流体力学基础

目录
前言
第1章　绪论　1
1.1　流体力学的发展　1
1.2　流体的力学特性和连续介质模型　3
1.2.1　流体的力学特性　3
1.2.2　连续介质模型　4
1.3　流体的黏性　5
1.3.1　牛顿内摩擦定律　5
1.3.2　动力黏性系数和运动黏性系数　8
1.3.3　理想流体　9
1.4　流体的其他物理性质　10
1.4.1　流体的压缩性和膨胀性　10
1.4.2　流体的导热性　11
习题　12
第2章　流体静力学　15
2.1　流体上的作用力和静压强　15
2.1.1　质量力和表面力　15
2.1.2　流体的静压强　16
2.2　静止流体微分方程及相关概念　18
2.2.1　欧拉静平衡方程　18
2.2.2　力势函数　20
2.2.3　等压面　22
2.3　重力作用下流体内部的压强　22
2.3.1　重力作用下液体内部压强分布规律　22
2.3.2　压强测量　26
2.3.3　重力作用下的大气压强分布规律　28
2.4　流体的相对平衡　30
2.4.1　等加速直线运动容器中液体的平衡　31
2.4.2　等角速度旋转容器中液体的平衡　32
2.5　流体对平面的作用力　36
2.6　流体对曲面的作用力　41
2.6.1　流体对曲面作用力的计算过程　41
2.6.2　流体对曲面作用力的应用　43
2.7　表面张力的相关知识　46
2.7.1　表面张力　46
2.7.2　弯曲压强　48
2.7.3　毛细现象　49
习题　54
第3章　流体运动分析基础　62
3.1　流体运动的描述　62
3.1.1　拉格朗日法和欧拉法　62
3.1.2　流体运动的分类　64
3.2　随流导数　67
3.3　体系和控制体　69
3.4　雷诺输运定理　69
3.5　描述流场的几个概念　72
3.5.1　迹线、流线及脉线　72
3.5.2　流管及流面　75
3.6　流体微团的运动和变形　76
3.6.1　流体微团的运动分析　76
3.6.2　亥姆霍兹速度分解定理　80
3.7　有旋流动及无旋流动　81
3.7.1　有旋流动及旋涡强度　81
3.7.2　无旋流动及速度势函数　84
习题　87
第4章　理想流体动力学的基本方程　90
4.1　连续方程　90
4.1.1　积分形式连续方程　90
4.1.2　微分形式连续方程　92
4.1.3　微分与积分形式的转换　94
4.2　动量方程　95
4.2.1　积分形式动量方程　95
4.2.2　微分形式动量方程　96
4.2.3　微分与积分形式的转换　99
4.3　伯努利方程　101
4.3.1　伯努利方程导出过程　101
4.3.2　非定常无旋流的伯努利方程　103
4.3.3　伯努利方程的应用　105
4.4　能量方程　110
4.4.1　积分形式能量方程　111
4.4.2　微分形式能量方程　113
习题　116
第5章　理想不可压缩流体平面有势流动　122
5.1　平面流动中的流函数和速度势函数　123
5.1.1　流函数　123
5.1.2　速度势函数　125
5.2　不可压缩平面势流的求解　126
5.2.1　不可压缩平面势流的势函数方程和流函数方程　126
5.2.2　不可压缩平面势流的势函数和流函数关系　127
5.2.3　边界条件　128
5.2.4　基本解的叠加原理　129
5.3　部分简单平面势流的叠加　130
5.3.1　直匀流　130
5.3.2　点源和点汇　131
5.3.3　点涡　134
5.3.4　偶极子　136
5.4　几种简单平面势流的叠加　138
5.4.1　点源和点涡的叠加　138
5.4.2　直匀流和点源的叠加　139
5.5　直匀流绕不带环量圆柱的流动及应用　142
5.5.1　直匀流绕不带环量圆柱的流动　142
5.5.2　圆柱形测速管原理　145
5.6　直匀流绕带环量圆柱的流动及应用　148
5.6.1　直匀流绕带环量圆柱的流动　149
5.6.2　升力定理　151
习题　155
第6章　黏性流体动力学　159
6.1　黏性流体运动方程　159
6.1.1　连续方程　159
6.1.2　动量方程　160
6.1.3　能量方程　166
6.2　N-S方程　171
