《流體力學(xué)基礎(chǔ)/普通高等教育“十三五”規(guī)劃教材》以航空航天為背景,涵蓋不可壓縮流動到可壓縮流動的流體力學(xué)基礎(chǔ)問題,選取了一些流體力學(xué)的基本物理概念、基本分析方法和基本理論作為主要內(nèi)容,并在內(nèi)容的選取和深度的把握上做了一定的取舍,力圖使學(xué)生在較短學(xué)時內(nèi)通過學(xué)習(xí)能夠掌握流體力學(xué)的基本概念、基本理論及分析方法,為后續(xù)相關(guān)專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。
《流體力學(xué)基礎(chǔ)/普通高等教育“十三五”規(guī)劃教材》注重學(xué)生對基本概念和基本流體力學(xué)現(xiàn)象的理解,弱化數(shù)學(xué)推導(dǎo),強(qiáng)化物理概念,強(qiáng)調(diào)分析問題的方式和方法,適合普通高校工科專業(yè)少學(xué)時的流體力學(xué)課程之用。
流體力學(xué)作為一門基礎(chǔ)學(xué)科,國內(nèi)外的相關(guān)教材非常多,例如Robert W.Fox等人編寫的Fluid Mechanics已經(jīng)更新到第SI版,國內(nèi)周光垌先生或者吳望一先生編寫的《流體力學(xué)》也非常經(jīng)典。流體力學(xué)涵蓋的內(nèi)容非常廣泛,從不可壓縮流動到可壓縮流動,從內(nèi)流到外流,從水動力學(xué)到流體機(jī)械到航空航天。國內(nèi)許多高校都依據(jù)自己的教學(xué)實(shí)踐和需求編寫了相應(yīng)的教材,例如清華大學(xué)張兆順教授編寫的《流體力學(xué)》側(cè)重于用數(shù)學(xué)語言描述流體問題,上海交通大學(xué)丁祖榮編寫的《流體力學(xué)》資料豐富、覆蓋面廣,北京理工大學(xué)車輛工程學(xué)院張業(yè)影教授編寫的《流體力學(xué)》側(cè)重于不可壓縮流動。另外,還有很多關(guān)于水力學(xué)、風(fēng)工程等方面的優(yōu)秀的工程流體力學(xué)教材。
流體力學(xué)是大多數(shù)工科院校本科生的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。在寬口徑培養(yǎng)的大背景下,目前各個學(xué)校對于專業(yè)基礎(chǔ)課程的課時都在不斷壓縮,這就使得老師在課程安排上不可能追求內(nèi)容多而全,數(shù)學(xué)推導(dǎo)不可能要求很高。而傳統(tǒng)的流體力學(xué)教材涵蓋面都很廣,難度比較大,適合作為相應(yīng)研究方向?qū)W生的參考書或者流體力學(xué)專業(yè)學(xué)生的教材,而不適合作為普通工科學(xué)生的流體力學(xué)基礎(chǔ)課程教材。
鑒于此種背景,我們以航空航天為背景,涵蓋不可壓縮流動到可壓縮流動的流體力學(xué)基礎(chǔ)問題,選取了一些流體力學(xué)的基本物理概念、基本分析方法和基本理論作為主要內(nèi)容,并在內(nèi)容的選取和深度的把握上做了一定的取舍,力圖使學(xué)生在較短學(xué)時內(nèi)通過學(xué)習(xí)能夠掌握流體力學(xué)的基本概念、基本理論及分析方法,為后續(xù)相關(guān)專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。
