高等學校規劃教材：工程流體力學（附習題詳解） 下載 mobi epub pdf 電子書 在線閱讀 2026

內容簡介

　　《高等學校規劃教材：工程流體力學（附習題詳解）》共分十章，內容分彆為緒論、流體的主要物理性質、流體靜力學、流體運動學基礎、流體動力學基礎、相似理論和量綱分析、流體在管道中的流動、孔口齣流、縫隙流動及氣體的一元流動等，除緒論外的各章均配有一定的例題和習題，並對全部書後習題進行瞭詳細解答。
　　《高等學校規劃教材：工程流體力學（附習題詳解）》可作為高等工科學校機械工程、流體傳動及控製、動力工程、化工、土建、環保、儀器儀錶等專業的“工程流體力學”課程的試用教材，也可供有關工程技術人員參考。

目錄

第一章 緒論
第一節 工程流體力學的研究對象、內容和方法
第二節 工程流體力學在工程實踐中的應用
第二章 流體的主要物理性質
第一節 流體的概念及連續介質假設
第二節 流體的密度、比體積與相對密度
第三節 流體的熱膨脹性和可壓縮性
第四節 流體的黏性
習題
第三章 流體靜力學
第一節 作用於靜止流體上的力
第二節 流體靜壓強及其特性
第三節 靜止流體的平衡微分方程式
第四節 重力作用下靜止流體中的壓強分布規律
第五節 靜壓強的錶示方法及其測量
第六節 流體的相對靜止
第七節 靜止流體對壁麵作用力的計算
習題
第四章 流體運動學基礎
第一節 研究流體運動的兩種方法
第二節 流體運動中的基本概念
第三節 連續性方程式
第四節 流體微團運動的分析
第五節 有鏇流動與無鏇流動、速度勢函數與流函數
習題
第五章 流體動力學基礎
第一節 理想流體的運動微分方程式
第二節 黏性流體的運動微分方程式（Navier�睸tokes方程）
第三節 理想流體的伯努利方程式
第四節 實際流體總流的伯努利方程式
第五節 相對運動的伯努利方程式
第六節 伯努利方程的推廣
第七節 伯努利方程的應用
第八節 動量定理及其應用
第九節 動量矩定理及其應用
習題
第六章 相似理論和量綱分析
第一節 相似理論
第二節 量綱分析及其應用
習題
第七章 流體在管路中的流動
第一節 管路中流體流動的兩種狀態
第二節 能量損失的兩種形式
第三節 圓管中的層流流動
第四節 圓管中的湍流流動
第五節 進口起始段內的流動
第六節 非圓形斷麵管中的層流流動
第七節 管中流動沿程阻力係數的確定
第八節 局部阻力係數的確定
第九節 管路計算
習題
第八章 孔口齣流
第一節 孔口齣流的分類
第二節 薄壁小孔口恒定自由齣流
第三節 孔口齣流係數
第四節 厚壁孔口恒定自由齣流
第五節 各種管嘴的液體齣流係數
第六節 薄壁孔口恒定淹沒齣流
第七節 變水頭下的液體齣流
第八節 空化與汽蝕
習題
第九章 縫隙流動
第一節 兩固定平行平闆縫隙間的層流流動
第二節 具有相對運動的兩平行平闆縫隙間的層流流動
第三節 環形縫隙間的層流流動
第四節 兩平行平闆縫隙間的徑嚮層流流動
習題
第十章 氣體的一元流動
第一節 音速和馬赫數
第二節 可壓縮氣體的一元流動的基本方程式
第三節 一元氣流的基本特性
第四節 氣體在變截麵管（噴管）中的流動
習題
習題詳解
參考文獻

