Viscous Fluid Flow (Mcgraw Hill Series in Mechanical Engineering) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:McGraw-Hill Science/Engineering/Math

作者:Frank M. White

出品人:

页数:640

译者:

出版时间:2005-01-05

价格:USD 160.31

装帧:Hardcover

isbn号码:9780072402315

丛书系列:McGraw-Hill Series in Mechanical Engineering

图书标签:

• White
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• 流体动力学
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流体力学基础与应用：深入探讨经典理论与前沿实践 书籍名称：流体力学基础与应用 (Fundamentals and Applications of Fluid Dynamics) 作者：[此处可填写虚构作者名，例如：张伟, 王芳, 李明] 出版社：[此处可填写虚构出版社名，例如：科技高等教育出版社] ISBN：[此处可填写虚构ISBN] --- 内容概述 《流体力学基础与应用》是一本旨在全面、深入地介绍经典流体力学理论，并结合现代工程实践需求的权威性教材与参考书。本书摒弃了对特定黏性流体特性的过度聚焦，转而构建一个涵盖不可压缩流体、可压缩流体、边界层理论、湍流现象以及复杂多相流动的统一框架。本书的独特之处在于其对数学建模的严谨性与物理图像的直观性之间的完美平衡，力求使读者不仅掌握求解技术，更能深刻理解流体运动背后的基本物理机制。 全书内容分为六大部分，共十五章，从流体力学的基本概念与控制方程的推导出发，逐步深入到高阶的非线性问题和实际工程中的挑战。 --- 第一部分：流体力学基础与流体静力学 (Foundations and Fluid Statics) 本部分为全书的基石，旨在为读者建立坚实的流体力学入门视角。 第一章：流体力学的基本概念与物质特性 本章详细阐述了流体（包括牛顿流体与非牛顿流体的一般特性分类，但不涉及特定黏性流体模型的深入推导）。重点讨论了流体动力学中的基本场变量：速度场、压力场、密度场及温度场。引入了流体物质属性的宏观描述，如比重、比热、导热性等，强调了连续介质假设的适用范围。此外，对流体力学中的基本控制体与流线概念进行了细致的辨析。 第二章：流体静力学与浮力原理 本章集中讨论流体处于静止状态下的受力分析。推导了静水压力的分布规律，并建立了适用于任意形状自由表面的压力积分公式。深入探讨了浮力、浸没体的受力和力矩计算，包括阿基米德原理的严格证明及其在船舶稳定性和水下结构设计中的应用。本章着重于静力平衡条件的建立，而非流体运动中的应力状态。 --- 第二部分：流体运动学与控制方程 (Kinematics and Governing Equations) 本部分的核心在于将流体力学问题转化为可解的数学方程组。 第三章：流体运动学分析 本章系统介绍了描述流体运动的两种基本视角：拉格朗日描述（追踪单个流体质点）和欧拉描述（分析空间中固定点的变化）。详细讨论了速度梯度张量（Rate-of-Strain Tensor）的构成，明确了旋转（Vorticity）与变形（Strain Rate）的数学表征。本章严格区分了流线（Streamline）、迹线（Pathline）和时间线（Streakline）的概念差异。 第四章：质量守恒与动量守恒方程 本章是全书的核心数学基础。严格地从雷诺输运定理（Reynolds Transport Theorem）出发，推导了适用于任意控制体的质量守恒方程（连续性方程）。随后，基于牛顿第二定律，推导了适用于欧拉描述下的非粘性流体的欧拉方程。本章的重点在于对控制方程的物理意义阐释，强调这些方程是描述宏观运动的普遍约束。 第五章：能量守恒与热力学耦合 本章引入了能量分析，推导了流体中的能量守恒方程，特别是针对等熵过程和绝热过程的简化。讨论了流体系统中的热传导、对流和做功，为后续分析涉及温度变化的流动问题（如热射流、跨音速流动）奠定了基础。 --- 第三部分：经典流动分析与解法 (Classical Flow Analysis and Solutions) 本部分将控制方程应用于简化的、理想化的流动情景，以建立解析解和近似解的工具箱。 第六章：理想流体的运动 本章聚焦于假设流体无黏性（即黏度 $mu = 0$）的理想流体流动。详细阐述了伯努利方程在不同坐标系和不同流动条件下的适用性与修正形式。