學生理論聯係實際能力的培養。工程流體力學區彆於理論流體力學在於它側重工程實際應用；工程流體力學作為過程裝備與控製工程專業的核心課程，目的也是使學生掌握流體力學的基本原理與分析方法，以解決生産實際中和過程裝備設計開發中相關的流體流動問題。為此，本次修訂中增補瞭相當篇幅的內容以落實和加強基本理論和方法的實際應用；比如，第3章中增補的靜壓測試原理和物體錶麵受力分析，第4章中增補的運動流體的能量以及守恒方程綜閤應用分析專節，第8章中增補的模型研究應用舉例，第9章中增補的圓管流動阻力損失專節，等等。
　　3．與第一版相比，本次修訂在完善更新原有例題習題基礎上，新增例題34例，新增習題4題，新增插圖100餘幅。其中，新增例題主要集中於基本教學內容第1至第5章，以及第一版中例題較少的第7至第10章；新增習題和新增插圖主要集中於基本教學內容第1至第5章；新增例題習題的選編均針對相應各章主要知識點和基本概念設計，而且對各章所有習題都進行瞭仔細驗算，並在書末給齣瞭習題答案及解題要點提示。
　　編者希望修訂工作中所做齣的上述努力，能有助於本書整體質量的提高，有利於課程的教學和知識的掌握。使之在作為“過程裝備與控製工程”及相關專業《工程流體力學》課程教材的同時，亦對化工機械及相關專業的科研和工程技術人員有實際參考價值。
　　本書課程教學內容定位與第一版一緻，基本內容定位於工程專業本科，但亦有擴展以兼顧研究生教學需要。其中，我們對課程教學內容安排的建議是：（1）對於本科生，第1章至第5章是基本教學內容，其中第3章和第4章是重點；第6章至第10章可供本科多學時課程選擇講授。（2）對於研究生，第6章至第10章是基本教學內容；第11章和第12章供選擇講授，任課教師可根據本校專業學科或研究方嚮特色補充擴展相關教學內容。本書修訂工作由黃衛星教授負責並主要執筆，李建明教授、肖澤儀教授參與共同完成。修訂工作中，李海龍、硃麗、嶽蓮、蘇丹等研究生同學協助完成瞭插圖繪製、習題編輯與演算和文稿校對，四川大學教務處對本書編寫工作給予瞭大力支持，在此一並感謝。
　　在本書第二版即將齣版之際，編者衷心感謝兄弟院校的教授、老師們對本教材的選用、褒奬以及在教學實踐中對本教材提齣的寶貴意見，並希望對本書缺點和錯誤繼續批評指正。
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