6.2.1　广义牛顿定律　171
6.2.2　N-S方程的建立　174
6.2.3　能量方程的变形　175
6.3　初始条件和边界条件　177
6.4　雷诺实验与雷诺数　181
6.4.1　雷诺实验　181
6.4.2　雷诺数的物理意义　183
6.5　雷诺方程　184
6.5.1　湍流的脉动现象与时均化　185
6.5.2　常用的时均运算关系式　186
6.5.3　时均化连续方程　188
6.5.4　雷诺方程的导出　189
6.6　边界层　192
6.6.1　边界层基础知识　192
6.6.2　边界层微分方程　195
6.6.3　边界层积分法　197
6.6.4　边界层分离　207
习题　212
第7章　相似理论　217
7.1　相似第一定理　217
7.1.1　相似原理与相似要素　217
7.1.2　相似准则数与相似理论的关系　221
7.2　相似第二定理　223
7.2.1　相似第二定理的表述　223
7.2.2　相似模拟建立方法　224
7.2.3　量纲　227
7.3　相似第三定理　230
7.3.1　量纲独立量与量纲不独立量　230
7.3.2　主定量和被定量　231
7.3.3　 定理的推导过程　233
7.4　模型实验　237
7.4.1　全面力学相似　237
7.4.2　近似模化法　239
习题　240
第8章　流动损失和管网计算　242
8.1　流动损失的分类　242
8.1.1　流动损失规律与流动状态的关系　242
8.1.2　沿程损失与局部损失　243
8.2　层流流动的损失计算　244
8.2.1　圆管截面上的速度分布　244
8.2.2　沿程损失的计算　247
8.3　湍流流动的损失计算　248
8.3.1　壁面湍流流动的结构　248
8.3.2　湍流的速度分布　249
8.3.3　湍流的沿程损失计算　252
8.4　管道中的损失　253
8.4.1　管道中的沿程损失　253
8.4.2　管道中的局部损失　255
8.5　管道的网络算法　261
8.5.1　网络算法简介　262
8.5.2　润滑系统元件模化和处理　263
习题　273
第9章　可压缩一维定常流动　277
9.1　声速和马赫数　277
9.1.1　声速　277
9.1.2　马赫数　279
9.2　完全气体定常等熵流动　281
9.2.1　三种参考状态　281
9.2.2　用滞止参数表示各种特定速度　283
9.2.3　速度系数　283
9.2.4　静参数与滞止参数的关系　284
9.3　变截面管流　285
9.3.1　速度与截面积变化的关系　285
9.3.2　临界截面、密流和流量公式　286
9.4　正激波　288
9.4.1　正激波的基本方程　289
9.4.2　正激波绝热关系　289
9.4.3　普朗特速度关系　291
9.4.4　正激波前后热力学参数关系　291
9.4.5　应用举例　292
9.5　理想气体管内等熵流动　294
9.5.1　渐缩喷管　294
9.5.2　拉瓦尔喷管流动　296
9.6　发动机容腔压力的瞬态响应　300
9.6.1　空气系统的容腔效应　301
9.6.2　瞬态响应的计算　302
习题　305
第10章　射流　308
10.1　射流概述　308
10.1.1　射流的分类　308
10.1.2　射流的应用　309
10.1.3　研究射流需解决的问题　310
10.2　自由射流　311
10.2.1　自由射流的结构　311
10.2.2　自由射流边界宽度　312
10.2.3　自由射流中的速度分布特性　313
10.2.4　自由射流轴心速度衰减规律　316
10.2.5　自由射流断面平均流速变化规律　319
10.2.6　自由射流的湍流特性　320
10.3　温差射流　322
10.3.1　温差分布规律　323
10.3.2　无因次初始温度对轴心速度与温度衰减规律的影响　324
10.3.3　质量平均温差变化规律　326
10.4　自由湍流射流理论分析　327
10.5　管内射流的分析及应用　328
10.5.1　管内射流　329
10.5.2　喷管引射器的增推　330
习题　334
参考文献　336