高等流体力学/普通高等教育“十三五”规划教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

内容简介

　　近半个世纪以来，作为力学的重要分支学科之一，流体力学这门古老的学科显示出强大的生命力，取得了一系列重大进展。
　　《高等流体力学/普通高等教育“十三五”规划教材》以部分引人关注的新问题和新进展为基本依托，向读者阐述相关的理论、方法及其应用。除了数学模型的建立、求解和必要的数学推导，同时强调问题物理过程的分析与简化。全书共分为六章，以不可压缩流动为主，在流体力学经典理论的基础上，分别介绍流动的稳定性与混沌、流体中的波、流体的旋涡运动、复杂流体介质流动，最后一章介绍分数阶微积分在流体力学中的应用．另外，附录介绍了谱方法及其应用。全书的编写既考虑到各章节之间的呼应和前后连贯性，也力求各章节的独立性和完整性。
　　《高等流体力学/普通高等教育“十三五”规划教材》可用作流体力学专业的研究生和高年级本科生的教材，也可以用作流体力学相关专业的教师和研究人员的参考书。

内页插图

目录

前言

第1章 流体力学基础
1．1 矢量分析基础
1．2 流体力学基本方程组及定解条件
1．3 正交曲线坐标系
参考文献

第2章 流动的稳定性与混沌
2．1 流动稳定性理论基础
2．2 界面流动的稳定性
2．3 流动的混沌现象
2．4 液膜流动的失稳与混沌现象
参考文献

第3章 流体中的波
3．1 波的内涵和定义
3．2 线性双曲波
3．3 非线性双曲波
3．4 线性色散波
3．5 非线性色散波
3．6 非线性表面重力波的解
参考文献

第4章 流体的旋涡运动
4．1 涡量场基本概念
4．2 涡量方程
4．3 涡声理论
4．4 旋涡流的精确解
4．5 面涡及其演化运动
4．6 线涡及其演化运动
4．7 点涡系动力学
参考文献

第5章 复杂流体介质流动
5．1 非牛顿流体流动问题
5．2 微极性与应力偶流体
5．3 智能流体
5．4 纳米流体
参考文献

第6章 分数阶微积分在流体力学中的应用
6．1 分数阶微积分定义与基本概念
6．2 分数阶微积分在流体力学中的应用案例
参考文献

附录 谱方法基础及其应用
A．1 谱方法简介
A．2 Fowier谱方法
A．3 Chebyshev方法
A．4 谱方法在本征值求解过程中的应用
A．5 谱方法在微分方程求解过程中的应用

