过程流体力学

第1章绪论1
1.1过程流体力学的内容和范围1
1.1.1过程的基本概念1
1.1.2过程流体力学的范围1
1.2流体的物理属性2
1.2.1流动性2
1.2.2密度2
1.2.3可压缩性3
1.2.4热膨胀性5
1.2.5黏性7
1.2.6表面张力特性10
1.3流体流动的基本模型15
1.3.1连续介质模型、自由分子流、滑移流15
1.3.2理想流体模型16
1.3.3牛顿流体与非牛顿流体16
1.4过程流体力学研究的基本方法19
1.4.1理论研究方法19
1.4.2实验研究方法20
1.4.3数值计算研究方法20
习题20
参考文献22
第2章流体运动学23
2.1流体运动的描述23
2.1.1运动描述的拉格朗日法和欧拉法23
2.1.2迹线、流线和色线25
2.1.3加速度28
2.1.4流体微团运动分析30
2.1.5涡量、有旋流动与无旋流动33
2.2流动问题的分类35
2.2.1定常流动和非定常流动35
2.2.2一维流动、二维流动、三维流动36
2.2.3内流和外流36
2.2.4黏性流动和无黏性流动、理想流体流动和实际流体流动37
2.2.5层流和湍流37
习题37
参考文献38
第3章理想流体力学39
3.1理想流体运动基本定律39
3.1.1基本概念39
3.1.2系统、控制体和雷诺输运方程42
3.1.3理想流体的连续性方程44
3.1.4理想流体的运动微分方程46
3.1.5理想流体的伯努利方程及其应用48
3.1.6动量方程和动量矩方程51
3.2理想流体的涡旋运动56
3.2.1涡线、涡管、涡通量56
3.2.2速度环量和斯托克斯定理58
3.2.3开尔文环量守恒定理59
3.2.4含有涡量的理想流体运动微分方程60
3.3不可压缩流体平面势流63
3.3.1平面势流基本理论63
3.3.2几种基本的平面势流66
3.3.3几种由简单平面势流叠加形成的复合流68
3.3.4理想流体绕圆柱体的流动71
习题75
参考文献78
第4章黏性流体力学79
4.1引言79
4.2黏性流体中的应力80
4.2.1黏性流体中的应力80
4.2.2广义牛顿摩擦定律80
4.3不可压缩黏性流体运动的基本方程82
4.3.1连续性方程82
4.3.2动量方程（以应力表示的运动微分方程）83
4.3.3纳维斯托克斯方程84
4.3.4纳维斯托克斯方程边界条件和初始条件85
4.3.5湍流流动时的连续方程和运动方程86
4.4NS方程的典型解87
4.4.1平行流动87
4.4.2运动平板引起的非定常流动92
4.4.3重力作用下的平行流动94
4.4.4低雷诺数流动96
4.4.5雷诺润滑理论101
4.5边界层的基本概念及基本方程103
4.5.1边界层的基本概念103
4.5.2边界层厚度104
4.5.3二维平面边界层微分方程式105
4.5.4边界层的分离现象107
习题108
参考文献112
第5章射流与撞击流113
5.1射流113
5.1.1射流的类型113
5.1.2紊动射流的分区结构及一般特性113
5.1.3紊动射流的分析方法简介116
5.2撞击流119
5.2.1撞击流的基本原理及特性119
5.2.2撞击流的分类120
5.2.3撞击流研究进展120
5.2.4撞击流接触器简介121
5.2.5撞击流的工业应用122
习题123
参考文献124
第6章多相流动126
6.1概论126
6.1.1相的概念126
6.1.2多相流的概念126
6.2多相流流型及其判别方法127
6.2.1垂直上升管内的气液两相流的流型127
6.2.2水平管内的气液两相流流型128
6.2.3两相流流型的判别128
6.3颗粒（固体颗粒、气泡、液滴）受力及运动分析130
6.3.1颗粒受力分析130
6.3.2气泡的形成和受力分析132
6.4气液两相流133
6.4.1气液两相流的特性参数133
6.4.2气液两相流动的均相流模型135
6.4.3气液两相流动的分相流模型137
6.4.4气液两相流动中压力降及截面含气率的计算139
6.5段塞流145
6.5.1段塞流的分类145
6.5.2段塞流特性参数计算145
6.6气固两相流148
6.6.1气固两相流的基本概念和特性参数148
6.6.2固定床气固两相流的特性149
6.6.3流化床气固两相流的特性151
6.7液固两相流153
6.7.1液固两相流的分类153
6.7.2液固两相流的基本参数154
6.7.3滞留效应156
6.8液液两相流156
6.8.1液液两相流的基本参数157
6.8.2液液两相流的检测技术158
6.9气液固三相流158
6.10气液液三相流160
6.10.1流型160
6.10.2压降160
6.11多相流新技术161
6.11.1试验技术161
6.11.2数值模拟技术162
6.12多相流的工业应用162
6.12.1在动力工业中的应用162
6.12.2在石油工业中的应用163
6.12.3在其他工业中的应用163
习题164
参考文献164
第7章流体通过多孔介质的流动166
7.1多孔介质的定义和性质166
7.1.1多孔介质的定义166
7.1.2多孔介质的性能167
7.2渗流基本定律——达西(Darcy)定律170
7.2.1达西定律170
7.2.2渗透率171
7.2.3达西定律的适用范围172
7.3流体通过颗粒床（固定床）的流动173
7.3.1流体通过固定床的压降计算173
7.3.2过滤速率计算174
习题176
参考文献176
第8章非牛顿流体的流变性与流动178
8.1非牛顿流体的流变性178
8.1.1材料（物体）的流变性178
8.1.2非牛顿流体的奇异流变现象179
8.2非牛顿流体的本构方程180
8.2.1假塑性流体的流变模型181
8.2.2黏塑性流体的流变模型184
8.2.3触变流体的本构模型（方程）185
8.2.4黏弹性流体本构模型（方程）187
8.3非牛顿流体的层流流动192
8.3.1层流流动基本方程192
8.3.2假塑性（幂律）流体在圆管中的层流流动194
8.3.3Bingham流体在圆管中的层流流动196
8.4非牛顿流体的湍流流动199
8.4.1流动状态及其判别准则199
8.4.2压力降201
8.4.3速度分布204
习题206
参考文献208
第9章计算流体力学209
9.1引言209
9.1.1计算流体力学的概念209
9.1.2计算流体力学的作用210
9.1.3计算流体力学的应用举例210
9.1.4计算流体力学的基本内容和步骤（CFD总体步骤）212
9.2适用于CFD的流体力学主要方程和模型214
9.2.1流体力学基本方程214
9.2.2流体流动控制方程的统一形式214
9.2.3流体湍流的数值模拟方法215
9.2.4湍流模型216
9.3CFD常用的计算方法218
9.3.1有限差分法219
9.3.2有限体积法221
9.3.3有限元法224
9.3.4其他方法225
9.4常用的CFD商品软件介绍227
9.4.1CFD软件结构227
9.4.2ANSYS Fluent229
9.4.3ANSYS CFX229
9.4.4PHOENICS229
9.4.5FIDAP230
9.4.6其他专用软件230
习题231
参考文献232