Fluid Mechanics with Engineering Applications pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:未定义出版社

作者:

出品人:

页数:800

译者:

出版时间:2004-01-01

价格:155.0

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isbn号码:9780071121965

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• 流体力学
• 工程应用
• 流体动力学
• 流体静力学
• 传热
• 工程
• 物理
• 机械工程
• 计算流体力学
• 流体

现代工程的基石：流体运动的奥秘与应用 在浩瀚的工程领域中，流体扮演着不可或缺的角色。无论是宏伟的桥梁设计、高效的航空器制造，还是精密的生物医疗设备，甚至是我们日常生活中水龙头里流出的涓涓细流，都离不开对流体行为的深刻理解。流体，这一无形却又无处不在的存在，是驱动现代文明前进的关键力量。本书旨在深入探讨流体力学的基本原理，并将其巧妙地应用于各种工程实践之中，为工程师们提供一套全面而实用的知识体系。 一、 流体的本质：理解物质的另一种形态 流体力学研究的是流体（包括液体和气体）在静止和运动状态下的行为。与研究固体的力学不同，流体能够轻易地改变形状，并沿着施加的力流淌。因此，理解流体的基本性质至关重要。 密度（Density）：这是物质单位体积的质量，它直接影响流体在重力作用下的表现，例如浮力的大小以及在重力驱动下的流动。密度是流体动力的基本参数之一。 粘度（Viscosity）：这是流体抵抗剪切应力的内在性质，可以理解为流体内部的“摩擦力”。粘度对流体流动阻力、能量耗散以及流动形态（如层流和湍流）有着决定性的影响。高粘度意味着流动缓慢且阻力较大，低粘度则相反。 可压缩性（Compressibility）：这是指流体在压力变化下其体积发生改变的能力。对于大多数液体，在一般工程条件下，其可压缩性可以忽略不计，将其视为不可压缩流体。然而，对于气体，尤其是在高速流动或压力变化较大的情况下，可压缩性就变得至关重要，需要进行专门的分析。 表面张力（Surface Tension）：这是液体表面因分子间吸引力而产生的收缩趋势，在液体表面形成一种类似弹性的膜。表面张力在微小尺度流动（如毛细管现象）和液滴形成等现象中起着关键作用。 压力（Pressure）：这是单位面积上承受的垂直作用力。在静止流体中，压力沿深度方向均匀增大，这便是静水压力。在流动流体中，压力与速度和流动方向密切相关，例如伯努利方程就揭示了压力、速度和高度之间的联系。 二、 流体静力学：静止流体中的平衡艺术 当流体处于静止状态时，其受力分析遵循相对简单的规律，这便是流体静力学。虽然看似简单，但流体静力学在许多工程领域都有着不可替代的应用。 静水压力（Hydrostatic Pressure）：如前所述，静止流体中的压力随深度的增加而线性增大。这一原理广泛应用于水坝、闸门、潜水艇设计以及储罐的结构强度计算。理解静水压力是设计能够承受水压的构件的基础。 浮力（Buoyancy）：阿基米德原理指出，浸在流体中的物体受到向上的浮力，其大小等于该物体排开的流体所受的重力。浮力原理是船舶、浮筒、热气球等漂浮物体的设计基础，也解释了为何密度小于流体的物体会漂浮。 作用在平面和曲面上的静水总压力（Resultant Hydrostatic Force on Plane and Curved Surfaces）：工程师需要计算流体对各种形状表面产生的总压力及其作用点，以便进行结构受力分析和安全评估。这涉及到对不同几何形状的表面压力分布进行积分计算。 三、 流体动力学：流动中的力与运动的规律 流体动力学是流体力学中更为复杂但也更具挑战性的部分，它研究流体在运动状态下的行为。流体动力学方程组是描述流体运动的数学基础，虽然精确求解非常困难，但对这些方程的理解和近似处理是解决工程问题的关键。 质量守恒（Conservation of Mass）：任何系统在没有质量流入或流出的情况下，总质量保持不变。对于流体流动，这意味着进入一个控制体的流体质量率必须等于离开该控制体的流体质量率，这是连续性方程的基础。 动量守恒（Conservation of Momentum）：牛顿第二定律在流体中的体现。流体的动量变化率等于作用在其上的合力，这构成了纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes Equations）的核心。