参考文献

《流体动力学之谜：从宏观湍流到微观边界》 内容梗概： 本书深入探索流体动力学的奥秘，旨在为读者构建一个全面而深刻的理解框架。我们跳出传统教科书的线性叙事，以问题驱动的方式，层层剖析流体行为的多重维度。从支配宏观尺度上的复杂涌动，到影响微观界面性质的精细作用，本书将带领读者经历一场引人入胜的科学发现之旅。 第一部分：尺度与动力——理解流体的多重面貌 宏观涌动与混沌边界： 我们将从行星尺度的天气系统、海洋环流开始，探讨大尺度流体动力学中的非线性行为与混沌现象。如何用数学语言描述风暴的形成与演变？洋流如何影响全球气候？这部分将介绍Navier-Stokes方程在宏观尺度下的应用，并引入大涡模拟（LES）等数值方法，揭示复杂系统中的涌现行为。我们将深入探讨湍流的统计特性，例如能量耗散谱、湍流尺度的分布，以及湍流边界层如何影响飞行器、船舶的性能。读者将了解到，看似随机的湍流背后，蕴藏着深刻的数学结构和物理规律。 中观交响与界面效应： 当我们缩小观察范围，流体将在管道、河道、甚至生物体内展现出截然不同的动态。本部分将聚焦于中观尺度的流体现象，例如管道中的层流与湍流转变，激波的产生与传播，以及多相流体的复杂相互作用。我们将深入研究边界层理论，分析流体与固体壁面之间的相互作用如何产生阻力，以及如何通过优化设计来减小这些影响。在此基础上，我们将探讨界面张力、毛细现象以及表面活性剂在液体表面行为中的作用，例如液滴的形成与破碎、泡沫的稳定性等。 微观低语与分子动力学： 进入微观世界，流体的行为将由分子间的相互作用和热力学效应主导。本部分将转向微观尺度下的流体力学，例如微通道内的流体流动、纳米尺度下物质的输运现象。我们将介绍扩散、粘滞性等基本概念在微观尺度上的体现，并探讨分子动力学模拟等计算方法如何揭示分子层面的流动机制。例如，我们将分析药物分子在体内的传递、纳米粒子在生物体内的扩散过程，以及微流控芯片中的液体操控原理。 第二部分：驱动与制约——流体行为的根源探秘 能量流动与耗散： 流体的运动离不开能量的驱动与转化。本部分将系统阐述能量在流体系统中的流动与耗散机制。从外力（如重力、压差）的驱动，到粘性耗散、湍流耗散，我们将量化能量的损耗过程，并探讨如何通过能量守恒定律来分析流体系统的稳定性。读者将了解到，能量的有效利用和最小化耗散是工程设计中的核心考量。 守恒定律的普适性： 流体动力学建立在一系列基本守恒定律之上，包括质量守恒、动量守恒和能量守恒。本部分将深入剖析这些守恒定律在不同尺度和不同流体类型中的具体体现。我们将通过求解一系列经典问题，例如伯努利方程的应用、雷诺输运定理的推导，来展示守恒定律的强大预测能力。 压力、速度与粘滞性的博弈： 压差是驱动流体运动的主要力量，而粘滞性则是抵抗运动的阻碍。速度则反映了运动的剧烈程度。本部分将深入研究压力场、速度场和粘滞性这三个核心要素之间的相互制约关系。我们将分析泊肃叶流、斯托克斯流等经典流动模型，理解粘性对流动形态的影响，并探讨雷诺数等判据如何预测流动的性质。 第三部分：复杂系统与前沿应用——流体动力学的无限可能 湍流的精确控制与预测： 尽管湍流的本质复杂，但科学家们从未停止对其精确控制和预测的探索。本部分将介绍计算流体力学（CFD）在湍流模拟中的最新进展，包括大尺度模拟（DNS）、混合模型（Reynolds-averaged Navier-Stokes, RANS）的改进，以及人工智能在湍流预测中的应用。我们将探讨如何通过控制流体边界条件、引入外场来抑制或增强湍流，以及这些技术在航空航天、能源、环境等领域的应用前景。 生物流体力学：探索生命的流动之美： 生物体内的流动现象是流体力学研究的又一重要领域。本部分将聚焦于生物流体力学，例如血液在血管中的流动、空气在肺部中的交换、鸟类和昆虫的飞行机制。我们将分析生物体如何巧妙地利用流体动力学原理来优化其生存能力，并探讨生物启发的流动控制技术。 多相流与界面现象的工程挑战： 现实世界中的流体往往不是单一的，而是包含气体、液体、固体等多种相态的混合物。本部分将深入研究多相流体的复杂行为，例如气液两相流、液固混合流。我们将探讨气泡动力学、液滴破碎与聚结、颗粒在流体中的输运等问题，并分析这些现象在化工、石油、冶金等工业过程中的重要性。 新兴技术与流体力学： 随着科技的进步，流体力学在新兴技术领域扮演着越来越重要的角色。本部分将展望流体力学在微纳制造、新能源（如核聚变、风能）、智能材料、甚至太空探索等领域的应用。例如，我们将讨论如何利用微流控技术实现高精度物质操控，如何设计高效的反应堆冷却系统，以及如何模拟行星大气层的流动。 本书特色： 跨尺度整合： 打破尺度界限，将宏观、中观、微观的流体现象融会贯通，提供统一的理解视角。 问题驱动导向： 以实际的科学问题和工程挑战为出发点，激发读者的好奇心和探索欲。 理论与实践并重： 深入阐述基础理论，同时结合丰富的工程案例和前沿研究，展现流体力学的强大实用性。 数学工具的精妙应用： 引导读者理解并掌握分析流体行为所需的关键数学工具。 展望未来： 关注流体力学在未来科技发展中的潜力和作用。 本书适合对流体动力学充满兴趣的本科生、研究生、工程师以及所有希望深入理解物质世界运行规律的读者。通过本书的学习，您将能够更深刻地洞察流体世界的运动规律，并具备解决相关科学与工程问题的能力。