高等学校规划教材：工程流体力学（附习题详解） pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

内容简介

　　《高等学校规划教材：工程流体力学（附习题详解）》共分十章，内容分别为绪论、流体的主要物理性质、流体静力学、流体运动学基础、流体动力学基础、相似理论和量纲分析、流体在管道中的流动、孔口出流、缝隙流动及气体的一元流动等，除绪论外的各章均配有一定的例题和习题，并对全部书后习题进行了详细解答。
　　《高等学校规划教材：工程流体力学（附习题详解）》可作为高等工科学校机械工程、流体传动及控制、动力工程、化工、土建、环保、仪器仪表等专业的“工程流体力学”课程的试用教材，也可供有关工程技术人员参考。

目录

第一章 绪论
第一节 工程流体力学的研究对象、内容和方法
第二节 工程流体力学在工程实践中的应用
第二章 流体的主要物理性质
第一节 流体的概念及连续介质假设
第二节 流体的密度、比体积与相对密度
第三节 流体的热膨胀性和可压缩性
第四节 流体的黏性
习题
第三章 流体静力学
第一节 作用于静止流体上的力
第二节 流体静压强及其特性
第三节 静止流体的平衡微分方程式
第四节 重力作用下静止流体中的压强分布规律
第五节 静压强的表示方法及其测量
第六节 流体的相对静止
第七节 静止流体对壁面作用力的计算
习题
第四章 流体运动学基础
第一节 研究流体运动的两种方法
第二节 流体运动中的基本概念
第三节 连续性方程式
第四节 流体微团运动的分析
第五节 有旋流动与无旋流动、速度势函数与流函数
习题
第五章 流体动力学基础
第一节 理想流体的运动微分方程式
第二节 黏性流体的运动微分方程式（Navier�睸tokes方程）
第三节 理想流体的伯努利方程式
第四节 实际流体总流的伯努利方程式
第五节 相对运动的伯努利方程式
第六节 伯努利方程的推广
第七节 伯努利方程的应用
第八节 动量定理及其应用
第九节 动量矩定理及其应用
习题
第六章 相似理论和量纲分析
第一节 相似理论
第二节 量纲分析及其应用
习题
第七章 流体在管路中的流动
第一节 管路中流体流动的两种状态
第二节 能量损失的两种形式
第三节 圆管中的层流流动
第四节 圆管中的湍流流动
第五节 进口起始段内的流动
第六节 非圆形断面管中的层流流动
第七节 管中流动沿程阻力系数的确定
第八节 局部阻力系数的确定
第九节 管路计算
习题
第八章 孔口出流
第一节 孔口出流的分类
第二节 薄壁小孔口恒定自由出流
第三节 孔口出流系数
第四节 厚壁孔口恒定自由出流
第五节 各种管嘴的液体出流系数
第六节 薄壁孔口恒定淹没出流
第七节 变水头下的液体出流
第八节 空化与汽蚀
习题
第九章 缝隙流动
第一节 两固定平行平板缝隙间的层流流动
第二节 具有相对运动的两平行平板缝隙间的层流流动
第三节 环形缝隙间的层流流动
第四节 两平行平板缝隙间的径向层流流动
习题
第十章 气体的一元流动
第一节 音速和马赫数
第二节 可压缩气体的一元流动的基本方程式
第三节 一元气流的基本特性
第四节 气体在变截面管（喷管）中的流动
习题
习题详解
参考文献

