目錄
第一部分 流體性質(zhì)及其靜力學(xué)
第1章 流體的物理性質(zhì)1
1.1 流體的性質(zhì)1
1.1.1 流動性、黏性和壓縮性1
1.1.2 流體物質(zhì)分子間的作用2
1.1.3 流體與人類生活和發(fā)展4
1.2 流體的連續(xù)介質(zhì)假設(shè)5
1.2.1 微觀、介觀和宏觀流體模型5
1.2.2 流體質(zhì)點與連續(xù)介質(zhì)假設(shè)6
1.3 單位和量綱7
1.4 流體質(zhì)點受到的力8
1.4.1 流體微元的體積力與表面力9
1.4.2 流體壓強(qiáng)與切向應(yīng)力10
1.5 流體熱力學(xué)狀態(tài)方程11
1.5.1 流體系統(tǒng)溫度與內(nèi)能12
1.5.2 熱力學(xué)定律與熵增原理13
1.5.3 流體狀態(tài)方程、壓縮和熱膨脹性15
1.6 流體動量、能量和質(zhì)量輸運定律18
1.6.1 動量輸運—流體黏滯現(xiàn)象19
1.6.2 熱量輸運—流體熱傳導(dǎo)現(xiàn)象21
1.6.3 質(zhì)量輸運—流體擴(kuò)散現(xiàn)象22
1.7 邊界層、層流和湍流23
1.7.1 流動邊界層23
1.7.2 層流與湍流現(xiàn)象24
1.8 液體表面張力25
1.8.1 表面張力的微觀分析25
1.8.2 拉普拉斯公式26
1.8.3 潤濕和毛細(xì)現(xiàn)象27
第2章 流體靜力學(xué)30
2.1 流體平衡時的壓強(qiáng)與基本方程30
2.1.1 流體平衡時的壓強(qiáng)30
2.1.2 流體平衡的基本方程32
2.2 均質(zhì)流體的靜力學(xué)壓強(qiáng)34
2.2.1 重力作用下靜止流體的平衡方程34
2.2.2 絕對壓強(qiáng)、相對壓強(qiáng)、真空度、水頭35
2.2.3 測壓計原理37
2.3 均質(zhì)靜止液體作用在物體表面上的壓強(qiáng)合力39
2.3.1 靜止液體作用在平面壁上的壓強(qiáng)合力39
2.3.2 靜止液體作用在曲面壁上的壓強(qiáng)合力41
2.3.3 浮力、浮心與浮體穩(wěn)性42
2.4 非慣性系中的流體靜力學(xué)及其應(yīng)用43
2.4.1 均勻加速直線運動容器中流體的平衡方程43
2.4.2 均勻角速度旋轉(zhuǎn)容器中流體的平衡方程44
2.5 大氣海洋中的平衡壓強(qiáng)變化45
2.5.1 大氣的平衡與國際標(biāo)準(zhǔn)大氣45
2.5.2 海水密度及平衡方程46
第二部分 流體動力學(xué)基礎(chǔ)
第3章 控制體與積分形式流體動力學(xué)49
3.1 流體運動的拉格朗日描述法和歐拉描述法49
3.1.1 拉格朗日描述法49
3.1.2 歐拉描述法50
3.2 控制體51
3.2.1 小控制體52
3.2.2 大控制體52
3.2.3 定常流動和非定常流動53
3.2.4 一維、二維與三維流動模型53
3.3 流體運動與質(zhì)量守恒54
3.3.1 一維定常流的流速變化54
3.3.2 流動通量56
3.3.3 積分形式流體連續(xù)方程58
3.4 流體受力與動量守恒60
3.4.1 流體受力分析60
3.4.2 一維定常流的受力分析61
3.4.3 二維定常流的受力分析62
3.4.4 積分形式流體動量方程64
3.5 流體黏性力與機(jī)械能損失66
3.5.1 流體黏性耗能效應(yīng)67
3.5.2 積分形式的能量方程68
第4章 流線與伯努利方程70
4.1 流線與流動形態(tài)可視化70
4.1.1 流線、跡線、煙線和時間線70
4.1.2 流動可視化技術(shù)75
4.1.3 流動數(shù)據(jù)圖76
4.2 定常流的伯努利方程78
4.2.1 沿著流線流體的力的平衡79
4.2.2 垂直流線流體的力的平衡81
4.3 流速變化與壓強(qiáng)變化的關(guān)系82
4.3.1 變截面一維管流再分析82
4.3.2 流動駐點和動壓強(qiáng)83
4.3.3 伯努利原理的簡單實驗84
第5章 物質(zhì)導(dǎo)數(shù)與流體運動微分方程86
5.1 物質(zhì)導(dǎo)數(shù)86
