工程流體力學

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 流體的屬性 2
1.2 量綱、量綱齊次性和單位 3
1.3 流體屬性分析 9
1.4 流體質量和重量 9
1.4.1 密度 9
1.4.2 重度 10
1.4.3 相對密度 10
1.5 理想氣體定律 11
1.6 黏度 12
1.7 流體的可壓縮性 20
1.7.1 流體的體積模量 20
1.7.2 氣體的壓縮和膨脹 20
1.7.3 聲速 23
1.8 蒸氣壓強 24
1.9 表面張力 26
1.10 本章總結 30
習題 31
第2章 流體靜力學 41
2.1 靜止流體中的壓強及其性質 41
2.2 流體靜力學基本方程 42
2.3 壓強變化 44
2.3.1 不可壓縮流體 45
2.3.2 可壓縮流體 49
2.4 標準大氣壓 51
2.5 壓強的測量 52
2.6 液體測壓計 55
2.6.1 U形管測壓計 55
2.6.2 傾斜管測壓計 59
2.7 機械和電子測壓計 61
2.8 平壁壓力分析 63
2.9 *壁壓力分析 65
2.10 浮力、浮選和穩(wěn)定性 68
2.10.1 阿基米德原理 68
2.10.2 穩(wěn)定性 71
2.11 液體的相對平衡 72
2.11.1 線性運動 73
2.11.2 剛體旋轉 75
2.12 本章總結 78
習題 79
第3章 伯努利方程 88
3.1 牛頓第二定律 88
3.2 沿流線切線方向的伯努利方程 91
3.3 沿流線法線方向的伯努利方程 96
3.4 沿總流的伯努利方程 99
3.5 靜壓、滯止壓、動壓和總壓 103
3.6 伯努利方程的應用舉例 109
3.6.1 自由射流 109
3.6.2 有限空間內(nèi)流動 113
3.6.3 流速測量 122
3.7 伯努利方程的水力學意義 128
3.8 伯努利方程應用的限制條件 131
3.8.1 可壓縮性的影響 131
3.8.2 非定常伯努利方程 134
3.8.3 旋轉效應 136
3.8.4 其他限制 138
3.9 本章總結 138
習題 140
第4章 流體運動學 163
4.1 速度場 163
4.1.1 歐拉和拉格朗日描述 164
4.1.2 一維、二維和三維流動 166
4.1.3 定常和非定常流動 167
4.1.4 流線、脈線和跡線 167
4.2 加速度場 172
4.2.1 質點導數(shù) 172
4.2.2 非定常效應 175
4.2.3 對流效應 176
4.2.4 流線坐標 180
4.3 控制體和系統(tǒng) 182
4.4 雷諾輸運定理 183
4.4.1 雷諾輸運定理的推導 185
4.4.2 物理解釋 190
4.4.3 與質點導數(shù)的關系 191
4.4.4 定常效應 191
4.4.5 非定常效應 192
4.4.6 移動的控制體 193
4.4.7 控制體的選擇 195
4.5 本章總結 196
習題 197
第5章 流體流動的積分分析法 208
5.1 系統(tǒng)、控制體和輸運公式 208
5.2 連續(xù)性方程 208
5.2.1 連續(xù)性方程的推導 208
5.2.2 固定不變形控制體 210
5.2.3 運動不變形控制體 215
5.2.4 變形控制體 218
5.3 動量和動量矩方程 219
5.3.1 動量方程的推導 219
5.3.2 動量方程的應用 221
5.3.3 動量矩方程的推導 224
5.3.4 動量矩方程的應用 225
5.4 能量方程 233
5.4.1 能量方程的推導 233
5.4.2 能量方程的應用 236
5.4.3 能量方程與伯努利方程的比較 241
5.4.4 能量方程在非均勻流動中的應用 248
5.4.5 能量方程與動量方程的結合 251
5.5 本章總結 252
習題 253
第6章 流體流動的微分分析法 267
6.1 流體微元的運動分析 267
6.1.1 速度場和加速度場 267
6.1.2 線應變 268
6.1.3 角變形 270
6.1.4 流體的旋轉 272
6.1.5 亥姆霍茲速度分解定理 275
6.2 微分形式的連續(xù)性方程 276
6.2.1 連續(xù)性方程的推導 276
6.2.2 圓柱坐標系下的連續(xù)性方程 279
6.2.3 流函數(shù) 279
6.3 微分形式的動量方程 284
6.3.1 微元體受力分析 285
6.3.2 動量方程 288
6.4 無黏性流動 289
6.4.1 歐拉運動方程 289
6.4.2 伯努利方程 290
6.4.3 無旋流動的伯努利方程 291
6.4.4 速度勢 294
6.4.5 平面勢流與基本解 297
6.4.6 平面勢流復勢解法 309
6.5 黏性流動 317
