新世纪土木工程系列教材：工程流体力学（第2版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

内容简介

《工程流体力学（第2版）》是在第1版基础上修订而成。《工程流体力学（第2版）》系统地阐述了工程流体力学的基本概念、基本理论和基本工程应用。全书共分10章，内容包括绪论，流体静力学，流体动力学理论基础，量纲分析和相似理论，流动阻力与水头损失，孔口、管嘴和有压管道流动，明渠恒定流动，堰流，渗流，可压缩气体的一元流动等。书中例题力求富有创意，习题按主观性和客观性两种题型配设，书末附有习题答案。
《工程流体力学（第2版）》可作为高等学校土建类及近土建类的土木工程、市政工程、给水排水工程、环境工程、消防工程、工程地质及水文地质、工程管理等专业的工程流体力学或水力学课程的教材，也可作为相关人员报考硕士研究生或参加国家注册工程师执业资格考试的参考书。

作者简介

禹华谦，教授。西南交通大学国家工科基础课程力学教学基地、国家工科力学基地教学创新团队建设项目主要骨干，四川省精品课程“工程流体力学”负责人。长期从事流体力学系列课程的教学和教学改革工作。主编高等学校教材《工程流体力学（水力学）》、《流体力学简明教程》等。2004年被评为全国力学教学优秀教师，2009年以“全方位构建培养高素质人才的工科力学教学平台”项目获国家级教学成果二等奖。主要研究领域为工程流体力学、城市防洪。

内页插图

目录

第1章 绪论
1-1概述
1-2流体的连续介质模型
1-3流体的主要物理性质
1-4作用在流体上的力
习题

第2章 流体静力学
2-1静止流体的应力特征
2-2流体静止的微分方程
2-3重力作用下静止液体的压强分布
2-4液体的相对静止
2-5测压计
2-6静止液体作用在平面上的总压力
2-7静止液体作用在曲面上的总压力
2-8潜体和浮体的平衡
及稳定
习题

第3章 流体动力学理论基础
3-1描述流体运动的方法
3-2研究流体运动的若干
基本概念
3-3流体运动的连续性方程
3-4理想流体的运动微分方程及其积分
3-5伯努利方程
3-6动量方程
3-7流体微团运动的分析
3-8理想流体无旋流动简介
习题

第4章 量纲分析和相似理论
4-1量纲分析的概念和原理
4-2量纲分析法
4-3流动相似性原理
4-4相似准则
4-5相似原理应用
习题

第5章 流动阻力与水头损失
5-1水头损失的两种形式
5-2粘性流体运动的两种流态
5-3圆管层流
5-4湍流运动的特点
5-5边界层理论简介
5-6圆管湍流速度分布
5-7沿程损失因数的变化规律
5-8局部水头损失
习题

第6章 孔口、管嘴和有压管道流动
6-1孔口恒定出流
6-2管嘴恒定出流
6-3孔口（或管嘴）的变水头出流
6-4短管的水力计算
6-5长管的水力计算
6-6管网水力计算基础
6-7离心式水泵及其水力计算
6-8水击简介
习题，

第7章 明渠恒定流动
7-1明渠的分类
7-2明渠均匀流
7-3无压圆管均匀流
7-4明渠恒定非均匀流动的若干基本概念
7-5水跃和水跌
7-6明渠恒定非均匀渐变流的基本微分方程
7-7棱柱形渠道中恒定非
均匀渐变流的水面
曲线分析
7-8棱柱形渠道中恒定非
均匀渐变流水面曲线的计算
习题

第8章 堰流
8-1堰流的定义及堰的分类
8-2堰流基本公式
8-3薄壁堰溢流
8-4宽顶堰溢流
8-5小桥孔径水力计算
习题

第9章 渗流
9-1渗流基本定律
9-2地下水的均匀流和非
均匀流
9-3集水廊道和井
9-4井群
习题

第10章 可压缩气体的一元流动
10-1可压缩气体的物理性质
10-2可压缩气体一元流动的基本方程
10-3微弱压力扰动的传播声速
10-4可压缩气体在管道中的流动
10-5隧道空气动力学基础
习题
主要参考文献
习题答案
名词索引

