高等流体力学

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出版者:天津大学出版社
作者:高学平 编
出品人:
页数:147
译者:
出版时间:2005-1
价格:15.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787561821145
丛书系列:
图书标签:
  • 自然科学
  • 白玉川
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具体描述

本书是为水利工程一级学科各硕士专业学位课程“高等流体力学”编写的教材,相对大学本科“水力学”或工程流体力学“课程而言”,“高等流体力学”在相关问题上进行了更深入的理论分析和叙述,以满足现代水利工程对流体力学的要求。本书有助于提高读者的理论修养,深入理解现代流体力学的基本内容。本书也可作为有关专业从事科研、教学及工程技术人员和参考用书。

本书在保持流体力学基础理论完整的性的同时,在内容安排取舍上兼顾了后续专业课程和研究工作的要求。本书共分6章:流体力学的基本概念、流体运动的基本方程、势流运动、黏性流体运动、紊流运动、涡旋运动,并参附录中给出了有关的基本数学知识。

《理论力学:经典范式与现代视角》 本书旨在全面而深入地阐述理论力学的核心概念、基本原理及其在现代科学与工程领域中的广泛应用。我们从牛顿力学的奠基性工作出发,循序渐进地引入分析力学,包括拉格朗日力学和哈密顿力学,展现了从宏观到微观、从直观描述到严谨数学表述的演进历程。 第一部分:牛顿力学的基石 在本部分,我们将详细探讨牛顿运动定律,分析其在描述经典宏观物体运动中的强大能力。我们将深入剖析惯性、力和加速度之间的直接关系,并以此为基础,详细讲解动量守恒、能量守恒等基本守恒定律。直线运动、曲线运动、圆周运动等典型运动模式将得到详尽的分析,并结合实际案例,例如行星轨道运动、弹性碰撞等,来巩固理论知识。同时,我们将着重介绍牛顿万有引力定律,阐述其在天体力学中的核心地位,以及如何利用它来理解和预测天体的运动规律。 第二部分:分析力学的优雅 随着科学的发展,对更复杂系统运动的描述和分析需求日益增长。分析力学以其高度的抽象性和数学化的语言,为解决这些问题提供了强大的工具。 拉格朗日力学: 本节将详细介绍广义坐标、广义速度的概念,以及它们如何简化复杂系统的描述。拉格朗日方程作为描述系统的动力学行为的核心,其推导过程和物理意义将被深入剖析。我们还将探讨拉格朗日力学在处理约束问题方面的优势,并分析其在机械臂控制、振动分析等领域的应用。 哈密顿力学: 在此基础上,我们将引入相空间、正则变换等哈密顿力学的核心概念。哈密顿方程作为另一个描述系统动力学的基本方程组,其与拉格朗日方程的联系和区别将被清晰阐明。我们还将重点介绍泊松括号、正则方程的意义,以及哈密顿力学在量子力学、统计力学等领域中的重要作用。 第三部分:力学原理的应用与拓展 理论力学不仅仅是抽象的数学框架,更是解决实际问题的有力武器。 振动与波动: 简谐振动作为最基本、最普遍的振动形式,其产生条件、特征参数(频率、振幅、相位)将得到详尽阐述。受迫振动、阻尼振动及其共振现象的分析,将帮助读者理解各种工程系统中的振动特性。波动方程的引入,将使读者理解能量如何在介质中传播,并应用于声波、光波的初步理解。 刚体动力学: 相较于质点,刚体运动的复杂性在于其既有平动又有转动。本节将深入介绍刚体的运动状态描述,包括角速度、角加速度等概念。转动惯量作为描述刚体转动惰性的关键物理量,其计算方法和对运动的影响将得到详尽分析。欧拉方程作为描述刚体绕固定轴及任意轴转动的基本方程,其推导和应用也将是重点。 连续介质力学入门: 在经典力学的基础上,本书将初步引入连续介质力学的概念。应力、应变张量作为描述介质内部受力和形变的数学工具,其定义和基本性质将被介绍。我们将触及弹性力学的一些基本概念,例如胡克定律,为理解材料的变形行为奠定基础。 第四部分:现代视角的审视 理论力学的发展从未停止。本部分将对理论力学在现代科学中的地位和作用进行回顾与展望。 理论力学与相对论: 尽管本书主要聚焦经典力学,但我们将简要提及狭义相对论对经典力学在高速运动情况下修正的重要性,以及它如何改变了我们对时空和能量的认知。 理论力学与计算科学: 随着计算机技术的发展,数值方法在解决复杂的力学问题中扮演着越来越重要的角色。我们将简要介绍有限元分析、计算流体力学(CFD)等数值方法的基本思想,以及它们如何为工程设计和科学研究提供强大的计算支持。 目标读者: 本书适合高等院校理工科专业本科生、研究生,以及对理论力学有深入研究需求的科研人员和工程师。通过阅读本书,读者将能够掌握扎实的理论力学基础,理解力学原理的普适性,并具备运用这些原理分析和解决实际科学与工程问题的能力。我们力求以严谨的逻辑、清晰的论证和丰富的实例,引领读者在理论力学的世界中进行一次系统而深刻的探索。

