工程流体力学（下册） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:高等教育

作者:闻德荪 编

出品人:

页数:288

译者:

出版时间:2004-1

价格:21.50元

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isbn号码:9787040130850

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工程流体力学（上册）：基础理论与应用 本书导读 本书是《工程流体力学》系列教材的上册，旨在为读者系统地构建流体力学领域的核心理论框架，并初步探索这些基础知识在工程实践中的初步应用。我们深知，流体力学是一门集数学的严谨性、物理的深刻性与工程的实用性于一体的学科。因此，本书的编写不仅注重理论的深度，更强调概念的清晰阐释与工程直觉的培养。全书结构严谨，由浅入深，力求为后续更深入的专业学习（如您所提到的“下册”内容所涵盖的更复杂的流动、传热与船舶、航空等特定领域）打下坚实、不可动摇的基础。 第一部分：流体力学的基本概念与流体静力学 本部分是进入流体力学世界的门户，重点在于建立对流体这一特殊物质形态的基本认知，并掌握在流体静止状态下的受力分析方法。 第一章 流体与流体力学的基本概念 本章首先界定流体与固体物质的本质区别，重点讨论“连续介质假设”的物理意义及其适用性。我们将深入探讨流体的基本物理性质，包括密度（ρ）、比重、比容以及压力（P）的精确定义，区分绝对压力、表压力和真空度。 随后，本书将详尽介绍流体的分类——牛顿流体与非牛顿流体的黏性特性。黏性是流体力学的核心要素之一，本章会引入黏性系数（μ），并阐述牛顿内摩擦定律的微观物理基础。对于速度场的描述，我们将区分拉格朗日描述（随质点追踪）与欧拉描述（空间位置固定观测），并通过流线、迹线与偏迹线的概念，使读者能够直观地理解流动的空间与时间特性。 此外，压力梯度、剪切应力等基本应力状态将在本章被初步引入，为后续的微分分析做准备。 第二章 流体静力学 流体静力学是流体力学的基石，研究流体在平衡状态下的压力分布与受力情况。 压力随深度变化规律： 详细推导在不同重力场（包括均匀重力场和旋转流体）下，流体内部压力随深度呈线性或非线性变化的规律。本章将严格证明“同一水平面上的静止流体压力相等”的原理。 压力的测量： 介绍常见的压力测量仪器，如皮托管（Piezometer Tube）、U形管压力计，以及更复杂的差压计。重点在于理解这些设备如何通过流体的静力平衡来间接测量流体压力。 作用在平面与曲面上的静合力： 这是工程应用的关键。我们将运用积分方法，计算作用在浸没在流体中的平面（如水闸、挡墙）和规则曲面（如水库坝体的弧面）上的总静压力及其作用点（压力中心）的位置。压力中心的计算涉及对压力分布的矩的求解。 浮力与阿基米德原理： 阐述浮力的产生机制，并对阿基米德原理进行严格的数学证明。讨论浮体的平衡条件，以及稳性的概念，例如，判断船只或浮箱的稳性（横稳性与复稳性）需要确定稳心（Metacenter）的位置。 第二部分：流体运动学与基本守恒定律 本部分从描述流体运动过渡到建立描述流体动力学现象的数学方程组，这是将理论与实际工程问题相连接的关键步骤。 第三章 流体运动学 本章专注于描述流体“如何运动”，而不涉及运动产生的原因（即力）。 运动学描述进阶： 深入探讨速度场的空间分布。引入速度梯度张量，并将其分解为线速度变化（变形梯度）和刚体运动两部分。 流体变形分析： 详细分析流体微团的线应变率（Rate of Straining）和角速度（Vorticity）。涡量（Vorticity）是衡量流体旋转程度的物理量，是分析复杂流动的核心参数，本章将对其进行详尽的分析。 流体运动分类： 根据速度场的空间和时间特性，对流动进行分类，例如定常流与非定常流、恒定流与非恒定流、均匀流与非均匀流。 第四章 流体动力学的基本方程 本章是整个流体力学理论的核心，它基于物理学中最基本的守恒定律，并转化为描述流体运动的偏微分方程组。 物质导数（随体导数）： 详细解释物质导数（$D/Dt$）的物理意义，它是将拉格朗日观点引入欧拉描述的关键桥梁。 连续性方程（质量守恒）： 从微元体出发，推导出一般形式的连续性方程。针对可压缩流体和不可压缩流体（即$ ho$=常数），分别给出其简化形式。对于不可压缩流，连续性方程简化为$ abla cdot mathbf{u} = 0$，强调了速度场的无散性特征。 动量方程（牛顿第二定律的应用）： 运用雷诺输运定理（Reynolds Transport Theorem）将牛顿第二定律应用于流体控制体，推导出纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes Equations）。本书将重点阐述方程中各项的物理意义：惯性力项、压力梯度项、黏性（牛顿内摩擦）项与外力项（如重力）。 能量方程（热力学第一定律）： 建立流体微团的能量守恒方程，引入内能、动能、外功和热流项，构建热力学与流体力学的结合点。 第五章 简化的流动分析与应用 在掌握了复杂的纳维-斯托克斯方程后，本章着重于在特定工程条件下对这些方程进行简化，从而得到可解的解析或半解析解。 无黏流体假设与欧拉方程： 假设流体无黏性（$mu=0$），推导简化的欧拉方程，并在此基础上推导出著名的伯努利方程（Bernoulli Equation）。伯努利方程是流体力学中最常用、最直观的能量关系式，本书将严格限定其适用条件（沿流线、定常流、等熵/等温）。 粘性流动的初步分析： 讨论黏性对流动的影响。对于层流（Laminar Flow），我们将应用纳维-斯托克斯方程，求解经典的泊肃叶流动（Poiseuille Flow，管道内稳定层流）和库艾特流动（Couette Flow，两平行平板间的剪切流动）。这些基础解是理解边界层理论的前提。 流函数与流线： 讨论二维、不可压缩流动的流函数（$psi$）概念，及其与速度场的内在联系，这是分析复杂二维流型的重要工具。 本书的编写风格注重概念的严谨定义和物理图像的建立，为读者提供了一个坚实的理论基础，以应对后续课程中更复杂的流动现象分析与工程设计问题。

