《工程流體力學(xué)（第二版）》是根據(jù)機(jī)械、動(dòng)力類專業(yè)40～50學(xué)時(shí)的工程流體力學(xué)課程教學(xué)要求組織編寫的。全書除緒論外共分7章：流體的主要物理性質(zhì)、流體靜力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)、流體在圓管中的流動(dòng)、孔口出流、縫隙流動(dòng)和可壓縮氣體的一元流動(dòng)。各章后配有思考與練習(xí)題，并附有參考答案，方便學(xué)生自測(cè)和復(fù)習(xí)。
《工程流體力學(xué)（第二版）》可作為機(jī)械類及近機(jī)械類各專業(yè)本科生及�？粕こ塘黧w力學(xué)課程教材，也可供相關(guān)技術(shù)人員參考。
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本書是根據(jù)機(jī)械、動(dòng)力類各專業(yè)工程流體力學(xué)課程的教學(xué)要求，參考教育部流體力學(xué)課程教學(xué)指導(dǎo)小組制定的《工程流體力學(xué)課程教學(xué)基本要求》，及2006年四川流體力學(xué)會(huì)議上的《流體力學(xué)水力學(xué)資源庫(kù)框架》編寫而成的。全書除緒論外共分7章。從緒論到第3章為流體力學(xué)的基礎(chǔ)理論，第4～7章為流體力學(xué)在各方面的應(yīng)用。各章之間具有相對(duì)的獨(dú)立性，學(xué)�？筛鶕�(jù)各自的教學(xué)要求組合成不同形式的教學(xué)模塊。
科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)工程流體力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法提出了更高的要求。本著以培養(yǎng)面向21世紀(jì)創(chuàng)新人才為宗旨，以“基于研究的教學(xué)”和“大學(xué)生自主學(xué)習(xí)”的理念為導(dǎo)向，要求構(gòu)建以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力為核心的新課程體系。在編寫教材時(shí)，我們力求加強(qiáng)基礎(chǔ)、強(qiáng)調(diào)應(yīng)用，在介紹基礎(chǔ)理論的同時(shí)，大量介紹工程應(yīng)用問(wèn)題。
本書以吉林大學(xué)機(jī)械學(xué)院流體力學(xué)教研室的教師為主要編寫隊(duì)伍，河北科技大學(xué)任歐旭老師也參與了部分章節(jié)的編寫。全書根據(jù)編者多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)實(shí)踐編寫而成，經(jīng)多次討論和修改，最終成稿。參加本書編寫的有：吉林大學(xué)趙曉影（緒論、第1章）、王輝（第3章）、于萍（第4章6～7節(jié)）、沙永柏（第5章）、張萃（第6章）、朱黎輝（第7章），河北科技大學(xué)任歐旭（第2章、第4章1～5節(jié)）。本書由于萍擔(dān)任主編，并完成全書的修改和統(tǒng)稿工作。
本次再版對(duì)全書重新作了修訂，對(duì)已發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及疏漏均加以改正，但由于作者水平有限，仍有可能存在差錯(cuò)，懇請(qǐng)讀者批評(píng)、指正。
編者
2014年11月
目錄
前言
緒論
第1章流體的主要物理性質(zhì) 3
1.1連續(xù)介質(zhì)概論 3
1.2流體的密度和相對(duì)密度 4
1.3流體的黏性 5
1.3.1黏性產(chǎn)生的原因 5
1.3.2牛頓內(nèi)摩擦定律 5
1.3.3流體的黏度 6
1.3.4理想流體 8
