流體力學與傳熱學基礎 [Fundamentals of Fluid Mechanics and Heat Transfer] 下載 mobi epub pdf 電子書 在線閱讀 2026

內容簡介

　　《流體力學與傳熱學基礎》閤測控技術與儀器專業的培養目標，重點講解流體力學與熱傳遞過程的理論基礎。主要內容包括流體靜力學基礎、流體動力學基礎、黏性流體運動及其阻力計算、熱傳導、對流傳熱、輻射傳熱等理論基礎。
　　《流體力學與傳熱學基礎》主要作為高等學校測控技術與儀器、機械工程、環境工程等專業的教學用書，也可供有關專業工程技術人員參考。

內頁插圖

目錄

前言
主要符號錶

第一章 流體力學概論
第一節 流體力學的研究對象
第二節 流體的主要物理性質
一、密度與重度
二、可壓縮性和熱膨脹性
三、黏性
第三節 靜止流體上二的作用力
一、質量力
二、錶麵力
三、錶麵張力

第二章 流體靜力學基礎
第一節 平衡狀態下流體的應力特徵
一、錶麵力
二、質量力
第二節 流體的平衡微分方程式及其積分
一、流體平衡微分方程
二、平衡微分方程的積分
三、等壓麵
第三節 流體靜力學基本方程
一、在重力作用F靜止液體的壓強分布
二、靜止液體中的壓強汁算和等壓麵
三、靜力學基本方程式的意義
四、絕對壓強、錶壓強、真空度
第四節 壓強的測量
一、測壓管
二、U形測壓管
三、杯式測壓計
四、多支組閤式U形管測壓計
五、差壓計
六、金屬式測壓計
第五節 靜止流體對物體錶麵的壓強閤力
一、靜止液體作用在平麵壁上的壓強閤力
二、靜止液體作用在麯麵壁上的壓強閤力

第三章 流體動力學基礎
第一節 描述流體運動的兩種方法
一、拉格朗日法
二、歐拉法
三、質點加速度
第二節 流體運動的基本概念
一、跡綫和流綫
二、定常流動和非定常流動
三、流麵、流管、流束與總流
四、過流斷麵、流量和斷麵平均流速
第三節 流體運動的連續性方程
一、係統與控製體
二、直角坐標係中的連續性方程
三、微元流束和總流的連續性方程
第四節 流體運動微分方程
一、無黏性流體運動微分方程式
二、黏性流體運動微分方程式-
第五節 無黏性流體微元流束的伯努利積分
第六節 黏性流體總流的伯努利方程
一、黏性流體微元流束的伯努利方程
二、急變流和緩變流
三、平均流速與動能修正係數
四、總流的伯努利方程
第七節 測量流速和流量的儀器
一、皮托管測速原理
二、文丘裏流量汁

第四章 黏性流體運動及其阻力計算
第一節 流動運動的兩種狀態——層流與湍流
一、雷諾實驗
二、不同流動狀態的水頭損失規律
三、流動狀態的判彆標準——雷諾數
四、湍流運動的基本特徵
第二節 管內流動阻力的兩種類型
一、過流斷麵與水力半徑
二、流體運動與流動阻力的兩種形式
第三節 圓管定常層流流動
一、圓管層流的運動常微分方程
二、圓管層流的速度分布和切應力分布
三、圓管層流流量和平均流速
四、圓管層流的沿程損失
第四節 圓管定常湍流流動
一、圓管湍流的速度分布
二、水力光滑管與水力粗糙管
三、圓管湍流的沿程損失
第五節 圓管流動沿程損失係數的確定
一、尼古拉茲實驗
二、莫迪圖
第六節 管路中的局部水頭損失
一、管徑突然擴大的局部損失
二、計算局部損失的普遍公式
三、水頭損失的疊加原則

第五章 傳熱導論
第一節 概論
第二節 熱量傳遞的三種基本方式和基本定律
一、熱傳導
二、熱對流
三、熱輻射
四、導熱基本定律——傅裏葉定律
五、對流傳熱基本定律——牛頓冷卻公式
六、熱輻射的基本規律
第三節 基本概念與定義
一、溫度場
二、等溫麵與等溫綫
三、溫度梯度
第四節 傳熱過程和傳熱係數
一、傳熱過程的計算與傳熱係數
二、傳熱熱阻

第六章 導熱基本定律及穩態導熱
第一節 導熱基本定律——傅裏葉定律
一、導熱機理
二、導熱基本定律
三、導熱係數
第二節 導熱微分方程式及定解條件
一、導熱微分方程
二、定解條件
第三節 典型一維穩態導熱問題的分析解
一、通過平壁的導熱
二、通過圓筒壁的穩態導熱