精彩书摘

16世纪以后，随着资本主义制度的兴起，生产力得以迅速发展，自然科学如数学、力学等也发生了质的飞跃。这些都为工程流体力学的发展提出了要求和创造了条件。18世纪，在伽利略（Galileo）一牛顿（LNewton）力学基础上形成的古典流体力学（或称古典水动力学），用严格的数学分析方法建立了流体运动的基本方程，为工程流体力学奠定了理论基础。但古典流体力学或由于理论的假定与实际不尽相符，或由于求解上的困难，尚难以解决各种实际问题。为了满足生产发展的需要，依靠试验和实测资料而形成的实验流体力学（或称实验水力学）相应得到了发展，它为人们提供了许多计算有压管流、明渠水流、堰流等实际问题的经验公式和图表。但实验流体力学由于理论指导不足，其成果往往具有一定的局限性，难以解决各种复杂的工程问题。
19世纪末以来，随着生产技术的发展，尤其是航空方面的理论和实验的迅速发展，导致了古典流体力学与实验流体力学的日益结合，逐渐形成了理论与实验并重的现代流体力学（或称流体力学）。现代流体力学建立在古典流体力学的基础上，根据古典流体力学的基本理论和现代的湍流理论、边界层理论以及量纲分析与相似理论等，结合实验、实测数据和经验公式，来探索实际流体运动的基本规律。一般将侧重于理论方面的流体力学称为理论流体力学，而侧重于应用的称为工程流体力学或应用流体力学。