1.4流體的膨脹性和壓縮性 10
1.4.1體脹系數(shù) 10
1.4.2壓縮系數(shù)和體積彈性系數(shù) 10
1.4.3不可壓縮流體的概念 11
本章小結(jié) 12
思考與練習(xí) 12
第2章流體靜力學(xué) 15
2.1作用在流體上的力 15
2.1.1質(zhì)量力 15
2.1.2表面力 16
2.1.3流體靜壓強(qiáng) 16
2.2流體平衡微分方程 17
2.2.1流體平衡微分方程的導(dǎo)出 17
2.2.2質(zhì)量力的勢(shì)函數(shù) 1 8
2.2.3等壓面 19
2.3重力場(chǎng)中的平衡流體 20
2.3.1不可壓縮流體的靜壓強(qiáng)基本公式 20
2.3.2可壓縮流體的靜壓強(qiáng)分布公式 22
2.4靜壓強(qiáng)的計(jì)算與測(cè)量 23
2.4.1靜壓強(qiáng)的計(jì)算單位 23
2.4.2靜壓強(qiáng)的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn) 24
2.4.3靜壓強(qiáng)的測(cè)量 24
2.5平衡流體對(duì)壁面的作用力 27
2.5.1作用在傾斜平面上的總壓力 28
2.5.2作用在曲面上的總壓力 3 1
2.5.3作用在沉沒(méi)物體上的總壓力 35
2.6流體在非慣性坐標(biāo)系中的相對(duì)平衡 35
2.6.1等加速水平直線運(yùn)動(dòng)容器中液體的相對(duì)平衡 36
2.6.2等角速度旋轉(zhuǎn)容器中液體的相對(duì)平衡 36
本章小結(jié) 38
思考與練習(xí) 39
第3章流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 45
3.1研究流體流動(dòng)的方法 45
3.1.1拉格朗日法 45
3.1.2歐拉法 46
3.2流動(dòng)的分類 47
3.2.1定常流動(dòng)和非定常流動(dòng) 47
3.2.2—維流動(dòng)、二維流動(dòng)和三維流動(dòng) 48
3.2.3均勻流和非均勻流 48
3.2.4緩變流和急變流 49
3.3用歐拉法描述流體運(yùn)動(dòng)的基本概念 49
3.3.1流線 49
3.3.2流管、流束、有效斷面 50
3.3.3流量 51
3.3.4平均流速 51
3.4 系統(tǒng)與控制體 51
3.5連續(xù)方程 53
3.6實(shí)際流體的運(yùn)動(dòng)微分方程（納維-斯托克斯方程） 54
3.7能量方程 58
3.8伯努利方程及其應(yīng)用 60
3.8.1伯努利方程的幾何意義及物理意義 60
3.8.2伯努利方程在工程實(shí)際中的應(yīng)用 61
3.9沿流線主法線方向壓強(qiáng)和速度的變化 63
3.10 黏性流體總流的伯努利方程 64
3.11動(dòng)量方程與動(dòng)量矩方程 66
3.11.1慣性坐標(biāo)系中的動(dòng)量方程與動(dòng)量矩方程 66
3.11.2定常管流的動(dòng)量方程 66
3.11.3動(dòng)量方程的應(yīng)用 67
3.12旋流、勢(shì)流及渦 74
3.12.1流體質(zhì)點(diǎn)的變形與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 74
3.12.2旋流、勢(shì)流及渦的概念 76
3.13點(diǎn)渦速度場(chǎng)的規(guī)律及其應(yīng)用 77
3.13.1點(diǎn)渦速度場(chǎng)的概念和模型 77
3.13.2無(wú)旋流動(dòng)的能量方程 78
3.13.3圓周運(yùn)動(dòng)的壓強(qiáng)與速度的關(guān)系 79
3.13.4點(diǎn)渦速度場(chǎng)的規(guī)律 80
3.13.5渦核內(nèi)外部流場(chǎng)靜壓頭及總水頭 80
