流體力學

目錄
第1章 流體的物理性質 1
1.1 流體的連續(xù)介質假設 1
1.2 流體的黏性 2
1.2.1 牛頓內摩擦定律 2
1.2.2 動力黏度 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 毛細現(xiàn)象 9
習題 11
第2章 流體靜力學 13
2.1 作用在流體上的力 13
2.1.1 表面力 13
2.1.2 質量力 13
2.1.3 流體靜壓強 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 流體靜力學基本方程式 17
2.3.1 重力場中的流體靜力學基本方程式 17
2.3.2 可壓縮流體中的壓強分布 18
2.4 液柱式測壓計 20
2.4.1 絕對壓強和相對壓強 20
2.4.2 U 形管測壓計 20
2.4.3 傾斜式微壓計 22
2.5 靜止流體對壁面的壓力 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
習題 29
第3章 流體運動描述與分析 31
3.1 描述流體運動的兩種方法 31
3.1.1 拉格朗日法 31
3.1.2 歐拉法 33
3.1.3 質點導數(shù) 34
3.1.4 拉格朗日變量和歐拉變量之間的轉換 36
3.2 跡線與流線 37
3.2.1 跡線 37
3.2.2 流線 38
3.3 流體流動的分類 39
3.3.1 定常流動和非定常流動 40
3.3.2 一維、二維和三維流動 40
3.4 流體微團和微團運動分析 41
3.4.1 流體微團運動的幾何分析 41
3.4.2 亥姆霍茲速度分解定理 46
3.5 有旋流動的一般性質 47
3.5.1 渦量 47
3.5.2 渦線、渦管、渦通量、環(huán)量 48
3.5.3 渦管強度守恒定理 49
3.6 無旋流動的一般性質 50
3.6.1 速度有勢 50
3.6.2 速度勢與環(huán)量 50
習題 51
第4章 雷諾輸運公式與連續(xù)性方程 53
4.1 系統(tǒng)與控制體 53
4.2 雷諾輸運定理 53
4.2.1 雷諾輸運方程 53
4.2.2 雷諾輸運方程的意義 55
4.3 流體流動的連續(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
習題 58
第5章 能量方程與伯努利方程 60
5.1 流體流動的能量方程 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 伯努利方程及其應用 61
5.2.1 伯努利方程 61
5.2.2 伯努利方程的應用 62
習題 64
第6章 動量方程及動量矩方程 67
6.1 流體運動的動量方程 67
6.1.1 積分形式動量方程 67
6.1.2 微分形式動量方程 70
6.2 流體運動的動量矩方程 71
6.3 葉輪機械的歐拉公式 74
習題 77
第7章 基本方程及定解條件 80
7.1 流體本構方程 80
7.2 流體的熱力學狀態(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 對比狀態(tài)方程 83
7.3 流體力學基本方程組和邊界條件 84
7.3.1 動量方程 84
7.3.2 能量方程 84
7.3.3 流體力學方程組 84
7.3.4 初始條件和邊界條件 87
7.3.5 柱坐標系和球坐標系流體力學基本方程 88
習題 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 流動相似基本原理 102
8.3.1 流動相似條件 102
8.3.2 流動相似定理 103
8.3.3 相似原理的應用 105
8.4 模型實驗 105
8.4.1 完全相似與部分相似 106
8.4.2 近似模型法 107
習題 110
第9章 黏性不可壓縮流體的內部流動 111
9.1 流動阻力 111
9.1.1 黏性不可壓縮流體總流的伯努利方程 111
9.1.2 流動阻力損失 112
9.2 黏性不可壓流動的層流解析解 114
9.2.1 圓管內的定常層流流動 114
9.2.2 平行平板之間的定常層流流動 116
9.2.3 同軸環(huán)形空間的層流流動 118
9.2.4 狹縫中的流動——軸承潤滑* 120
9.3 層流與湍流 123
9.4 湍流基本統(tǒng)計理論 124
9.4.1 湍流的統(tǒng)計平均法 124
9.4.2 平均值和脈動值 126
9.5 湍流基本方程* 127
9.5.1 不可壓縮湍流平均運動的基本方程 127
9.5.2 不可壓縮湍流雷諾應力方程 129
9.6 湍流模式* 130
9.6.1 渦黏模式 130
9.6.2 雷諾應力模式 133
9.7 管內湍流流動損失 134
9.7.1 圓管內的速度分布 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 管內流動的能量損失 144
9.7.5 非圓形管內流動的損失 146
9.7.6 孔板流量計 147
9.8 管路計算 148
9.8.1 串聯(lián)管路 148
9.8.2 并聯(lián)管路 149
習題 151
第10章 黏性不可壓縮流體的外部流動 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 湍流邊界層流動特點和邊界層厚度 164
10.3.2 平板湍流邊界層平均運動基本方程 165
10.4 平板混合邊界層近似計算 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 費克勒-史凱方程 172
10.7.2 平面自由射流 173
10.8 邊界層流動分離與卡門渦街 176
10.8.1 邊界層流動分離 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* 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
習題 185
第11章 不可壓縮理想流體流動 187
11.1 速度勢函數(shù)與流函數(shù) 187
11.1.1 有勢流動和速度勢 187
11.1.2 流函數(shù) 188
11.2 有勢流動主要性質 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 191
11.3.1 定常平行流 191
11.3.2 點源和點匯 192
11.3.3 渦流和點渦 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 200
11.5.1 平行流繞圓柱體無環(huán)量的流動 200
11.5.2 平行流繞圓柱體有環(huán)量的流動 203
11.5.3 庫塔-茹柯夫斯基升力公式 204
習題 205
第12章 可壓縮流體一維流動 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 微弱擾動波的傳播 208
12.2 氣體一維定常等熵流動 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)間的關系 212
12.3 噴管中的等熵流動 214
12.3.1 氣流參數(shù)與截面的關系 214
12.3.2 噴管 215
12.4 有摩擦的絕熱管流 218
12.4.1 氣體一維定常運動微分方程 218
12.4.2 摩擦的影響 219
習題 221
第13章 可壓縮流體超聲速流動 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(膨脹波) 223
13.1.2 超聲速氣流繞凹壁面的流動(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)的關系 226
13.2.1 正激波前后氣流參數(shù)的關系 226
13.2.2 斜激波前后氣流參數(shù)的關系 228
13.2.3 氣流折轉角與斜激波角間的關系 230
13.2.4 激波壓縮與等熵壓縮的比較 232
13.3 噴管在非設計工況下的流動 233
13.3.1 背壓低于出口設計壓強 234
13.3.2 背壓高于出口設計壓強 234
13.3.3 激波在喉部消失后的流動 235
13.3.4 背壓對噴管中氣體流量的影響 235
習題 236
參考文獻 237