流體力學基礎

目錄
前言
第1章　緒論　1
1.1　流體力學的發(fā)展　1
1.2　流體的力學特性和連續(xù)介質(zhì)模型　3
1.2.1　流體的力學特性　3
1.2.2　連續(xù)介質(zhì)模型　4
1.3　流體的黏性　5
1.3.1　牛頓內(nèi)摩擦定律　5
1.3.2　動力黏性系數(shù)和運動黏性系數(shù)　8
1.3.3　理想流體　9
1.4　流體的其他物理性質(zhì)　10
1.4.1　流體的壓縮性和膨脹性　10
1.4.2　流體的導熱性　11
習題　12
第2章　流體靜力學　15
2.1　流體上的作用力和靜壓強　15
2.1.1　質(zhì)量力和表面力　15
2.1.2　流體的靜壓強　16
2.2　靜止流體微分方程及相關概念　18
2.2.1　歐拉靜平衡方程　18
2.2.2　力勢函數(shù)　20
2.2.3　等壓面　22
2.3　重力作用下流體內(nèi)部的壓強　22
2.3.1　重力作用下液體內(nèi)部壓強分布規(guī)律　22
2.3.2　壓強測量　26
2.3.3　重力作用下的大氣壓強分布規(guī)律　28
2.4　流體的相對平衡　30
2.4.1　等加速直線運動容器中液體的平衡　31
2.4.2　等角速度旋轉(zhuǎn)容器中液體的平衡　32
2.5　流體對平面的作用力　36
2.6　流體對曲面的作用力　41
2.6.1　流體對曲面作用力的計算過程　41
2.6.2　流體對曲面作用力的應用　43
2.7　表面張力的相關知識　46
2.7.1　表面張力　46
2.7.2　彎曲壓強　48
2.7.3　毛細現(xiàn)象　49
習題　54
第3章　流體運動分析基礎　62
3.1　流體運動的描述　62
3.1.1　拉格朗日法和歐拉法　62
3.1.2　流體運動的分類　64
3.2　隨流導數(shù)　67
3.3　體系和控制體　69
3.4　雷諾輸運定理　69
3.5　描述流場的幾個概念　72
3.5.1　跡線、流線及脈線　72
3.5.2　流管及流面　75
3.6　流體微團的運動和變形　76
3.6.1　流體微團的運動分析　76
3.6.2　亥姆霍茲速度分解定理　80
3.7　有旋流動及無旋流動　81
3.7.1　有旋流動及旋渦強度　81
3.7.2　無旋流動及速度勢函數(shù)　84
習題　87
第4章　理想流體動力學的基本方程　90
4.1　連續(xù)方程　90
4.1.1　積分形式連續(xù)方程　90
4.1.2　微分形式連續(xù)方程　92
4.1.3　微分與積分形式的轉(zhuǎn)換　94
4.2　動量方程　95
4.2.1　積分形式動量方程　95
4.2.2　微分形式動量方程　96
4.2.3　微分與積分形式的轉(zhuǎn)換　99
4.3　伯努利方程　101
4.3.1　伯努利方程導出過程　101
4.3.2　非定常無旋流的伯努利方程　103
4.3.3　伯努利方程的應用　105
4.4　能量方程　110
4.4.1　積分形式能量方程　111
4.4.2　微分形式能量方程　113
習題　116
第5章　理想不可壓縮流體平面有勢流動　122
5.1　平面流動中的流函數(shù)和速度勢函數(shù)　123
5.1.1　流函數(shù)　123
5.1.2　速度勢函數(shù)　125
5.2　不可壓縮平面勢流的求解　126
5.2.1　不可壓縮平面勢流的勢函數(shù)方程和流函數(shù)方程　126
5.2.2　不可壓縮平面勢流的勢函數(shù)和流函數(shù)關系　127
5.2.3　邊界條件　128
5.2.4　基本解的疊加原理　129
5.3　部分簡單平面勢流的疊加　130
5.3.1　直勻流　130
5.3.2　點源和點匯　131
5.3.3　點渦　134
5.3.4　偶極子　136
5.4　幾種簡單平面勢流的疊加　138
5.4.1　點源和點渦的疊加　138
5.4.2　直勻流和點源的疊加　139
5.5　直勻流繞不帶環(huán)量圓柱的流動及應用　142
5.5.1　直勻流繞不帶環(huán)量圓柱的流動　142
5.5.2　圓柱形測速管原理　145
5.6　直勻流繞帶環(huán)量圓柱的流動及應用　148
5.6.1　直勻流繞帶環(huán)量圓柱的流動　149
5.6.2　升力定理　151
習題　155
第6章　黏性流體動力學　159
6.1　黏性流體運動方程　159
6.1.1　連續(xù)方程　159
6.1.2　動量方程　160
6.1.3　能量方程　166