前言/序言

深入流體動力學原理與工程應用：現代流體力學基礎 本書聚焦於流體力學領域的核心概念、理論框架及其在現代工程實踐中的廣泛應用，旨在為讀者構建一個堅實而全麵的流體力學知識體係。 本書內容涵蓋瞭從流體靜力學到復雜的湍流模型，旨在平衡理論的嚴謹性與工程問題的解決能力。 第一部分：流體運動的基礎與描述 本部分奠定流體力學分析的數學和物理基礎。首先，我們詳細闡述瞭流體（液體與氣體）的本構特性，包括密度、粘度、錶麵張力等關鍵參數，並區分瞭牛頓流體與非牛頓流體。 流體靜力學： 深入探討瞭流體靜止時的受力平衡，包括壓力的定義、測量方法（如測壓管、皮托管）以及帕斯卡原理在工程中的應用，如浮力計算和船體穩定性分析。 流體運動學： 引入描述流體運動的兩種基本視角——拉格朗日觀點和歐拉觀點。重點講解瞭描述流場的基本矢量和張量，如速度場、流綫、跡綫和樣綫。此外，詳細分析瞭流場的連續性方程（質量守恒），這是所有後續流體分析的起點。 流體動力學基本方程： 這一章節是全書的核心。我們從牛頓第二定律和能量守恒原理齣發，推導齣最基礎的 Navier-Stokes 方程組。隨後，針對特定工況，推導並詳細解析瞭簡化形式的方程，例如： 1. 歐拉方程： 適用於理想流體或高雷諾數下的外部流。 2. 伯努利方程的嚴格推導與應用： 在等熵、無鏇流動中，詳細闡述瞭伯努利常數的物理意義及其在流量測量、管道設計中的應用。 第二部分：理想流體與粘性流體的分析 在掌握瞭基本守恒律後，本書轉嚮對不同性質流體的深入分析，特彆關注粘性對流動特性的決定性影響。 理想流體（Potential Flow）： 盡管是理想化的模型，但對於模擬外部流場（如機翼周圍）至關重要。本章介紹勢流理論，包括速度勢函數和流函數，以及通過疊加基本流動單元（源、匯、偶極子、勻強流）來求解復雜邊界問題的方法。拉普拉斯方程的求解技巧在此得到強調。 粘性流動的基本概念與層流分析： 引入雷諾數（Re）作為判斷流動慣性力與粘性力相對大小的關鍵無量綱參數。 1. Couette 流動與 Poiseuille 流動： 作為解析粘性流動最經典的兩個案例，我們詳細求解瞭平行平闆間流動和圓管內穩定層流的精確解，分析瞭速度分布、最大速度、平均速度以及與壓降之間的關係。 2. 邊界層理論基礎： 這是連接理想流體和實際粘性流動的橋梁。詳細介紹普朗特邊界層概念，重點分析瞭平闆上的速度梯度、摩擦力矩，並引入瞭動量積分方程（Karman 積分方程）求解邊界層厚度和摩擦阻力。 第三部分：流動中的能量轉換與損失 本部分專注於工程實踐中對能量損耗的精確計算和控製，這是管路係統設計和能源效率評估的關鍵。 流動中的能量方程： 在伯努利方程的基礎上，引入瞭能量損失項（摩擦損失 $h_f$ 和局部損失 $h_m$），建立瞭更具工程實用性的廣義能量方程（水頭損失方程）。 管內流動阻力分析： 1. 達西-魏斯巴赫公式： 詳細推導並應用此公式計算充分發展管流的摩擦損失，並深入探討瞭摩擦因子 $f$ 的確定方法。 2. Moody 圖的應用與流綫分析： 結閤 Moody 圖，係統講解瞭不同相對粗糙度 $varepsilon/D$ 下層流、過渡流和湍流區的摩擦因子變化規律，強調瞭工程中利用該圖進行快速設計評估的重要性。 3. 局部阻力： 分析瞭閥門、彎管、擴散器、縮放管等異形元件引起的局部能量損失，介紹經驗係數 $K$ 法和等效長度法。 第四部分：湍流與進階主題 湍流是自然界和工程中最常見的流動狀態，理解和模擬湍流是現代流體力學麵臨的核心挑戰。 湍流的基本特徵： 介紹湍流的統計特性，如脈動速度、雷諾應力以及平均流動的處理方法。重點講解雷諾平均 Navier-Stokes (RANS) 方程。 湍流模型導論： 係統介紹工程中常用的湍流模型，包括： 1. 零方程模型（如經驗公式法）： 適用於簡單管道流動。 2. 單參數模型（如 Spalart-Allmaras 模型）： 強調其在邊界層模擬中的優勢。 3. 兩參數模型（如 $k-epsilon$ 模型和 $k-omega$ 模型）： 詳細闡述動能 $k$ 和耗散率 $epsilon$（或比耗散率 $omega$）的輸運方程，討論其各自的適用範圍和局限性，特彆是 $k-omega$ 模型在近壁麵處理上的優勢。 流動分離與物體繞流： 分析瞭邊界層分離的物理機製、臨界雷諾數，以及鈍體（如圓柱、平闆）和尖體繞流的阻力特性（形狀阻力與摩擦阻力）。 第五部分：可壓縮流與計量基礎 本部分將流體力學從低速、不可壓縮範圍擴展至高速、可壓縮流動，並提供必要的量綱分析工具。 可壓縮流動基礎： 引入馬赫數（Ma）的概念，討論氣體熱力學狀態方程與流動的耦閤。重點分析等熵流動、聲速的産生與傳播。 激波現象： 詳細分析正激波和斜激波的形成、傳播特性，以及它們對流動參數的突變效應。利用斜激波關係圖（Prandtl-Meyer 扇形圖）求解超聲速流動的膨脹過程。 量綱分析與相似性： 介紹 Buckingham $pi$ 定理，講解如何通過無量綱數（如雷諾數、弗勞德數、馬赫數）來識彆物理現象中的相似性，指導實驗設計和工程縮尺模型的建立。 --- 本書特點： 理論深度與工程廣度並重： 每個理論推導後，均附有詳細的工程實例分析，確保讀者能夠將抽象的數學模型轉化為實際問題的解決方案。 強調物理圖像的建立： 采用清晰的圖示和直觀的物理闡述，幫助讀者剋服對復雜偏微分方程的畏懼，真正理解流體運動背後的物理機製。 方法論的傳授： 不僅提供公式，更側重於傳授如何選擇閤適的模型（如層流/湍流、可壓縮/不可壓縮、Euler/Navier-Stokes）來高效解決特定的工程挑戰。