流體力學(xué)

目錄
第1章 流體的物理性質(zhì) 1
1.1 流體的連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 1
1.2 流體的黏性 2
1.2.1 牛頓內(nèi)摩擦定律 2
1.2.2 動(dòng)力黏度 3
1.2.3 黏性流體和理想流體 5
1.3 流體的壓縮性和溫度膨脹性 5
1.3.1 流體的壓縮性 5
1.3.2 流體的溫度膨脹性 6
1.3.3 可壓縮流體和不可壓縮流體 7
1.4 流體的界面現(xiàn)象和表面張力 8
1.4.1 表面張力 8
1.4.2 毛細(xì)現(xiàn)象 9
習(xí)題 11
第2章 流體靜力學(xué) 13
2.1 作用在流體上的力 13
2.1.1 表面力 13
2.1.2 質(zhì)量力 13
2.1.3 流體靜壓強(qiáng) 13
2.2 流體平衡基本方程 15
2.2.1 流體平衡微分方程 15
2.2.2 勢函數(shù) 16
2.2.3 等壓面 17
2.3 流體靜力學(xué)基本方程式 17
2.3.1 重力場中的流體靜力學(xué)基本方程式 17
2.3.2 可壓縮流體中的壓強(qiáng)分布 18
2.4 液柱式測壓計(jì) 20
2.4.1 絕對(duì)壓強(qiáng)和相對(duì)壓強(qiáng) 20
2.4.2 U 形管測壓計(jì) 20
2.4.3 傾斜式微壓計(jì) 22
2.5 靜止流體對(duì)壁面的壓力 23
2.5.1 作用在傾斜平面上的總壓力 23
2.5.2 作用在曲面上的總壓力 25
2.5.3 作用在沉沒物體上的總壓力 28
習(xí)題 29
第3章 流體運(yùn)動(dòng)描述與分析 31
3.1 描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法 31
3.1.1 拉格朗日法 31
3.1.2 歐拉法 33
3.1.3 質(zhì)點(diǎn)導(dǎo)數(shù) 34
3.1.4 拉格朗日變量和歐拉變量之間的轉(zhuǎn)換 36
3.2 跡線與流線 37
3.2.1 跡線 37
3.2.2 流線 38
3.3 流體流動(dòng)的分類 39
3.3.1 定常流動(dòng)和非定常流動(dòng) 40
3.3.2 一維、二維和三維流動(dòng) 40
3.4 流體微團(tuán)和微團(tuán)運(yùn)動(dòng)分析 41
3.4.1 流體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)的幾何分析 41
3.4.2 亥姆霍茲速度分解定理 46
3.5 有旋流動(dòng)的一般性質(zhì) 47
3.5.1 渦量 47
3.5.2 渦線、渦管、渦通量、環(huán)量 48
3.5.3 渦管強(qiáng)度守恒定理 49
3.6 無旋流動(dòng)的一般性質(zhì) 50
3.6.1 速度有勢 50
3.6.2 速度勢與環(huán)量 50
習(xí)題 51
第4章 雷諾輸運(yùn)公式與連續(xù)性方程 53
4.1 系統(tǒng)與控制體 53
4.2 雷諾輸運(yùn)定理 53
4.2.1 雷諾輸運(yùn)方程 53
4.2.2 雷諾輸運(yùn)方程的意義 55
4.3 流體流動(dòng)的連續(xù)性方程 56
4.3.1 積分形式連續(xù)性方程 56
4.3.2 微分形式連續(xù)性方程 56
4.3.3 不可壓縮流體的連續(xù)性方程 57
習(xí)題 58
第5章 能量方程與伯努利方程 60
5.1 流體流動(dòng)的能量方程 60
5.1.1 積分形式能量方程 60
5.1.2 微分形式能量方程 61
5.2 伯努利方程及其應(yīng)用 61
5.2.1 伯努利方程 61
5.2.2 伯努利方程的應(yīng)用 62
習(xí)題 64
第6章 動(dòng)量方程及動(dòng)量矩方程 67