前言/序言

深入流体动力学原理与工程应用：现代流体力学基础 本书聚焦于流体力学领域的核心概念、理论框架及其在现代工程实践中的广泛应用，旨在为读者构建一个坚实而全面的流体力学知识体系。 本书内容涵盖了从流体静力学到复杂的湍流模型，旨在平衡理论的严谨性与工程问题的解决能力。 第一部分：流体运动的基础与描述 本部分奠定流体力学分析的数学和物理基础。首先，我们详细阐述了流体（液体与气体）的本构特性，包括密度、粘度、表面张力等关键参数，并区分了牛顿流体与非牛顿流体。 流体静力学： 深入探讨了流体静止时的受力平衡，包括压力的定义、测量方法（如测压管、皮托管）以及帕斯卡原理在工程中的应用，如浮力计算和船体稳定性分析。 流体运动学： 引入描述流体运动的两种基本视角——拉格朗日观点和欧拉观点。重点讲解了描述流场的基本矢量和张量，如速度场、流线、迹线和样线。此外，详细分析了流场的连续性方程（质量守恒），这是所有后续流体分析的起点。 流体动力学基本方程： 这一章节是全书的核心。我们从牛顿第二定律和能量守恒原理出发，推导出最基础的 Navier-Stokes 方程组。随后，针对特定工况，推导并详细解析了简化形式的方程，例如： 1. 欧拉方程： 适用于理想流体或高雷诺数下的外部流。 2. 伯努利方程的严格推导与应用： 在等熵、无旋流动中，详细阐述了伯努利常数的物理意义及其在流量测量、管道设计中的应用。 第二部分：理想流体与粘性流体的分析 在掌握了基本守恒律后，本书转向对不同性质流体的深入分析，特别关注粘性对流动特性的决定性影响。 理想流体（Potential Flow）： 尽管是理想化的模型，但对于模拟外部流场（如机翼周围）至关重要。本章介绍势流理论，包括速度势函数和流函数，以及通过叠加基本流动单元（源、汇、偶极子、匀强流）来求解复杂边界问题的方法。拉普拉斯方程的求解技巧在此得到强调。 粘性流动的基本概念与层流分析： 引入雷诺数（Re）作为判断流动惯性力与粘性力相对大小的关键无量纲参数。 1. Couette 流动与 Poiseuille 流动： 作为解析粘性流动最经典的两个案例，我们详细求解了平行平板间流动和圆管内稳定层流的精确解，分析了速度分布、最大速度、平均速度以及与压降之间的关系。 2. 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。详细介绍普朗特边界层概念，重点分析了平板上的速度梯度、摩擦力矩，并引入了动量积分方程（Karman 积分方程）求解边界层厚度和摩擦阻力。 第三部分：流动中的能量转换与损失 本部分专注于工程实践中对能量损耗的精确计算和控制，这是管路系统设计和能源效率评估的关键。 流动中的能量方程： 在伯努利方程的基础上，引入了能量损失项（摩擦损失 $h_f$ 和局部损失 $h_m$），建立了更具工程实用性的广义能量方程（水头损失方程）。 管内流动阻力分析： 1. 达西-魏斯巴赫公式： 详细推导并应用此公式计算充分发展管流的摩擦损失，并深入探讨了摩擦因子 $f$ 的确定方法。 2. Moody 图的应用与流线分析： 结合 Moody 图，系统讲解了不同相对粗糙度 $varepsilon/D$ 下层流、过渡流和湍流区的摩擦因子变化规律，强调了工程中利用该图进行快速设计评估的重要性。 3. 局部阻力： 分析了阀门、弯管、扩散器、缩放管等异形元件引起的局部能量损失，介绍经验系数 $K$ 法和等效长度法。 第四部分：湍流与进阶主题 湍流是自然界和工程中最常见的流动状态，理解和模拟湍流是现代流体力学面临的核心挑战。 湍流的基本特征： 介绍湍流的统计特性，如脉动速度、雷诺应力以及平均流动的处理方法。重点讲解雷诺平均 Navier-Stokes (RANS) 方程。 湍流模型导论： 系统介绍工程中常用的湍流模型，包括： 1. 零方程模型（如经验公式法）： 适用于简单管道流动。 2. 单参数模型（如 Spalart-Allmaras 模型）： 强调其在边界层模拟中的优势。 3. 两参数模型（如 $k-epsilon$ 模型和 $k-omega$ 模型）： 详细阐述动能 $k$ 和耗散率 $epsilon$（或比耗散率 $omega$）的输运方程，讨论其各自的适用范围和局限性，特别是 $k-omega$ 模型在近壁面处理上的优势。 流动分离与物体绕流： 分析了边界层分离的物理机制、临界雷诺数，以及钝体（如圆柱、平板）和尖体绕流的阻力特性（形状阻力与摩擦阻力）。 第五部分：可压缩流与计量基础 本部分将流体力学从低速、不可压缩范围扩展至高速、可压缩流动，并提供必要的量纲分析工具。 可压缩流动基础： 引入马赫数（Ma）的概念，讨论气体热力学状态方程与流动的耦合。重点分析等熵流动、声速的产生与传播。 激波现象： 详细分析正激波和斜激波的形成、传播特性，以及它们对流动参数的突变效应。利用斜激波关系图（Prandtl-Meyer 扇形图）求解超声速流动的膨胀过程。 量纲分析与相似性： 介绍 Buckingham $pi$ 定理，讲解如何通过无量纲数（如雷诺数、弗劳德数、马赫数）来识别物理现象中的相似性，指导实验设计和工程缩尺模型的建立。 --- 本书特点： 理论深度与工程广度并重： 每个理论推导后，均附有详细的工程实例分析，确保读者能够将抽象的数学模型转化为实际问题的解决方案。 强调物理图像的建立： 采用清晰的图示和直观的物理阐述，帮助读者克服对复杂偏微分方程的畏惧，真正理解流体运动背后的物理机制。 方法论的传授： 不仅提供公式，更侧重于传授如何选择合适的模型（如层流/湍流、可压缩/不可压缩、Euler/Navier-Stokes）来高效解决特定的工程挑战。