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我真正开始深入阅读是从“非定常流场分析”这一章开始的。坦率地说，这部分内容对我来说挑战性是相当大的，因为它涉及到大量的偏微分方程和向量演算，需要高度集中的精神去消化。作者的处理方式非常巧妙，他没有急于抛出最复杂的纳维-斯托克斯方程的湍流形式，而是先用很长的篇幅回顾了傅里叶分析在线性波动中的应用，这无形中帮我把那些生疏的数学工具重新激活了。我尤其欣赏作者在讲解涡量输运方程时，那种层层递进的逻辑推导。他非常细致地解释了为什么在某些简化假设下，某些项可以被忽略，以及忽略后带来的物理意义上的误差边界在哪里。我试着跟着书中的例题，用手边的一份旧的MATLAB脚本重新跑了一遍，结果发现对照书上的图表，我的计算结果在定性趋势上是完全吻合的，这极大地增强了我对理论的信心。这本书的行文风格非常克制和精确，几乎没有冗余的形容词，每一个句子似乎都携带着明确的物理信息量，对于追求效率的工程技术人员来说，这简直是福音。

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我必须承认，第一次拿到这本书时，我有些被其篇幅吓到了，它看起来像是一本“大部头”，阅读起来确实需要投入大量的时间和精力。与其他一些侧重于理论推导或纯粹实验数据展示的流体力学著作不同，这本书在知识的广度和深度上取得了惊人的平衡。比如在介绍空化现象的建模时，作者不仅讨论了雷利-普莱斯方程的经典形式，还引入了最新的相变模型，并对比了它们在预测高频空化噪声方面的适用性差异。这种百科全书式的覆盖面，让这本书在我的专业资料库中占据了一个难以替代的位置——它不像教材那样需要系统地从头读到尾，更像是一本可以随时取用、查询特定复杂问题的“技术手册”。我发现，每当我遇到一个棘手的工程问题，比如管道中的非牛顿流体效应，这本书总能在某个角落提供一个相关的、经过验证的理论基础或经验公式，指导我如何构造我的初步假设。

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这本书的后半部分，关于“传热与传质过程的耦合分析”这部分内容，对我现在正在进行的高温气动加热研究产生了直接的帮助。很多教科书在处理对流换热时，往往会把动量和能量方程割裂开来，各自讲解，导致学生在实际应用中难以建立统一的认识。然而，这本书非常强调能量方程与速度场的相互依赖性，特别是关于普朗特数（Prandtl number）对速度边界层和温度边界层相对厚度的影响，作者用一个非常形象的比喻来描述，让我茅塞顿开。此外，它对如何将这些理论模型转换成有限体积法（FVM）的离散格式也给出了详尽的步骤说明，虽然没有手把手教编程，但其对离散残差项的物理意义解释，远比那些单纯的编程指南来得深刻。我在查阅了其他几本参考书后发现，只有这本书对“湍流模型对热边界层预测的敏感性”这一前沿问题的讨论相对更具前瞻性，这对于我准备下一阶段的课题申报至关重要。

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮，封面那种深邃的蓝色调，配上清晰锐利的白色字体，一下子就抓住了我的注意力。拿到手里感觉分量十足，那种纸张的质感，摸上去带着微微的粗粝感，绝对不是那种廉价的胶印本能比拟的。我记得我当初在书店里翻看的时候，光是目录那一页就让我驻足了好一阵。它清晰地划分了几个主要的章节，比如“湍流运动的统计描述”、“边界层理论的进阶应用”以及“多相流动的数值模拟基础”这些标题，每一个都像是通往一个复杂而迷人领域的入口。虽然我目前主要在做的是关于声学耦合的计算，但这些基础理论的扎实介绍，为我理解更深层次的物理现象提供了极佳的理论框架。特别是关于雷诺应力模型的章节，作者的讲解深入浅出，用了很多经典实验的图表来佐证，这比单纯的公式堆砌要直观得多。唯一略感遗憾的是，某些涉及到最新CFD软件操作的配图稍微有些过时了，不过这似乎也从侧面印证了这本书内容的经典性，毕竟真正核心的物理原理是不会轻易过时的。总的来说，这本书的实体品质和内容组织结构，都散发出一种严谨的学术气息，非常适合作为工具书长期放在案头。

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这本书的排版和索引系统设计得极为考究，这对于厚重的专业书籍来说，实在是一个巨大的加分项。我指的是那种细微但决定阅读体验的部分。例如，公式编号的引用非常清晰，每当引用前面的某个方程时，读者几乎不需要费力去翻页回溯就能立刻明白其上下文。更值得称道的是，书后附带的“关键术语索引”，它不仅罗列了术语，还标注了该术语在书中出现的页码范围，这极大地提高了检索效率。在我最近整理一个关于旋转流体稳定性的研究报告时，我需要快速定位到“泰勒-库埃特流”的讨论部分，通过索引我只用了不到一分钟就找到了相关的几何描述和稳定性判据的详细推导，这在处理大量参考资料时是节省精力的关键。总而言之，这本书不仅仅是一堆知识的集合，它还体现了对读者阅读体验的尊重和关怀，使得原本枯燥的流体力学学习过程，多了一份清晰和流畅。

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