6.1 流體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量方程 67
6.1.1 積分形式動(dòng)量方程 67
6.1.2 微分形式動(dòng)量方程 70
6.2 流體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量矩方程 71
6.3 葉輪機(jī)械的歐拉公式 74
習(xí)題 77
第7章 基本方程及定解條件 80
7.1 流體本構(gòu)方程 80
7.2 流體的熱力學(xué)狀態(tài)方程 82
7.2.1 van der Waals狀態(tài)方程 82
7.2.2 Redlich-Kwong狀態(tài)方程 82
7.2.3 維里Virial狀態(tài)方程 83
7.2.4 對(duì)比狀態(tài)方程 83
7.3 流體力學(xué)基本方程組和邊界條件 84
7.3.1 動(dòng)量方程 84
7.3.2 能量方程 84
7.3.3 流體力學(xué)方程組 84
7.3.4 初始條件和邊界條件 87
7.3.5 柱坐標(biāo)系和球坐標(biāo)系流體力學(xué)基本方程 88
習(xí)題 91
第8章 相似理論與量綱分析 92
8.1 量綱分析 92
8.1.1 量綱 92
8.1.2 量綱齊次性原理及應(yīng)用 93
8.1.3 定理 94
8.2 常用無量綱參數(shù)及基本方程的無量綱化 97
8.2.1 常用無量綱參數(shù) 97
8.2.2 基本方程的無量綱化 99
8.3 流動(dòng)相似基本原理 102
8.3.1 流動(dòng)相似條件 102
8.3.2 流動(dòng)相似定理 103
8.3.3 相似原理的應(yīng)用 105
8.4 模型實(shí)驗(yàn) 105
8.4.1 完全相似與部分相似 106
8.4.2 近似模型法 107
習(xí)題 110
第9章 黏性不可壓縮流體的內(nèi)部流動(dòng) 111
9.1 流動(dòng)阻力 111
9.1.1 黏性不可壓縮流體總流的伯努利方程 111
9.1.2 流動(dòng)阻力損失 112
9.2 黏性不可壓流動(dòng)的層流解析解 114
9.2.1 圓管內(nèi)的定常層流流動(dòng) 114
9.2.2 平行平板之間的定常層流流動(dòng) 116
9.2.3 同軸環(huán)形空間的層流流動(dòng) 118
9.2.4 狹縫中的流動(dòng)——軸承潤滑* 120
9.3 層流與湍流 123
9.4 湍流基本統(tǒng)計(jì)理論 124
9.4.1 湍流的統(tǒng)計(jì)平均法 124
9.4.2 平均值和脈動(dòng)值 126
9.5 湍流基本方程* 127
9.5.1 不可壓縮湍流平均運(yùn)動(dòng)的基本方程 127
9.5.2 不可壓縮湍流雷諾應(yīng)力方程 129
9.6 湍流模式* 130
9.6.1 渦黏模式 130
9.6.2 雷諾應(yīng)力模式 133
9.7 管內(nèi)湍流流動(dòng)損失 134
9.7.1 圓管內(nèi)的速度分布 134
9.7.2 水力粗糙和水力光滑 137
9.7.3 沿程阻力系數(shù)和局部阻力系數(shù) 138
9.7.4 管內(nèi)流動(dòng)的能量損失 144
9.7.5 非圓形管內(nèi)流動(dòng)的損失 146
9.7.6 孔板流量計(jì) 147
9.8 管路計(jì)算 148
9.8.1 串聯(lián)管路 148
9.8.2 并聯(lián)管路 149
習(xí)題 151
第10章 黏性不可壓縮流體的外部流動(dòng) 153
10.1 邊界層基本概念和方程 153
10.1.1 邊界層的基本特征 153
10.1.2 邊界層方程和邊界層厚度 153
10.2 平板層流邊界層近似解 158
10.2.1 邊界層動(dòng)量積分原理 158
10.2.2 平板邊界層的Blasius近似解* 162
