流体力学

序
前言
第1章流体的物理性质及流体静力学1
1.1流体的定义及连续介质假定1
1.1.1流体的定义1
1.1.2连续介质假定1
1.2流体的密度和黏性2
1.2.1流体的密度2
1.2.2流体的黏性2
1.3流体的其他性质5
1.3.1可压缩性与膨胀性5
1.3.2液体的汽化和空化6
1.3.3表面张力与毛细现象7
1.4作用在流体上的力8
1.4.1表面力8
1.4.2质量力8
1.5流体静压特性及静止流体的压力分布9
1.5.1流体静压特性9
1.5.2静止流体的压力分布10
1.5.3压力测量17
1.6静止流体作用在壁面上的力19
1.6.1作用在平板上的流体总压力19
1.6.2作用在曲面上的流体总压力21
1.6.3关于压力体22
1.6.4阿基米德浮力原理24
习题24
第2章流体力学的基本方程30
2.1描述流体运动的两种方法30
2.1.1拉格朗日法30
2.1.2欧拉法31
2.2流体运动中的基本概念34
2.2.1定常流动和非定常流动34
2.2.2迹线和流线34
2.2.3流管、流束、流量和平均流速36
2.2.4均匀流动和非均匀流动37
2.2.5一元流动、二元流动和三元流动37
2.3连续性方程38
目录流 体 力 学2.3.1连续性微分方程38
2.3.2连续性积分方程40
2.4运动微分方程41
2.4.1理想流体的运动微分方程41
2.4.2黏性不可压缩流体的运动微分方程43
2.5伯努利方程45
2.5.1理想流体沿流线的伯努利方程45
2.5.2理想流体总流的伯努利方程47
2.5.3实际流体总流的伯努利方程48
2.5.4理想流体相对运动的伯努利方程49
2.5.5伯努利方程的应用50
2.6动量积分方程和动量矩积分方程及其应用52
2.6.1动量积分方程52
2.6.2动量矩积分方程52
2.6.3动量积分方程和动量矩积分方程的应用53
习题57
第3章管流和边界层概述61
3.1黏性流体运动的两种流态61
3.2管流水头损失63
3.2.1沿程水头损失64
3.2.2局部水头损失64
3.2.3总能量损失64
3.3圆管中的层流运动65
3.3.1过流断面上流速的分布规律65
3.3.2流量计算66
3.3.3切应力分布67
3.3.4沿程阻力损失67
3.4圆管中的湍流流动68
3.4.1湍流脉动现象及时均化68
3.4.2湍流的速度结构与水力光滑管和水力粗糙管69
3.4.3湍流切应力分布及断面速度分布70
3.4.4圆管内湍流运动的沿程损失72
3.5局部阻力系数的确定74
3.5.1断面突然扩大的局部阻力系数74
3.5.2常见障碍的局部阻力系数75
3.6管流水力计算76
3.6.1串联管路76
3.6.2并联管路77
3.7管路中的水击现象79
3.7.1水击波的传播79
3.7.2水击产生的最大压强升高值Δp和水击波的传播速度c80
3.8边界层概述82
3.8.1边界层的概念82
3.8.2平板边界层的近似计算83
3.8.3曲面边界层的分离84
3.8.4物体的阻力85
3.8.5管道进口流动和充分发展的流动86
习题88
第4章孔口出流与缝隙流动91
4.1孔口出流的分类91
4.2薄壁孔口的定常自由出流92
4.3厚壁孔口的定常自由出流94
4.4各种孔口出流性能的比较95
4.5平行平板之间的缝隙流动97
4.5.1两固定平行平板间的缝隙流动97
4.5.2具有相对运动的两平行平板间的缝隙流动99
4.5.3具有相对运动的两平行平板的最佳缝隙高度99
4.6圆环间隙的缝隙流动100
4.6.1同心圆环间的缝隙流动100
4.6.2偏心圆柱环形缝隙流动100
4.7平行圆板间的径向层流流动103
4.7.1压差流动103
4.7.2挤压流动104
4.8倾斜平板之间的缝隙流动105
习题107
第5章相似理论和量纲分析110
5.1相似理论110
5.1.1力学相似110
5.1.2相似准则112
5.2量纲分析114
5.2.1单位和量纲114
5.2.2量纲分析法114
习题117
第6章可压缩气体的一元流动119
6.1声速和马赫数119
6.1.1声速119
6.1.2马赫数121
6.2可压缩气体一元流动的基本方程式122
6.2.1可压缩气体总流的连续性方程式123
6.2.2可压缩气体的能量方程式123
6.3一元气流的基本特性125
6.3.1滞止状态和滞止参数125
6.3.2最大速度状态126
6.3.3临界状态和临界参数127
6.4气体在变截面管（喷管）中的流动128
6.4.1流动参数和截面面积的关系128
6.4.2渐缩喷管和拉瓦尔喷管130
6.5在等截面管中有摩擦的绝热流动134
6.5.1有摩擦时管道截面面积与速度变化的关系134
6.5.2有摩擦等截面管流的最大管长136
习题137
第7章旋涡基本理论139
7.1旋涡运动的基本概念139
7.1.1涡量和平均旋转角速度139
7.1.2涡线、涡面和涡管141
7.1.3涡管强度和速度环流142
7.2速度环流定理143
7.3汤姆孙定理145
7.4拉格朗日定理146
7.5亥姆霍兹定理147
7.6旋涡的诱导速度148
7.6.1毕奥-萨伐尔定律149
7.6.2诱导速度公式150
7.7兰金涡153
7.7.1速度分布153
7.7.2压力分布154
7.7.3有自由面的情形154
习题155
第8章不可压缩势流157
8.1速度势和流函数157
8.1.1速度势函数157
8.1.2流函数158
8.2不可压缩势流的基本方程和边界条件160
8.2.1不可压缩势流的质量守恒方程160
8.2.2欧拉方程的积分160
8.2.3边界条件和解法概述162
8.3复势与复速度163
8.4几种基本的平面势流及其叠加165
8.4.1均匀流165
8.4.2点源和点汇166
8.4.3点涡167
8.4.4势流的叠加167
8.5圆柱体绕流170
8.5.1圆柱体无环流绕流170
8.5.2圆柱体有环流绕流172
8.6布拉休斯公式174
8.7库塔-茹科夫斯基定理175
8.7.1库塔-茹科夫斯基定理的证明175
8.7.2决定环量的后缘条件177
8.8映像法177
8.8.1直壁的干扰178
8.8.2圆形壁的干扰180
8.8.3地面效应181
8.8.4风洞壁和水池壁产生的映像181
8.9附加质量182
8.9.1基本概念和公式182
8.9.2绝对速度势、相对速度势和牵连速度势184
8.9.3圆柱体的附加质量184
8.9.4一般情形185
习题186
第9章波浪理论189
9.1波浪的概念189
9.2微振幅波的基本方程和边界条件191
9.3无限水深中的进行波193
9.4有限水深中的进行波198
9.5波的能量和兴波阻力的概念202
9.6波群和群速度206
9.7不规则波的概念207
习题209
第10章机翼理论210
10.1有限翼展机翼210
10.1.1机翼的几何参数和术语210
10.1.2有限翼展机翼210
10.1.3下洗和诱导阻力211
10.2升力线理论213
10.2.1有限翼展机翼的升力模型213
10.2.2升力线理论的一般公式214
10.2.3无扭转机翼214
10.3展弦比换算式215
习题217
附录部分习题参考答案218
参考文献223