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读后感

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用户评价

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这本书中关于非牛顿流体的讨论,为我打开了新的视野。在大多数基础教材中,流体往往被简化为牛顿流体,即粘度为常数的理想流体。然而,现实世界中存在大量的非牛顿流体,如血液、聚合物溶液、泥浆等。作者在这部分内容中,详细介绍了各种类型的非牛顿流体模型,如牛顿模型、幂律模型、宾汉模型等,并分析了它们在不同剪切速率下的流变行为。我尤其对剪切稀化和剪切增稠现象的解释印象深刻,作者通过生动的比喻和实例,让我理解了这些现象背后的物理机制。这部分内容对于化工、生物医学等领域的工程师来说,具有非常重要的参考价值。

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对于任何一个在流体力学领域深耕的学者来说,这本书提供了一个极其详尽的理论框架,其深度和广度都令人赞叹。书中关于粘性流动的讨论,特别是Navier-Stokes方程的推导和性质分析,绝对是点睛之笔。作者不仅详细地推导了方程的各个组成部分,还深入探讨了其在高雷诺数和低雷诺数下的近似解法,例如边界层理论。我花了相当多的时间来理解边界层内部的流动现象,作者对普朗特边界层方程的引入以及如何从Navier-Stokes方程中推导出它们,非常清晰。特别是关于分离流和附着流的讨论,配以丰富的插图和真实世界的工程案例,让原本抽象的理论变得触手可及。作者还很注重方程的物理解释,例如压力梯度、粘性力的作用,以及它们如何共同驱动流体的运动。

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对于希望将理论应用于实际工程问题的读者来说,这本书提供了一个宝贵的资源。书中在介绍完理论基础后,会紧接着给出大量的工程应用案例。从飞机翼型设计中的空气动力学,到管道内的多相流输运,再到海洋工程中的波浪力计算,这些案例的选取都非常具有代表性。作者在分析这些案例时,并没有简单地罗列公式,而是着重于如何运用前面学到的理论知识来解决实际问题。例如,在分析飞机翼型的升力和阻力时,作者会引导读者思考边界层分离、涡流产生等现象,并解释这些现象如何影响飞机的性能。这种理论与实践相结合的写作方式,极大地增强了本书的实用性。

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这本书的另一个突出优点在于其对流体力学历史和发展脉络的梳理。作者在讲述每一个理论或模型时,都会适当地提及相关的科学家和他们的贡献,以及这些理论是如何在历史的进程中不断发展和完善的。这种历史的视角,不仅让阅读过程更加有趣,也帮助读者更深刻地理解流体力学知识的来龙去脉。我特别欣赏作者在介绍伯努利方程时,对其历史渊源的追溯,以及它如何从能量守恒的原理中演变而来。这种对知识的“溯源”精神,使得这本书不仅仅是一本技术手册,更是一部流体力学思想史的缩影。