本書注重學(xué)生對基本概念和基本流體力學(xué)現(xiàn)象的理解,弱化數(shù)學(xué)推導(dǎo),強(qiáng)化物理概念,強(qiáng)調(diào)分析問題的方式和方法,適合普通高校工科專業(yè)少學(xué)時的流體力學(xué)課程之用。
本書由北京理工大學(xué)雷娟棉教授和王鎖柱老師負(fù)責(zé)編寫第四、五、六、七、八章,于勇副教授負(fù)責(zé)編寫第一、二、三、九章,并做最終的統(tǒng)稿工作。編者為本科生講授“流體力學(xué)基礎(chǔ)”和“空氣動力學(xué)”課程十余年,為多屆碩士研究生講授“飛行器空氣動力學(xué)”和“飛行器氣動設(shè)計”“計算流體力學(xué)”等課程。從本科教學(xué)需求出發(fā),根據(jù)教學(xué)大綱要求,在多年教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上,作者編寫了《流體力學(xué)基礎(chǔ)》內(nèi)部講義,目前已經(jīng)經(jīng)過多年的本科教學(xué)使用,本教材就是以該講義為基礎(chǔ)編寫的。
由于編者水平有限,書中的缺點(diǎn)和錯誤在所難免,懇請使用者不吝指正。
第一章 流體及其性質(zhì)
1.1 流體力學(xué)的研究內(nèi)容和方法
1.2 流體質(zhì)點(diǎn)與連續(xù)介質(zhì)假設(shè)
1.3 流體的可壓縮性與熱膨脹性
1.4 流體的黏性和導(dǎo)熱性
1.5 表面張力與毛細(xì)管作用
1.6 蒸氣壓強(qiáng)與氣蝕
1.7 作用在流體上的力
習(xí)題
第二章 流體靜力學(xué)
2.1 流體靜壓強(qiáng)及其特性
2.2 靜止流體的平衡微分方程
2.3 重力場中靜止流體內(nèi)的壓力分布
2.4 靜壓力的計量
2.5 流體的相對平衡
2.6 靜止流體作用在物面上的總壓力計算
2.7 大氣的平衡
習(xí)題
第三章 流體運(yùn)動學(xué)
3.1 流體運(yùn)動的兩種描述方法及互相轉(zhuǎn)換
3.2 質(zhì)點(diǎn)的隨體導(dǎo)數(shù)
3.3 跡線與流線、流管與流量
3.4 運(yùn)動流體的應(yīng)變率張量
3.5 流體中的作用力與應(yīng)力張量
習(xí)題
第四章 流體運(yùn)動基本方程
4.1 流體的系統(tǒng)與控制體
4.2 連續(xù)方程
4.3 動量方程
4.4 能量方程
4.5 流體的熱力學(xué)狀態(tài)方程
4.6 流體動力學(xué)基本方程組的封閉性及定解條件
習(xí)題
第五章 無黏性流體的一維流動
5.1 流體運(yùn)動的一維模型及基本方程
5.2 不可壓縮流體的伯努利方程及其應(yīng)用
5.3 動量定理及其應(yīng)用
習(xí)題
第六章 黏性不可壓縮流體的一維流動
6.1 黏性流體運(yùn)動的兩種流態(tài)——層流和湍流
6.2 圓管中的充分發(fā)展層流與湍流
6.3 管流的沿程壓力損失和局部阻力損失
6.4 黏性總流的伯努利方程及其應(yīng)用
6.5 兩平行平板間的二維流動
習(xí)題
第七章 邊界層流動
7.1 邊界層概念
7.2 邊界層的厚度
7.3 平面不可壓層流邊界層微分方程
7.4 邊界層的解
7.5 邊界層的分離
習(xí)題
第八章 定常一維可壓縮氣流
8.1 可壓縮氣流的一些基本概念
8.2 定常一維可壓縮氣流的基本方程組
8.3 定常一維等熵流動
8.4 正激波
8.5 幾何噴管中的流動
習(xí)題
第九章 量綱分析與相似原理
9.1 量綱與單位
9.2 量綱分析
9.3 泊金漢兀定理
9.4 相似原理
9.5 模型實(shí)驗(yàn)
9.6 模型實(shí)驗(yàn)舉例
小結(jié)
習(xí)題