10.3 平板湍流邊界層近似解 164
10.3.1 湍流邊界層流動(dòng)特點(diǎn)和邊界層厚度 164
10.3.2 平板湍流邊界層平均運(yùn)動(dòng)基本方程 165
10.4 平板混合邊界層近似計(jì)算 168
10.5 曲面邊界層近似解* 169
10.6 吸氣平板邊界層* 170
10.7 邊界層相似性解* 171
10.7.1 費(fèi)克勒-史凱方程 172
10.7.2 平面自由射流 173
10.8 邊界層流動(dòng)分離與卡門渦街 176
10.8.1 邊界層流動(dòng)分離 176
10.8.2 圓柱繞流和卡門渦街 178
10.9 黏性流體繞小圓球的蠕流流動(dòng)* 179
10.10 繞流物體的阻力 183
10.10.1 阻力分類 183
10.10.2 減小黏性流體繞流物體阻力的措施 184
習(xí)題 185
第11章 不可壓縮理想流體流動(dòng) 187
11.1 速度勢函數(shù)與流函數(shù) 187
11.1.1 有勢流動(dòng)和速度勢 187
11.1.2 流函數(shù) 188
11.2 有勢流動(dòng)主要性質(zhì) 189
11.2.1 開爾文定理 189
11.2.2 拉格朗日定理 190
11.2.3 亥姆霍茲定理 191
11.3 平面有勢基本流動(dòng) 191
11.3.1 定常平行流 191
11.3.2 點(diǎn)源和點(diǎn)匯 192
11.3.3 渦流和點(diǎn)渦 195
11.4 平面勢流基本解的疊加 197
11.4.1 偶極子流 198
11.4.2 螺旋流 199
11.5 平行流繞圓柱體的流動(dòng) 200
11.5.1 平行流繞圓柱體無環(huán)量的流動(dòng) 200
11.5.2 平行流繞圓柱體有環(huán)量的流動(dòng) 203
11.5.3 庫塔-茹柯夫斯基升力公式 204
習(xí)題 205
第12章 可壓縮流體一維流動(dòng) 207
12.1 聲速與馬赫數(shù) 207
12.1.1 聲速 207
12.1.2 馬赫數(shù) 208
12.1.3 微弱擾動(dòng)波的傳播 208
12.2 氣體一維定常等熵流動(dòng) 210
12.2.1 基本方程 210
12.2.2 三種特定狀態(tài) 211
12.2.3 各種狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系 212
12.3 噴管中的等熵流動(dòng) 214
12.3.1 氣流參數(shù)與截面的關(guān)系 214
12.3.2 噴管 215
12.4 有摩擦的絕熱管流 218
12.4.1 氣體一維定常運(yùn)動(dòng)微分方程 218
12.4.2 摩擦的影響 219
習(xí)題 221
第13章 可壓縮流體超聲速流動(dòng) 223
13.1 超聲速氣流的繞流與激波的形成 223
13.1.1 超聲速氣流繞凸壁面的流動(dòng)(膨脹波) 223
13.1.2 超聲速氣流繞凹壁面的流動(dòng)(激波) 224
13.1.3 正激波與斜激波的形成 225
13.2 激波前后氣流參數(shù)的關(guān)系 226
13.2.1 正激波前后氣流參數(shù)的關(guān)系 226
13.2.2 斜激波前后氣流參數(shù)的關(guān)系 228
13.2.3 氣流折轉(zhuǎn)角與斜激波角間的關(guān)系 230
13.2.4 激波壓縮與等熵壓縮的比較 232
13.3 噴管在非設(shè)計(jì)工況下的流動(dòng) 233
13.3.1 背壓低于出口設(shè)計(jì)壓強(qiáng) 234
13.3.2 背壓高于出口設(shè)計(jì)壓強(qiáng) 234
13.3.3 激波在喉部消失后的流動(dòng) 235
13.3.4 背壓對(duì)噴管中氣體流量的影響 235
習(xí)題 236
參考文獻(xiàn) 237