過程流體力學

第1章緒論1
1.1過程流體力學的內容和范圍1
1.1.1過程的基本概念1
1.1.2過程流體力學的范圍1
1.2流體的物理屬性2
1.2.1流動性2
1.2.2密度2
1.2.3可壓縮性3
1.2.4熱膨脹性5
1.2.5黏性7
1.2.6表面張力特性10
1.3流體流動的基本模型15
1.3.1連續(xù)介質模型、自由分子流、滑移流15
1.3.2理想流體模型16
1.3.3牛頓流體與非牛頓流體16
1.4過程流體力學研究的基本方法19
1.4.1理論研究方法19
1.4.2實驗研究方法20
1.4.3數(shù)值計算研究方法20
習題20
參考文獻22
第2章流體運動學23
2.1流體運動的描述23
2.1.1運動描述的拉格朗日法和歐拉法23
2.1.2跡線、流線和色線25
2.1.3加速度28
2.1.4流體微團運動分析30
2.1.5渦量、有旋流動與無旋流動33
2.2流動問題的分類35
2.2.1定常流動和非定常流動35
2.2.2一維流動、二維流動、三維流動36
2.2.3內流和外流36
2.2.4黏性流動和無黏性流動、理想流體流動和實際流體流動37
2.2.5層流和湍流37
習題37
參考文獻38
第3章理想流體力學39
3.1理想流體運動基本定律39
3.1.1基本概念39
3.1.2系統(tǒng)、控制體和雷諾輸運方程42
3.1.3理想流體的連續(xù)性方程44
3.1.4理想流體的運動微分方程46
3.1.5理想流體的伯努利方程及其應用48
3.1.6動量方程和動量矩方程51
3.2理想流體的渦旋運動56
3.2.1渦線、渦管、渦通量56
3.2.2速度環(huán)量和斯托克斯定理58
3.2.3開爾文環(huán)量守恒定理59
3.2.4含有渦量的理想流體運動微分方程60
3.3不可壓縮流體平面勢流63
3.3.1平面勢流基本理論63
3.3.2幾種基本的平面勢流66
3.3.3幾種由簡單平面勢流疊加形成的復合流68
3.3.4理想流體繞圓柱體的流動71
習題75
參考文獻78
第4章黏性流體力學79
4.1引言79
4.2黏性流體中的應力80
4.2.1黏性流體中的應力80
4.2.2廣義牛頓摩擦定律80
4.3不可壓縮黏性流體運動的基本方程82
4.3.1連續(xù)性方程82
4.3.2動量方程（以應力表示的運動微分方程）83
4.3.3納維斯托克斯方程84
4.3.4納維斯托克斯方程邊界條件和初始條件85
4.3.5湍流流動時的連續(xù)方程和運動方程86
4.4NS方程的典型解87
4.4.1平行流動87
4.4.2運動平板引起的非定常流動92
4.4.3重力作用下的平行流動94
4.4.4低雷諾數(shù)流動96
4.4.5雷諾潤滑理論101
4.5邊界層的基本概念及基本方程103
4.5.1邊界層的基本概念103
4.5.2邊界層厚度104
4.5.3二維平面邊界層微分方程式105
4.5.4邊界層的分離現(xiàn)象107
習題108
參考文獻112
第5章射流與撞擊流113
5.1射流113
5.1.1射流的類型113
5.1.2紊動射流的分區(qū)結構及一般特性113
5.1.3紊動射流的分析方法簡介116
5.2撞擊流119
5.2.1撞擊流的基本原理及特性119
5.2.2撞擊流的分類120
5.2.3撞擊流研究進展120
5.2.4撞擊流接觸器簡介121
5.2.5撞擊流的工業(yè)應用122
習題123
參考文獻124
第6章多相流動126
6.1概論126
6.1.1相的概念126
6.1.2多相流的概念126
6.2多相流流型及其判別方法127
6.2.1垂直上升管內的氣液兩相流的流型127
6.2.2水平管內的氣液兩相流流型128
6.2.3兩相流流型的判別128