6.2　N-S方程　171
6.2.1　廣義牛頓定律　171
6.2.2　N-S方程的建立　174
6.2.3　能量方程的變形　175
6.3　初始條件和邊界條件　177
6.4　雷諾實驗與雷諾數(shù)　181
6.4.1　雷諾實驗　181
6.4.2　雷諾數(shù)的物理意義　183
6.5　雷諾方程　184
6.5.1　湍流的脈動現(xiàn)象與時均化　185
6.5.2　常用的時均運算關系式　186
6.5.3　時均化連續(xù)方程　188
6.5.4　雷諾方程的導出　189
6.6　邊界層　192
6.6.1　邊界層基礎知識　192
6.6.2　邊界層微分方程　195
6.6.3　邊界層積分法　197
6.6.4　邊界層分離　207
習題　212
第7章　相似理論　217
7.1　相似第一定理　217
7.1.1　相似原理與相似要素　217
7.1.2　相似準則數(shù)與相似理論的關系　221
7.2　相似第二定理　223
7.2.1　相似第二定理的表述　223
7.2.2　相似模擬建立方法　224
7.2.3　量綱　227
7.3　相似第三定理　230
7.3.1　量綱獨立量與量綱不獨立量　230
7.3.2　主定量和被定量　231
7.3.3　 定理的推導過程　233
7.4　模型實驗　237
7.4.1　全面力學相似　237
7.4.2　近似?；ā?39
習題　240
第8章　流動損失和管網(wǎng)計算　242
8.1　流動損失的分類　242
8.1.1　流動損失規(guī)律與流動狀態(tài)的關系　242
8.1.2　沿程損失與局部損失　243
8.2　層流流動的損失計算　244
8.2.1　圓管截面上的速度分布　244
8.2.2　沿程損失的計算　247
8.3　湍流流動的損失計算　248
8.3.1　壁面湍流流動的結(jié)構　248
8.3.2　湍流的速度分布　249
8.3.3　湍流的沿程損失計算　252
8.4　管道中的損失　253
8.4.1　管道中的沿程損失　253
8.4.2　管道中的局部損失　255
8.5　管道的網(wǎng)絡算法　261
8.5.1　網(wǎng)絡算法簡介　262
8.5.2　潤滑系統(tǒng)元件?；吞幚怼?63
習題　273
第9章　可壓縮一維定常流動　277
9.1　聲速和馬赫數(shù)　277
9.1.1　聲速　277
9.1.2　馬赫數(shù)　279
9.2　完全氣體定常等熵流動　281
9.2.1　三種參考狀態(tài)　281
9.2.2　用滯止參數(shù)表示各種特定速度　283
9.2.3　速度系數(shù)　283
9.2.4　靜參數(shù)與滯止參數(shù)的關系　284
9.3　變截面管流　285
9.3.1　速度與截面積變化的關系　285
9.3.2　臨界截面、密流和流量公式　286
9.4　正激波　288
9.4.1　正激波的基本方程　289
9.4.2　正激波絕熱關系　289
9.4.3　普朗特速度關系　291
9.4.4　正激波前后熱力學參數(shù)關系　291
9.4.5　應用舉例　292
9.5　理想氣體管內(nèi)等熵流動　294
9.5.1　漸縮噴管　294
9.5.2　拉瓦爾噴管流動　296
9.6　發(fā)動機容腔壓力的瞬態(tài)響應　300
9.6.1　空氣系統(tǒng)的容腔效應　301
9.6.2　瞬態(tài)響應的計算　302
習題　305
第10章　射流　308
10.1　射流概述　308
10.1.1　射流的分類　308
10.1.2　射流的應用　309
10.1.3　研究射流需解決的問題　310
10.2　自由射流　311
10.2.1　自由射流的結(jié)構　311
10.2.2　自由射流邊界寬度　312
10.2.3　自由射流中的速度分布特性　313
10.2.4　自由射流軸心速度衰減規(guī)律　316
10.2.5　自由射流斷面平均流速變化規(guī)律　319
10.2.6　自由射流的湍流特性　320
10.3　溫差射流　322
10.3.1　溫差分布規(guī)律　323
10.3.2　無因次初始溫度對軸心速度與溫度衰減規(guī)律的影響　324
10.3.3　質(zhì)量平均溫差變化規(guī)律　326
10.4　自由湍流射流理論分析　327
10.5　管內(nèi)射流的分析及應用　328
10.5.1　管內(nèi)射流　329
10.5.2　噴管引射器的增推　330
習題　334
參考文獻　336