工程流体力学：从基础理论到前沿应用 工程流体力学作为一门研究流体（液体和气体）运动及其与固体边界相互作用的学科，是土木工程领域不可或缺的基石。它不仅揭示了水在自然界中的宏观行为，更深入解析了流体在各种工程设备和结构中的复杂动态。从宏伟的水利枢纽到精密的城市给排水系统，从浩瀚的海洋工程到微观的渗流分析，流体力学的原理无处不在，深刻影响着我们的生产生活以及工程设计的安全性、经济性和高效性。 本教材旨在系统、深入地阐述工程流体力学的基本概念、理论方法和工程应用，为广大土木工程专业的学生和从业人员提供一个全面、扎实的知识体系。我们力求在理论严谨性的基础上，注重工程实践的联系，通过丰富的案例分析和图示，帮助读者将抽象的物理原理转化为解决实际工程问题的有力工具。 第一篇：流体基本性质与静力学 本篇将从最基础的层面出发，介绍流体的基本概念和宏观性质。我们将探讨流体的密度、粘度、表面张力、压缩性等关键参数，并解释它们如何影响流体的行为。粘度，作为流体抵抗剪切的内在属性，将是后续章节分析流体运动的基础。 紧接着，我们将进入流体静力学的范畴。流体静力学研究的是处于静止状态的流体所产生的压力以及压力与力的关系。我们将推导和阐述流体静压强的基本规律，包括静压强随深度的变化规律，以及在一个方向上的相等性。全压力面和相对压力的概念也将得到清晰的阐释。 对于实际工程而言，理解和计算作用在平面和曲面上的静水压力至关重要。我们将详细介绍静水压力的计算方法，包括合力的大小、方向和作用点的确定。例如，大坝、闸门、码头等水工建筑物承受的静水压力是设计中必须考虑的关键因素。我们将通过具体的例子，引导读者掌握如何准确计算这些压力，从而确保结构的稳定性与安全性。 浮力是流体静力学中另一个重要的概念。根据阿基米德原理，浸在流体中的物体会受到向上的浮力，其大小等于物体排开流体的重量。这一原理在船舶设计、浮体结构分析以及沉箱下沉等工程实践中具有广泛的应用。我们将通过分析不同形状和密度的物体在流体中的受力情况，帮助读者理解浮力的产生机制和计算方法。 最后，我们将讨论连通器、液压机等基于流体静力学原理的设备。连通器的原理是水位在不同但相互连通的容器中保持一致，这在供水系统和水位监测中有着重要作用。液压机的放大压力原理则在起重、支撑等工程机械中得到广泛应用。 第二篇：流体动力学基础 本篇将进入流体运动的研究，即流体动力学。我们将首先引入流体运动的两种基本描述方法：拉格朗日方法和欧拉方法，并着重介绍欧拉方法在工程中的应用。 流体运动的描述与分类： 我们将区分理想流体和真实流体，以及定常流、非定常流、均匀流、非均匀流、环量流、无环量流、层流、湍流等流体运动的常见状态。理解这些分类对于选择合适的分析模型和方法至关重要。 连续性方程： 作为流体动力学的基本守恒定律之一，连续性方程反映了质量在流体运动中的守恒。我们将推导不同形式的连续性方程，并展示其在分析管道流、渠道流等问题中的应用。例如，在给排水管道设计中，连续性方程可以帮助我们计算不同截面处的流速和流量。 伯努利方程： 伯努利方程是流体动力学中最著名、最重要的方程之一，它反映了在理想流体定常流中，流体质点的总机械能守恒。我们将详细推导伯努利方程，并深入分析其各项的物理意义，包括静压能、动能和位能。 在实际工程中，伯努利方程的推广形式——能量方程，将得到广泛应用。我们将讨论由于粘性摩擦和局部阻力造成的能量损失，以及如何将其纳入伯努利方程进行修正。这对于计算长管道输水、风机抽吸等问题至关重要。我们将通过分析各种工程实例，如水轮机、喷嘴、文丘里管等，展示伯努利方程在解决工程问题中的强大威力。 动量方程： 在某些工程问题中，仅考虑能量守恒是不够的，还需要考虑动量守恒。我们将介绍动量方程，并分析其在计算流体对曲面或弯管的作用力，以及火箭推进、喷射等问题中的应用。 量纲分析与相似理论： 在物理模型试验中，量纲分析与相似理论是必不可少的工具。它们能够帮助我们根据相似准则，将原型或大尺度模型的试验结果推广到实际工程中。我们将介绍雷诺数、弗劳德数、马赫数等重要的无量纲数，并解释它们在不同工程领域中的意义。 第三篇：管流与明渠流 本篇将聚焦于流体在特定边界约束下的流动，即管流和明渠流。 管道输水： 管道输水是城市给排水、农业灌溉、石油天然气输送等工程中的核心内容。我们将详细分析管道内的流动状态，包括层流和湍流。对于湍流，我们将引入阻力系数的概念，并介绍谢才公式、达西-魏斯巴赫公式等计算管道水头损失的常用方法。 我们将讨论影响管道水头损失的因素，如管道的粗糙度、流速、流体粘度以及管道的长度和直径。同时，我们将介绍管网水力计算的原理和方法，包括串联管路、并联管路和环状管路的计算。 局部水头损失： 除了沿程水头损失外，管道中的阀门、弯头、变径等局部构件也会引起水头损失。我们将分析这些局部水头损失的计算方法，并强调其在复杂管网分析中的重要性。 明渠流： 明渠流是指流体在敞开的渠道中流动，如河流、灌溉渠、排水沟等。