6.3顆粒（固體顆粒、氣泡、液滴）受力及運動分析130
6.3.1顆粒受力分析130
6.3.2氣泡的形成和受力分析132
6.4氣液兩相流133
6.4.1氣液兩相流的特性參數(shù)133
6.4.2氣液兩相流動的均相流模型135
6.4.3氣液兩相流動的分相流模型137
6.4.4氣液兩相流動中壓力降及截面含氣率的計算139
6.5段塞流145
6.5.1段塞流的分類145
6.5.2段塞流特性參數(shù)計算145
6.6氣固兩相流148
6.6.1氣固兩相流的基本概念和特性參數(shù)148
6.6.2固定床氣固兩相流的特性149
6.6.3流化床氣固兩相流的特性151
6.7液固兩相流153
6.7.1液固兩相流的分類153
6.7.2液固兩相流的基本參數(shù)154
6.7.3滯留效應156
6.8液液兩相流156
6.8.1液液兩相流的基本參數(shù)157
6.8.2液液兩相流的檢測技術158
6.9氣液固三相流158
6.10氣液液三相流160
6.10.1流型160
6.10.2壓降160
6.11多相流新技術161
6.11.1試驗技術161
6.11.2數(shù)值模擬技術162
6.12多相流的工業(yè)應用162
6.12.1在動力工業(yè)中的應用162
6.12.2在石油工業(yè)中的應用163
6.12.3在其他工業(yè)中的應用163
習題164
參考文獻164
第7章流體通過多孔介質的流動166
7.1多孔介質的定義和性質166
7.1.1多孔介質的定義166
7.1.2多孔介質的性能167
7.2滲流基本定律——達西(Darcy)定律170
7.2.1達西定律170
7.2.2滲透率171
7.2.3達西定律的適用范圍172
7.3流體通過顆粒床（固定床）的流動173
7.3.1流體通過固定床的壓降計算173
7.3.2過濾速率計算174
習題176
參考文獻176
第8章非牛頓流體的流變性與流動178
8.1非牛頓流體的流變性178
8.1.1材料（物體）的流變性178
8.1.2非牛頓流體的奇異流變現(xiàn)象179
8.2非牛頓流體的本構方程180
8.2.1假塑性流體的流變模型181
8.2.2黏塑性流體的流變模型184
8.2.3觸變流體的本構模型（方程）185
8.2.4黏彈性流體本構模型（方程）187
8.3非牛頓流體的層流流動192
8.3.1層流流動基本方程192
8.3.2假塑性（冪律）流體在圓管中的層流流動194
8.3.3Bingham流體在圓管中的層流流動196
8.4非牛頓流體的湍流流動199
8.4.1流動狀態(tài)及其判別準則199
8.4.2壓力降201
8.4.3速度分布204
習題206
參考文獻208
第9章計算流體力學209
9.1引言209
9.1.1計算流體力學的概念209
9.1.2計算流體力學的作用210
9.1.3計算流體力學的應用舉例210
9.1.4計算流體力學的基本內容和步驟（CFD總體步驟）212
9.2適用于CFD的流體力學主要方程和模型214
9.2.1流體力學基本方程214
9.2.2流體流動控制方程的統(tǒng)一形式214
9.2.3流體湍流的數(shù)值模擬方法215
9.2.4湍流模型216
9.3CFD常用的計算方法218
9.3.1有限差分法219
9.3.2有限體積法221
9.3.3有限元法224
9.3.4其他方法225
9.4常用的CFD商品軟件介紹227
9.4.1CFD軟件結構227
9.4.2ANSYS Fluent229
9.4.3ANSYS CFX229
9.4.4PHOENICS229
9.4.5FIDAP230
9.4.6其他專用軟件230
習題231
參考文獻232