3.13.6旋風(fēng)分離器壓強(qiáng)損失的分析 82
3.14渦輪機(jī)械基本方程 83
本章小結(jié) 85
思考與練習(xí) 85
第4章流體在圓管中的流動(dòng) 91
4.1雷諾實(shí)驗(yàn) 91
4.1.1M流織流 92
4.1.2流動(dòng)狀態(tài)的判定 92
4.1.3沿程損失與速度的關(guān)系 93
4.1.4水力直徑的概念 94
4.2圓管中的層流流動(dòng) 95
4.2.1流速分布和流量 95
4.2.2平均流速和最大流速 97
4.2.3層流的動(dòng)能和動(dòng)量修正系數(shù) 97
4.2.4層流的沿程損失 97
4.2.5管路進(jìn)口起始段 99
4.3圓管中的湍流流動(dòng) 99
4.3.1時(shí)均流動(dòng)與脈動(dòng) 101
4.3.2混合長(zhǎng)度理論 102
4.3.3湍流的速度分布 105
4.4管路流動(dòng)的沿程阻力 107
4.4.1尼古拉茲實(shí)驗(yàn) 108
4.4.2莫迪圖 111
4.5管路流動(dòng)的局部阻力 115
4.5.1局部損失產(chǎn)生的原因 115
4.5.2管路突然擴(kuò)大的局部阻力 116
4.5.3幾種常用的局部阻力系數(shù) 116
4.5.4局部損失一般表達(dá)式 120
4.5.5局部阻力的相互干擾 120
4.6管路計(jì)算 121
4.6.1簡(jiǎn)單管路 122
4.6.2串聯(lián)管路 123
4.6.3并聯(lián)管路 124
4.6.4管路特性 126
4.7 水擊現(xiàn)象 128
4.7.1水擊的物理過(guò)程 128
4.7.2水擊壓強(qiáng)和水擊波的傳播速度 130
4.7.3防止水擊危害的措施 132
本章小結(jié) 132
思考與練習(xí) 133
第5章孔口出流與相似原理 141
5.1孔口出流概述 141
5.1.1薄壁孔口和厚壁孔口 141
5.1.2自由出流和淹沒(méi)出流 142
5.1.3完善收縮和不完善收縮 142
5.1.4恒定出流和非恒定出流 143
5.2薄壁孔口恒定出流 143
5.2.1薄壁孔口出流的速度和流量計(jì)算 143
5.2.2孔口出流系數(shù) 145
5.3厚壁孔口恒定出流 145
5.3.1厚壁孔口出流的速度和流量 146
5.3.2孔口出流系數(shù) 146
5.3.3不同孔口出流系數(shù) 148
5.4機(jī)械中的氣穴現(xiàn)象 150
5.4.1氣穴與氣蝕 150
5.4.2節(jié)流氣穴 151
5.4.3泵進(jìn)口處的氣穴 152
5.5相似原理 152
5.5.1流體的力學(xué)相似 153
5.5.2動(dòng)力相似準(zhǔn)則 154
5.5.3近似模型法 157
本章小結(jié) 161
思考與練習(xí) 161
第6章縫隙流動(dòng) 165
6.1平行平面縫隙 165
6.1.1速度分布規(guī)律與流量 165
6.1.2切應(yīng)力與摩擦力 166
6.1.3功率損失與最佳縫隙 167
6.2環(huán)形縫隙 167
6.2.1同心環(huán)形縫隙 167
6.2.2偏心環(huán)形縫隙 168
6.3平行圓盤縫隙 169
6.3.1放射流動(dòng) 169
6.3.2擠壓流動(dòng) 170
6.4傾斜平面間的縫隙流動(dòng) 171
6.4.1縫隙間的速度分布 171
6.4.2壓強(qiáng)分布與流量 172
6.4.3柱塞運(yùn)動(dòng)中的卡緊力 173
6.4.4動(dòng)壓支撐的支撐力 174
本章小結(jié) 176
思考與練習(xí) 176
第7章可壓縮氣體的一元流動(dòng) 180
7.1聲速和馬赫數(shù) 180
7.1.1聲速 180
7.1.2馬赫數(shù) 182