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在阅读这本书的过程中,我最大的感受是作者对于数学工具的运用可谓炉火纯青。书中涉及到大量的微分方程、积分方程、张量分析和复变函数等高等数学工具。作者在引入这些工具时,并没有回避其复杂性,而是详细地解释了它们在流体力学中的具体含义和作用。例如,在讨论势流理论时,拉普拉斯方程的出现及其求解方法,作者都进行了细致的讲解。对于一些高阶的数学概念,作者也提供了清晰的物理背景和直观的解释,使得即便是对某些数学工具不甚熟悉的读者,也能逐步跟上思路。这本书无疑为那些希望深入理解流体力学数学本质的读者,提供了一个绝佳的学习平台。

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这本书的结构设计非常合理,从宏观的流体动力学基础,逐步深入到微观的流动现象和数学模型。作者在处理可压缩流动的章节尤其出色。从亚音速、跨音速、超音速到高超声速,各个流动区域的特性都得到了系统性的讲解。我对于马赫数、激波和膨胀波的产生与传播的理解,在这本书的帮助下得到了极大的提升。作者不仅解释了声速的物理意义,还详细分析了跨音速流动中可能出现的奇点问题,以及解决这些问题的数值方法。书中关于激波管和膨胀波的分析,配以详细的流场示意图,让这些看似复杂的概念变得易于理解。

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在我看来,这本书最令人印象深刻的部分在于其对湍流的深刻剖析。湍流,这个被誉为“最后未解之谜”的现象,在这本书中得到了相当篇幅的介绍。作者首先澄清了湍流的统计特性,如各向同性、普适性和标度不变性,这些概念的引入,为后续理解湍流模型奠定了基础。随后,书中系统地介绍了各种主要的湍流模型,从早期的雷诺应力模型,到更为现代的k-ε模型和k-ω模型,作者都给出了详细的数学形式和物理含义的解释。尤其值得称道的是,作者在介绍这些模型时,并没有仅仅停留在公式层面,而是深入分析了它们各自的优势和局限性,以及在不同应用场景下的适用性。读到这里,我仿佛看到了科学家们在与湍流这一复杂现象搏斗的漫长历史。

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总而言之,《高等流体力学》是一本内容丰富、体系完整、论述深入的学术专著。它能够满足不同层次读者的需求,无论是初学者还是有一定基础的研究者,都能从中获益匪浅。作者在理论推导的严谨性、概念解释的清晰性、以及工程应用的广泛性上,都做得相当出色。虽然书中涉及的数学工具和物理概念可能对一些读者构成挑战,但只要有足够的耐心和毅力,投入时间和精力去钻研,这本书定能为你开启一个更为广阔的流体力学世界,让你对流体运动的本质有更深刻的认识和更透彻的理解。

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本书在数值流体力学(CFD)方面的论述,也是其亮点之一。作者首先介绍了有限差分法、有限元法和有限体积法等主要的数值离散方法,并详细分析了它们各自的优缺点。随后,书中深入探讨了各种数值求解算法,如松弛法、迭代法以及一些更为高级的求解器。作者还强调了网格生成、边界条件设置以及稳定性分析等CFD研究中的关键问题。我从中学到了如何评估一个CFD计算结果的准确性和可靠性,以及如何根据具体问题选择合适的数值方法。书中穿插的算例,虽然没有给出完整的代码,但其思路和关键步骤的讲解,足以让我对CFD的应用有一个清晰的认识。

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这本《高等流体力学》无疑是我近期阅读中最具挑战性但也最有收获的一本书。初翻开时,那厚实的篇幅和密集的公式就足以让许多人望而却步,但一旦你沉浸其中,便会发现里面蕴含着一个庞大而精妙的世界。作者在开篇就巧妙地引入了流体力学的基本概念,从最基础的连续介质假设,到流体运动的守恒定律——质量守恒、动量守恒和能量守恒,都进行了详尽而富有逻辑的阐述。我尤其喜欢作者在讲解这些基本定律时,所使用的类比和直观的物理图像。例如,在解释雷诺输运定理时,作者没有直接丢出复杂的数学推导,而是通过设想一个随流体运动的任意控制体,来形象地说明了宏观守恒律如何转化为微观的微分方程。这种由宏观到微观的视角,对于我这样背景不是特别深厚的读者来说,极大地降低了理解难度。

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