这些方程是描述粘性流体流动行为最基本的方程。 能量守恒（Conservation of Energy）：能量在流体流动过程中可以相互转化，但总能量保持不变。伯努利方程（Bernoulli's Equation）是能量守恒在理想不可压缩流体中的一个重要应用，它描述了流体压力、速度和高度之间的关系。 雷诺数（Reynolds Number）：这是一个无量纲参数，用来表征流体惯性力与粘性力之比。雷诺数的大小是判断流体流动状态（层流或湍流）的关键指标。 层流（Laminar Flow）：当雷诺数较低时，流体粒子沿着平滑的轨道流动，各层流体相互错动而不发生显著的混合。层流流动比较规则，易于分析。 湍流（Turbulent Flow）：当雷诺数较高时，流体流动变得混乱无序，伴随有大量的涡旋和随机的波动，流体粒子之间发生剧烈的混合。湍流流动是自然界和大多数工程应用中最常见的流动形式，也更难进行精确预测。 边界层（Boundary Layer）：当流体与固体表面接触时，由于粘性作用，紧贴表面的一层流体的速度会减至零。这层速度逐渐恢复到主流速度的区域称为边界层。边界层的存在对流体阻力、传热以及流动分离等现象有着至关重要的影响。 流动分离（Flow Separation）：当流体遇到后掠角较大的物体表面或压力梯度发生逆转时，边界层可能从表面脱离，形成涡流区域。流动分离会显著增加流体阻力，降低效率，并可能引发结构振动。 四、 工程应用：将理论化为实践 流体力学的理论知识为解决各种工程问题提供了强大的工具。本书将重点介绍以下几个关键应用领域： 管道流动（Pipe Flow）：这是最常见的流体工程问题之一，涉及输送液体和气体。工程师需要计算管道中的压力损失、流量以及泵的功率需求。这包括对层流和湍流管道流动的分析，以及考虑摩擦、局部阻力等因素。 流体机械（Fluid Machinery）：如水泵（Pumps）、风机（Fans）、涡轮机（Turbines）等，它们是利用流体能量或转换流体能量的关键设备。理解流体如何与机械叶轮相互作用，以及能量如何在其中传递，是设计和优化这些设备的核心。 飞机和船舶设计（Aircraft and Ship Design）：空气动力学（Aerodynamics）和水动力学（Hydrodynamics）是这两个领域不可或缺的部分。研究流体（空气或水）与飞行器或船体表面的相互作用，以减小阻力、提高升力（或稳定性）并优化性能。 河流和水坝工程（River and Dam Engineering）：水文学（Hydrology）与流体力学紧密结合，用于分析河流流量、设计水库、溢洪道和防洪设施。理解水流对河床的冲刷作用以及水流与结构物的相互作用至关重要。 环境工程（Environmental Engineering）：流体力学在污染物扩散模型、空气净化系统设计、废水处理以及海洋工程等方面都有广泛应用。例如，通过流体力学模型预测污染物在水体或大气中的扩散范围，为环境保护提供科学依据。 生物医学工程（Biomedical Engineering）：人体内的血液循环、呼吸过程以及药物输送都涉及流体力学原理。例如，设计人工心脏瓣膜、血管支架以及分析血栓形成等，都需要流体力学知识。 五、 解决工程问题的策略 在实际工程问题中，我们常常需要对复杂的流体行为进行简化和近似。本书将引导读者掌握以下关键的解决问题策略： 控制体分析（Control Volume Analysis）：通过选取一个固定的或移动的假想体积（控制体），对控制体内的流体进行质量、动量和能量守恒分析，从而推导出工程上常用的方程。 相似性原理（Similitude）：利用无量纲参数（如雷诺数、马赫数等）来建立模型实验和实际工程之间的联系。通过在模型上进行的实验结果，可以预测大型实际结构的行为。 量纲分析（Dimensional Analysis）：利用量纲分析方法（如巴克林厄姆-π定理），可以从复杂的物理量关系中提取出关键的无量纲参数，简化问题并指导实验设计。 数值方法（Numerical Methods）：对于无法解析求解的复杂流体问题，如湍流和复杂几何形状的流动，计算流体动力学（CFD）技术利用计算机对流体运动方程进行数值离散和求解，为工程师提供了强大的分析工具。 结语 流体力学是一门既有深厚理论基础又与工程实践紧密相连的学科。掌握流体力学的基本原理，并将其融会贯通于工程应用之中，是现代工程师必备的核心能力。本书将通过清晰的阐述、丰富的实例和严谨的推导，帮助读者建立起坚实的流体力学知识框架，培养解决实际工程问题的能力，最终在各自的专业领域中不断创新与进步。流体的世界蕴藏着无限的可能，期待本书能成为您探索这一奥秘的得力助手。