5.2 流體微分形式的連續(xù)方程89
5.3 流體微分形式的動量方程91
5.3.1 歐拉方程91
5.3.2 納維-斯托克斯方程93
5.3.3 流動的固體邊界條件96
5.4 從動力學(xué)方程分析流體靜力學(xué)96
第6章 量綱分析與相似理論98
6.1 量綱齊次原理與應(yīng)用99
6.1.1 量綱齊次原理99
6.1.2 量綱齊次性實例辨析100
6.1.3 無量綱化檢測分析101
6.2 定理與流動問題的無量綱化105
6.2.1 物理規(guī)律無量綱原理——定理105
6.2.2 無量綱化參數(shù)形式不唯一106
6.2.3 無量綱化的步驟與應(yīng)用108
6.3 無量綱形式流體運動方程111
6.3.1 伯努利方程的無量綱形式111
6.3.2 納維-斯托克斯方程的無量綱形式112
6.4 模型實驗相似準(zhǔn)則113
6.4.1 幾何相似114
6.4.2 運動相似114
6.4.3 動力相似114
第三部分 流體力學(xué)應(yīng)用基礎(chǔ)
第7章 管道內(nèi)層流與湍流118
7.1 黏性流的三個基本現(xiàn)象118
7.1.1 黏性應(yīng)力現(xiàn)象與雷諾數(shù)的意義118
7.1.2 邊界層現(xiàn)象與充分發(fā)展的流動119
7.1.3 過渡流與湍流現(xiàn)象120
7.2 管內(nèi)層流：泊肅葉流動121
7.2.1 平面泊肅葉流121
7.2.2 圓管內(nèi)泊肅葉流123
7.3 管內(nèi)過渡流和湍流125
7.3.1 管內(nèi)過渡流125
7.3.2 管內(nèi)湍流126
7.4 管流系統(tǒng)能量方程128
7.4.1 管流動能系數(shù)128
7.4.2 壓頭損失130
7.4.3 閥門原理133
7.4.4 水力直徑133
7.4.5 能量方程與伯努利方程的關(guān)系134
第8章 邊界層與流動分離135
8.1 平板層流邊界層135
8.1.1 平板繞流阻力的控制體分析135
8.1.2 平板繞流速度的布拉休斯相似解137
8.1.3 邊界層速度分布的拋物線假設(shè)138
8.1.4 邊界層位移厚度和動量損失厚度141
8.2 平板湍流邊界層143
8.3 曲面邊界層與流動分離147
8.3.1 流動分離現(xiàn)象147
8.3.2 圓柱尾流與卡門渦街149
8.4 鈍體和流線型體的阻力151
8.4.1 摩擦阻力與壓阻力151
8.4.2 流線型體與鈍體152
第9章 渦旋流動與無旋流動155
9.1 流體微元運動剖析155
9.1.1 流體微元的四種運動類型155
9.1.2 流場速度的亥姆霍茲分解定理158
9.2 渦量場與渦旋流動159
9.2.1 流場的渦量159
9.2.2 渦通量與速度環(huán)量162
9.3 無旋流動的速度勢164
9.3.1 流場速度勢函數(shù)164
9.3.2 速度勢函數(shù)的性質(zhì)164
9.3.3 由無旋流速求勢函數(shù)165
9.4 不可壓平面流動的流函數(shù)166
9.4.1 流函數(shù)的定義166
9.4.2 流函數(shù)和勢函數(shù)都存在的流動168
9.5 平面勢流基本解170
9.5.1 均勻流170
9.5.2 點源與點匯流動171
9.5.3 點渦流動172
9.5.4 均勻流與源匯流疊加174
9.6 圓柱繞流與升力問題175
9.6.1 圓柱繞流分析175
9.6.2 圓柱繞流疊加點渦流特性178
9.6.3 馬格努斯效應(yīng)179
9.6.4 機(jī)翼升力與環(huán)量分析179
第10章 水波流動182
10.1 水波的量綱分析182
10.1.1 水波問題無量綱過程183
10.1.2 黏性和表面張力影響分析184
10.1.3 深水和淺水重力波的不同184
10.2 淺水重力波185
10.2.1 淺水微幅平面重力波186
10.2.2 淺水微幅圓形重力波188
10.2.3 淺水大幅破碎波190
10.3 深水重力波191
10.3.1 水波速度勢與流體壓強(qiáng)191
10.3.2 線性重力水波色散關(guān)系193
10.3.3 線性水波流場特性分析196
10.3.4 水波能量特征199
參考文獻(xiàn)201