第七章 非穩態導熱
第一節 非穩態導熱的基本概念
第二節 非穩態導熱的數學模型
第三節 集中參數法的簡化分析
第四節 典型一維物體非穩態導熱的分析解
一、三種幾何形狀物體的溫度場分析解
二、非穩態導熱的正規狀況分析解的簡化以及工程計算方法

第八章 對流傳熱的理論基礎
第一節 對流傳熱概論
一、對流傳熱的影響因素
二、對流傳熱現象的分類
三、對流傳熱的研究方法
四、如何從解得的溫度場來計算錶麵傳熱係數
第二節 對流傳熱問題的數學描寫
第三節 邊界層的概念及邊界層換熱微分方程組
一、流動邊界層
二、熱邊界層
三、邊界層換熱微分方程組
四、流體外掠等溫平闆傳熱的層流分析解
五、普朗特數的物理意義
第四節 相似原理與量綱分析
一、相似原理的基本內容
二、方程分析法
三、量綱分析法-
四、相似原理的應用
第五節 圓管內湍流強製對流傳熱關聯式
第六節 大空間自然對流傳熱的實驗關聯式
一、自然對流傳熱的特點
二、大空間自然對流傳熱的實驗關聯式

第九章 輻射傳熱理論基礎與計算
第一節 熱輻射的基本概念
第二節 黑體輻射基本定律
一、普朗剋定律
二、維恩位移定律
三、斯忒藩．玻爾茲曼定律
四、蘭貝特定律
第三節 實際固體和液體的輻射特性
一、實際物體的輻射力
二、實際物體的光譜輻射力
三、實際物體的定嚮輻射強度
第四節 實際物體的吸收比與基爾霍夫定律
一、實際物體的吸收比
二、灰體的概念
三、吸收比與發射率的關係——基爾霍夫定律
第五節 黑體麵的輻射傳熱及角係數
一、兩黑體錶麵的輻射傳熱計算
二、代數分析法求解角係數
第六節 組成封閉空間的兩灰體間輻射傳熱
一、有效輻射
二、封閉空間內兩灰體間的輻射傳熱
第七節 輻射傳熱的強化與削弱
第八節 氣體的輻射特性和吸收特性
一、氣體輻射的特點
二、氣體的吸收定律——貝爾定律