我们将介绍明渠流的基本概念，包括水深、流速、糙率等。 均匀流计算： 我们将重点介绍明渠均匀流的计算，包括糙率系数的选择、水力半径的计算以及谢才公式的应用。我们将通过实例分析，展示如何计算渠道的设计流量、比降和尺寸。 非均匀流分析： 对于明渠中的非均匀流，如水位变化、流速变化较大的情况，我们将介绍其分析方法，例如明渠沿程水面曲线的计算。这对于水库调度、洪水演变预测等具有重要意义。 第四篇：渗流与地下水动力学 本篇将深入探讨流体在多孔介质中的流动，即渗流。渗流在水利工程、土木工程、环境工程等领域具有广泛的应用，例如地下水位的变化、水坝的防渗设计、污染物在土壤中的迁移等。 达西定律： 达西定律是渗流分析的基础，它描述了渗流速度与水力梯度和渗透系数之间的线性关系。我们将详细阐述达西定律的适用范围和物理意义。 渗流分析： 我们将介绍不同形式的渗流问题，例如稳定渗流和非稳定渗流。我们将利用达西定律和连续性方程，推导并分析各种渗流模型，如平面渗流、三维渗流。 渗流控制结构设计： 我们将讨论如何利用渗流理论指导渗流控制结构的设计，例如防渗墙、排水井、反滤层等。我们将通过具体的工程案例，展示如何计算渗透流量、确定地下水位，并评估结构的防渗效果。 地下水动力学： 在此基础上，我们将进一步探讨地下水动力学。我们将介绍地下水流动的基本规律，包括地下水补给、排泄、流速和流向的计算。我们将讨论地下水对工程结构的影响，例如基坑开挖、地下工程施工等。 第五篇：空气动力学基础与通风工程 本篇将把视野拓展到气体的流动，即空气动力学在土木工程中的应用，重点关注通风工程。 空气动力学基本概念： 我们将介绍空气的流动特性，包括空气的密度、粘度、压缩性等。我们将区分定常空气流和非定常空气流，以及层流和湍流。 空气流动阻力： 对于建筑物、构筑物周围的空气流动，我们将分析其产生的阻力，并介绍如何计算风荷载。这对于建筑结构的抗风设计至关重要。 通风工程原理： 我们将深入探讨通风工程的基本原理，包括自然通风和机械通风。我们将介绍通风系统的设计方法，例如计算通风量、确定风机参数、管道尺寸等。 室内空气质量： 除了基本的通风外，我们还将关注室内空气质量，包括新风量、污染物浓度以及舒适性参数。这将有助于读者理解如何通过合理的通风设计，创造健康的室内环境。 案例分析： 我们将结合实际工程案例，如建筑物的自然通风设计、地铁车站的排烟系统、隧道通风等，展示空气动力学和通风工程原理的应用。 第六篇：水工建筑物水力学 本篇将聚焦于水力学在水工建筑物设计中的应用，这是土木工程领域中一个极为重要的分支。 水轮机与泵： 我们将介绍水轮机和水泵的工作原理，并分析其性能曲线。我们将讨论如何根据工程需求选择合适的水轮机或水泵，并进行相关的效率计算。 闸门与溢流堰： 闸门和溢流堰是水库、大坝等水工建筑物中的关键组成部分。我们将分析不同类型闸门和溢流堰的水力特性，包括泄流能力、水头损失以及流态。 消能与防冲： 水工建筑物下游的水流往往具有很高的能量，可能对河床和结构产生冲刷。我们将介绍各种消能和防冲措施，如消力池、挑流鼻坎、块石护脚等，并分析其水力学原理。 水力学模型试验： 在大型复杂水工建筑物的设计中，水力学模型试验是不可或缺的手段。我们将介绍模型试验的设计原则、相似准则以及结果的换算方法。 第七篇：高等流体力学及其工程应用 本篇将对流体力学中的一些更深入和前沿的内容进行介绍，为读者提供更广阔的视野。 湍流理论： 湍流是自然界中最普遍的流体运动状态，但其研究也最为困难。我们将简要介绍湍流的生成机制、统计理论以及主要的湍流模型，如雷诺平均法和涡粘模型。 计算流体力学（CFD）： 随着计算机技术的发展，计算流体力学（CFD）已成为解决复杂流体问题的重要工具。我们将介绍CFD的基本原理，包括控制方程的离散化、数值求解方法以及网格生成技术。我们将通过一些工程案例，展示CFD在模拟河流泛滥、桥梁风阻、建筑通风等问题中的强大能力。 多相流： 在许多工程问题中，流体并非单一相，而是包含多种相，如气液两相流、固液两相流等。我们将介绍多相流的基本概念和研究方法，并探讨其在泥石流、气泡流、输砂管道等工程中的应用。 非牛顿流体： 许多实际流体，如泥浆、血液、聚合物溶液等，并非牛顿流体，其粘度随剪切速率的变化而变化。我们将介绍非牛顿流体的概念和本构方程，并讨论其在相关工程问题中的影响。 前沿研究方向： 最后，我们将简要介绍流体力学领域的一些前沿研究方向，如微流控、生物流体力学、等离子体动力学等，以期激发读者的学习兴趣和探索精神。 结语 工程流体力学是一门充满挑战与魅力的学科，它不仅是土木工程专业的核心课程，更是解决现代工程难题的必备知识。本教材力求通过严谨的理论阐述、丰富的工程案例和清晰的图示，帮助读者构建扎实的流体力学知识体系，培养分析和解决复杂工程问题的能力。我们相信，掌握工程流体力学的原理与方法，将为您的工程实践之路奠定坚实的基础，助您在建设更美好的工程世界中发挥重要作用。