6.5.1 應力與變形率 318
6.5.2 納維-斯托克斯方程 319
6.5.3 圓柱坐標系下的納維-斯托克斯方程 320
6.6 微分形式的能量方程 320
6.7 本章總結 322
習題 325
第7章 量綱分析 336
7.1 量綱分析與Π定理 336
7.1.1 量綱分析 336
7.1.2 白金漢Π定理 338
7.1.3 Π數(shù)的確定 339
7.1.4 量綱分析的補充說明 345
7.2 流體力學中常見的無量綱數(shù) 349
7.3 相似原理與模型實驗 353
7.4 典型的模型實驗應用 358
7.4.1 封閉空間內(nèi)的流動 360
7.4.2 浸沒體周圍的流動 363
7.4.3 自由表面的流動 367
7.5 控制方程分析法 371
7.6 本章總結 374
習題 375
第8章 黏性流體內(nèi)流 395
8.1 管道內(nèi)流動特性 396
8.1.1 層流和湍流 396
8.1.2 入口段流動和充分發(fā)展流動 399
8.1.3 壓強和切應力 400
8.2 平行平板間層流 401
8.2.1 固定平板間的定常流動 401
8.2.2 一般庫埃特流 404
8.3 管內(nèi)充分發(fā)展層流 406
8.3.1 圓管內(nèi)層流速度分布 406
8.3.2 泊肅葉定律 408
8.4 管內(nèi)充分發(fā)展湍流 411
8.4.1 層流向湍流的過渡 411
8.4.2 湍流剪切應力 413
8.4.3 湍流速度分布 417
8.5 管道內(nèi)流動損失 421
8.5.1 沿程阻力損失 421
8.5.2 局部阻力損失 426
8.5.3 非圓形管道內(nèi)流動損失 437
8.6 管道系統(tǒng) 440
8.6.1 單一管道 441
8.6.2 多管道系統(tǒng) 450
8.7 本章總結 456
習題 457
第9章 黏性流體外流 474
9.1 外流基本特征 475
9.1.1 升力和阻力 475
9.1.2 繞流物體的特點 479
9.2 邊界層 482
9.2.1 平板上的邊界層特點及厚度 484
9.2.2 普朗特-布拉休斯邊界層精確解 488
9.2.3 邊界層的動量積分方程 493
9.2.4 層流到湍流邊界層的過渡 500
9.2.5 湍流邊界層流動 502
9.2.6 壓力梯度的影響 507
9.2.7 非零壓力梯度的邊界層動量積分方程 511
9.3 繞流物體的阻力 512
9.3.1 摩擦阻力 512
9.3.2 形狀阻力 514
9.3.3 阻力系數(shù) 516
9.4 繞流物體的升力 532
9.4.1 表面壓力分布 533
9.4.2 環(huán)量 539
9.5 本章總結 543
習題 545
第10章 可壓縮流體 560
10.1 熱力學基礎知識 560
10.1.1 理想氣體 560
10.1.2 內(nèi)能與焓 561
10.1.3 熵 564
10.2 聲速、馬赫數(shù)與馬赫錐 566
10.2.1 聲速 566
10.2.2 馬赫數(shù)與馬赫錐 569
10.3 一維定?？蓧嚎s流能量方程 573
10.3.1 絕能流能量方程 573
10.3.2 等熵流伯努利方程 574
10.3.3 等熵流氣動函數(shù) 574
10.4 一維變截面定常等熵流 576
10.4.1 截面變化對流動的影響 576
10.4.2 噴管內(nèi)等熵流 580
10.4.3 等截面管道流動 594
10.5 等截面摩擦管流 594
10.5.1 范諾流 594
10.5.2 瑞利流 608
10.5.3 正激波 614
10.6 二維超聲速流動 623
10.7 本章總結 625
習題 630
第11章 流體機械 633
11.1 引言 633
11.2 基礎能量方程 634
11.3 離心泵 636
11.3.1 離心泵的性能參數(shù) 636
11.3.2 基本理論 639
11.3.3 泵性能特征 645
11.3.4 汽蝕余量 647
11.3.5 泵的選擇 651
11.4 相似定律 656
11.4.1 比例定律 658
11.4.2 比轉速 660
11.5 軸流泵 661
11.6 風機 663
11.7 水輪機 664
11.7.1 水輪機的工作參數(shù) 665
11.7.2 水輪機工作的基本方程 666
11.7.3 反擊式水輪機 667
11.8 壓縮機 669
11.8.1 離心式壓縮機 670
11.8.2 軸流式壓縮機 671
11.9 本章總結 671
習題 673
主要參考文獻 678
附錄A 計算流體力學簡介 679
附錄B 常用流體的物理性質 688
附錄C 平板邊界層數(shù)據(jù) 692
附錄D 理想氣體可壓縮性 694