參考文獻
附錄

前言/序言

好的，這是一份針對《流體力學與傳熱學基礎》這本書的詳細簡介，內容涵蓋瞭多個相關但未直接屬於該主題的領域，旨在提供一個全麵且深入的概述。 --- 流體力學與傳熱學基礎：拓展視野與前沿探索 本書旨在為讀者提供一個堅實的工程與物理學基礎，但其內容聚焦於一係列與流體力學和傳熱學緊密相關，但又在經典教科書中常被視為獨立或更高級主題的領域。我們通過探索這些拓展性主題，旨在拓寬讀者的知識邊界，使其能夠將流體力學和傳熱學的基本原理應用於更復雜的現實問題。 第一部分：先進的數值計算方法與應用 本部分深入探討瞭在流體力學和傳熱學研究中不可或缺的數值模擬技術。我們不會詳細介紹流體力學和傳熱學的基本方程推導，而是將重點放在如何利用現代計算工具來求解這些方程。 1. 計算流體力學（CFD）的高級網格生成與處理： 我們將探討非結構化網格（Unstructured Meshes）的生成技術，如四麵體（Tetrahedral）和多麵體（Polyhedral）網格的構建方法。重點在於網格質量對計算精度的影響，以及如何處理邊界層網格的生成，特彆是對高剪切流動的精確捕捉。此外，我們還將討論自適應網格加密（Adaptive Mesh Refinement, AMR）技術在捕獲流動分離點和激波等關鍵特徵時的應用。 2. 離散化技術與數值穩定性： 本章側重於有限體積法（Finite Volume Method）的進一步發展，特彆是高階精度格式，如加權本質無振蕩（WENO）格式和加權最小二乘（CWLS）法。我們將分析不同格式在處理非綫性對流項時的收斂性和穩定性，並討論時間步進策略，如隱式法與顯式法的結閤使用，以應對復雜的瞬態問題。 3. 湍流模型的後處理與不確定性量化（UQ）： 在介紹完湍流模型（如RANS、LES）的計算流程後，本部分將側重於結果的解讀。我們討論如何通過統計分析來評估模擬結果的可靠性，引入瞭不確定性量化方法，如濛特卡洛模擬（Monte Carlo Simulation）和伴隨方法（Adjoint Methods），以評估輸入參數（如物性參數、邊界條件）變化對計算結果的影響。 第二部分：材料科學與熱物理的交集 本部分將流體力學和傳熱學的原理與材料科學的前沿進展相結閤，探索熱量和質量如何在微觀和介觀尺度上發生相互作用。 1. 界麵傳熱與薄膜熱阻： 我們深入研究在納米尺度和微電子設備中常見的界麵現象。討論重點在於固-固、固-液界麵的熱邊界導熱係數（Thermal Boundary Conductance, TBC）的測量方法和影響因素（如界麵粗糙度、聲子散射機製）。這部分內容擴展瞭傳統傅裏葉定律的適用範圍，探討瞭熱擴散在非均質材料中的復雜行為。 2. 相變過程的微觀機理與數值模擬： 關注液-固、液-氣相變過程在受限空間內的動態行為。例如，在微通道或多孔介質中的沸騰、冷凝過程。我們將探討拉烏爾-湯姆遜效應（Raoult's Law）在小尺寸氣泡形成中的修正，以及如何利用相場模型（Phase Field Method）來模擬形核、生長和閤並等過程，這超越瞭傳統傳熱學中對宏觀相變潛熱的簡單處理。 3. 反應流體力學與化學動力學： 本章側重於燃燒、催化反應器內的流動與傳熱耦閤。我們將分析如何將化學反應速率方程與納維-斯托剋斯方程耦閤，研究火焰傳播速度、熄火極限等問題。討論內容包括稀疏燃燒（Lean Combustion）下的熱點形成機理以及催化劑錶麵傳質與反應的相互影響。 第三部分：多相流動的先進分析 本部分不涉及基礎的氣液兩相流概念，而是聚焦於高復雜性、多組分流動的理論框架與實驗錶徵技術。 1. 分散流體係統中的界麵張力建模： 在復雜乳液或泡沫體係中，界麵張力是非恒定的，並受到周圍流場和物質輸運的影響。我們將探討Marangoni效應在自由錶麵流動中的主導作用，以及如何利用界麵麯率對錶麵粘度和濃度梯度的響應來構建更準確的界麵模型。 2. 多孔介質中的非達西流動與介觀效應： 超越傳統的達西定律（Darcy's Law）適用範圍，我們研究在孔隙尺度接近或小於特徵流體尺度時的流動行為。討論瞭介觀效應，如通道化（Channeling）和非綫性慣性項的引入。此外，還探討瞭在電磁場或磁場作用下，導電液體在多孔介質中的流動（如MHD效應）。 3. 顆粒流與顆粒動力學（DEM）： 本章專門分析固體顆粒在流體中的運動與相互作用。重點在於離散元方法（DEM）與CFD的耦閤（Coupled DEM-CFD），用於模擬高濃度漿體、氣力輸送或流化床中的顆粒碰撞、磨損與能量耗散。我們討論瞭顆粒接觸模型的選擇及其對宏觀流場的影響。 第四部分：熱能儲存與轉換的高級技術 本部分將應用流體力學和傳熱學原理，分析新興的能源存儲與轉換係統，這些係統往往涉及復雜的跨尺度傳熱過程。 1. 儲能介質的流動與換熱增強： 重點討論在潛熱儲能（PCM）係統中的流動不穩定性（如熱虹吸現象）以及如何通過添加導熱增強材料（如碳納米管、石墨片）來改善PCM的傳熱性能，而不破壞其相變特性。 2. 先進熱管理係統中的熱電效應： 探討珀爾帖效應（Peltier Effect）與塞貝剋效應（Seebeck Effect）在熱電製冷與發電中的應用。我們分析瞭熱電材料的性能係數（ZT值）與載流子輸運的耦閤關係，以及如何設計具有優異流道結構的集成式熱電器件以最大化能量轉換效率。 3. 輻射傳熱的精確建模與光譜分析： 超越簡單的灰體輻射假設，本章研究具有選擇性吸收和發射特性的氣體和固體材料。我們將應用離散坐標法（Discrete Ordinates Method, DOM）或濛特卡洛輻射法（Monte Carlo Radiation Method）來求解輻射傳輸方程，特彆關注高爐、火箭發動機等高溫環境中的輻射傳熱。 通過對上述四個拓展領域的深入探討，本書旨在為讀者建立一個跨越基礎理論與前沿工程實踐的橋梁，為未來解決復雜的熱物理與流體動力學挑戰做好準備。