7.2可壓縮氣體一元流動(dòng)的基本方程 184
7.2.1可壓縮性氣體總流的連續(xù)性方程 184
7.2.2可壓縮性氣體的能量方程 185
7.2.3可壓縮性氣體的運(yùn)動(dòng)方程 186
7.3—元?dú)怏w的流動(dòng)特性 186
7.3.1滯止?fàn)顟B(tài)和滯止參數(shù) 186
7.3.2最大速度狀態(tài) 188
7.3.3臨界狀態(tài)和臨界參數(shù) 188
7.4氣體在半截面管(噴管)中的流動(dòng) 189
7.4.1馬赫數(shù)和截面面積的關(guān)系 190
7.4.2漸縮噴管和拉瓦爾噴管 191
本章小結(jié) 195
思考與練習(xí) 195
參考文獻(xiàn) 198
第1章流體的主要物理性質(zhì)
流體的平衡和運(yùn)動(dòng)規(guī)律與其自身的物理性質(zhì)緊密相關(guān)，因此有必要對(duì)流體的物理性質(zhì)進(jìn)行了解，本章將介紹流體的一主要物理性質(zhì)。
要求學(xué)生通過(guò)本章的學(xué)習(xí)了解流體力學(xué)的基本概念、流體的主要物理特性。
1．1連續(xù)介質(zhì)概論
流體和固體一樣是由大量分子組成的，并且每個(gè)分子都不斷地做隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)，分子與分子之間存在著分子力的作用。流體包括液體與氣體，由于具體形態(tài)的不同，氣體、液體與固體的屬性又有著一定的差別：首先，在相同體積的條件下，固體的分子數(shù)目多于液體，而液體又多于氣體；其次，在相同分子距的條件下，固體分子力大于液體，而液體大于氣體；再次，在外界溫度、壓強(qiáng)等條件相同的條件下，固體分子距最小，液體分子距次之，氣體分子距最大。上述特點(diǎn)決定了氣體分子可以在所給的空間內(nèi)做自由運(yùn)動(dòng)，而液體分子只能在小范圍內(nèi)做不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，固體分子卻只能圍繞其自身位置做微小的振動(dòng)。
上述微觀結(jié)構(gòu)上的差異導(dǎo)致宏觀表象的不同。從受力方面考慮，在緒論中已述及，固體既能承受壓力又能承受拉力和剪切力；而流體主要承受壓力，不能承受拉力，在微小剪切力的作用下就會(huì)產(chǎn)生連續(xù)的變形。固體受一定大小外力的作用后產(chǎn)生的變形在外力消除后可以自動(dòng)恢復(fù)；而流體流動(dòng)后，其變形是不能自行消除的。此外，固體有一定的體積和形狀；液體有一定的體積，而無(wú)一定的形狀；氣體既無(wú)一定的體積，也無(wú)一定的形狀。
流體是由無(wú)數(shù)分子組成的，而分子與分子間有空隙，即從微觀角度看，流體并不是連續(xù)分布的物質(zhì)。由于流體力學(xué)的任務(wù)是要研究宏觀流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因而它不研究微觀的分子運(yùn)動(dòng)。在研究流體的宏觀運(yùn)動(dòng)中，引用了流體質(zhì)點(diǎn)和連續(xù)介質(zhì)兩個(gè)理論模型。
所謂流體質(zhì)點(diǎn)，就是流體中宏觀尺寸非常小而微觀尺寸又足夠大的任意一個(gè)物理實(shí)體，也稱流體微團(tuán)。宏觀尺寸非常小是指流體質(zhì)點(diǎn)所占據(jù)的宏觀體積極限為零；微觀尺寸足夠大是指流體質(zhì)點(diǎn)的微觀體積大于流體分子尺寸的數(shù)量級(jí)，即流體質(zhì)點(diǎn)包含著大量的分子。由于包含大量的分子，所以流體質(zhì)點(diǎn)就具有了統(tǒng)計(jì)平均特性，使得各宏觀物理量具有意義。
……
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