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这本书的装帧和印刷质量简直是一场灾难。拿到手上感觉就像是八十年代的教科书，纸张又薄又脆，油墨印得也模模糊糊，很多重要的图表看起来都像是复印了好几遍的模糊照片。说实话，作为一本专业的流体力学教材，对视觉呈现的粗糙程度让人难以接受。我花了很大力气去分辨那些本该清晰的矢量图和示意图，很多时候不得不去网络上搜索高清版本来对照学习。更别提那些公式排版了，简直是混乱不堪，变量和下标挤在一起，有时候连指数都分不清。这种低劣的制作水平，让人不禁怀疑作者和出版商对内容质量是否也抱持着同样的轻率态度。读着读着就觉得心累，注意力很容易被这些低劣的视觉细节分散，严重影响了学习的流畅性和效率。对于那些需要大量依赖图表来理解复杂概念的学生来说，这本书的物理形态简直是一种折磨。

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内容组织上，这本书的逻辑跳跃性实在太大了，简直像在走迷宫。前一章还在讲伯努利方程的推导，下一章突然就跳到了湍流模型的应用，中间的关键过渡和细节解释完全被跳过了，留下一大堆需要读者自行脑补的空白。我感觉自己像是在被强行塞入知识点，而不是被引导着去理解流体力学的内在机制。比如，在讲到边界层分离时，作者几乎没有深入探讨压力梯度对分离点的影响机理，仅仅是给了一个经验性的结论，这对于想深究原理的读者来说是远远不够的。很多基础概念的引入都显得仓促和不够严谨，总觉得作者默认读者已经具备了某些高阶的背景知识，这对于初学者极其不友好。我不得不频繁地翻阅其他更基础的参考书来填补这些巨大的知识断层，这本书的价值更多地体现在它“包含”了某些术语，而不是真正地“解释”了它们。

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作者的叙事风格极其枯燥和教条化，简直像在宣读一份冰冷的官方文件。通篇充斥着冗长而复杂的数学推导，但缺乏任何能够激发读者兴趣或建立直观理解的类比、历史背景或实际工程故事。学习流体力学本身就是一个挑战，如果作者能用更生动的方式去描绘流体的行为——比如想象水分子之间的拉扯、涡旋的诞生和消亡——或许还能提高学习的积极性。然而，这本书的文字描述极其抽象，充满了技术术语的堆砌，使得理解过程变得异常沉重。我常常需要在阅读完一大段文字后，停下来反复咀嚼，试图在脑海中构建一个动态的物理图像，但书本身并没有提供任何有效的视觉辅助来帮助完成这个构建过程。阅读体验非常单调，阅读的动力很难维持。

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习题设计的难度梯度把握得一塌糊涂，完全没有循序渐进的感觉。某些章节的基础习题竟然比后续章节的“挑战性”题目还要复杂晦涩，这让人无所适从。很多计算题需要进行多步骤的复杂代数变形，但这些变形过程的中间步骤在课本正文中从未被详细展示或提及，导致我们只能凭空猜测作者期望我们走了哪些“捷径”。更糟糕的是，书后附带的答案只给出了最终结果，连关键的公式代入过程都没有，使得我们无法有效检查自己的解题思路是否正确。如果一个学生在没有助教指导的情况下尝试独立使用这本书进行学习，他会很快发现自己陷入了无尽的、无法自我纠错的计算泥潭中。这本书似乎更适合那些已经掌握了流体力学精髓、只需要一套题库进行强化训练的顶尖研究生，而不是广大的本科生群体。

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这本教材在工程应用案例的选择上，暴露出了严重的时代脱节和地域偏见。书中的例题和习题几乎完全集中在传统的、非常“经典”的管道流动、水轮机和简单的机翼设计上，缺乏对现代工程领域，比如微流控、计算流体力学（CFD）的前沿应用或者复合材料结构的气动弹性分析等内容的覆盖。那些所谓的“应用”部分，往往只是简单地套用了一个公式，缺乏对实际工程约束、优化过程和不确定性分析的讨论。读完之后，我感觉自己掌握的更像是一套过时的、只能应对期末考试的理论工具箱，而不是一套能解决真实世界复杂工程问题的思维框架。对于期望通过这本书来衔接工业界前沿技术的工程专业学生来说，这本书提供的价值非常有限，更像是一份历史文献而非实用指南。

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