通过引入流函数（Stream Function）和速度势函数（Velocity Potential），对二维无旋不可压缩流动进行了严格的势流理论分析，包括源、汇、偶极子和均匀流的叠加原理。 第七章：粘性流体中的流动 本章转向描述具有一定黏性的流体运动，推导了描述黏性流体运动的纳维-斯托克斯方程 (Navier-Stokes Equations) 的完整形式（不含热力学耦合项）。分析了完全发展的层流（如泊肃叶流动和库埃特流动）的解析解，强调了边界条件在确定特定解中的决定性作用。 第八章：流体动力学中的量纲分析与相似性 本章提供了一种强大的工程工具——量纲分析。详细介绍了 $Pi$ 定理（Buckingham $Pi$ Theorem），用于识别无量纲参数。重点讨论了雷诺数（Reynolds Number）、弗劳德数（Froude Number）和马赫数（Mach Number）的物理意义及其在流动相似性问题中的应用，指导了模型试验的设计。 --- 第四部分：边界层理论与阻力分析 (Boundary Layer Theory and Drag Analysis) 本部分将焦点从主流（Free Stream）转移到固壁附近复杂的近壁区域。 第九章：边界层概念与分离 本章系统介绍边界层理论的起源与必要性。推导了普朗特边界层方程，并使用普朗特-布劳修斯近似 (Prandtl-Blasius Approximation) 求解平板上的层流边界层厚度与摩擦阻力。深入分析了压力梯度对边界层发展的影响，特别是边界层分离现象的判定标准与工程后果。 第十章：湍流边界层基础 本章过渡到更具挑战性的湍流流动。介绍了湍流的统计特性（均值、脉动量），并解释了雷诺时均化（Reynolds Averaging）的必要性。重点讨论了雷诺应力（Reynolds Stresses）的概念，以及诸如“$1/7$ 幂律”等经验或半经验模型在估算平板湍流边界层中的应用。 第十一章：流体阻力与升力 本章应用前述理论来计算物体所受的流体作用力。详细区分了摩擦阻力（Skin Friction Drag）和压差阻力（Pressure Drag）。通过对流体绕翼型（Airfoil）的分析，阐述了升力（Lift）的产生机理，并引入了圆柱体绕流中的卡门涡街现象及其对结构动态响应的影响。 --- 第五部分：可压缩流体流动 (Compressible Flow Dynamics) 本部分探讨流速接近或超过音速时的特殊现象。 第十二章：等熵流与流管内流动 本章从等熵关系出发，推导了可压缩流动的基本关系，包括压力、密度和温度与马赫数的关系。重点分析了管道中等熵流动（如拉伐尔喷管）的特性，详细解释了喉部（Throat）的临界条件和最大流量的物理限制。 第十三章：正激波与斜激波 本章集中研究气流遇到突然阻碍或膨胀时形成的间断面——激波。推导了雷诺-休斯方程 (Rayleigh Pitot) 和斜激波关系式，并阐述了激波的不可逆性和熵增效应。通过应用斜激波理论，分析了翼型周围的超音速流动场。 --- 第六部分：高级主题与应用拓展 (Advanced Topics and Applications) 本部分触及当前流体力学研究和工程应用的前沿领域。 第十四章：湍流模型概述 本章更深入地探讨了湍流建模的必要性。除了雷诺时均化（RANS）方法外，概述了大涡模拟（LES）和直接数值模拟（DNS）的基本思想和计算资源需求，为读者理解CFD（计算流体力学）的理论基础提供背景。 第十五章：多相流与界面现象 本章介绍了流体力学在复杂介质中的应用，如气液两相流和气固流。讨论了界面张力对流体运动的影响，以及气泡、液滴在非均匀流场中的运动轨迹预测。本章旨在拓宽读者对流体力学应用范围的认知。 --- 本书特色 1. 理论的普适性： 本书的叙述重点在于守恒定律和控制方程的推导，确保所介绍的理论框架适用于各类流体（无论黏性强弱，也无论速度高低），强调物理过程的统一性。 2. 强调数学物理联系： 每引入一个新的方程，都伴随着对其物理背景的深入剖析，帮助读者建立从自然现象到数学描述的桥梁。 3. 工程实践的指导： 尽管本书理论性强，但每一章的结尾都配有具体的工程案例分析，用以说明如何运用所学的理论工具解决实际问题，如管道网络优化、流致振动分析等。 本书适合机械工程、航空航天、土木工程、化学工程等专业的高年级本科生、研究生作为教材或参考书，也是从事相关领域研发工作的工程师和研究人员的必备工具书。

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坦率地说，这本书的阅读体验并非一帆风顺，它需要读者投入相当大的心力去消化吸收。这绝不是一本可以轻松翻阅的“消遣读物”。它的难度体现在其知识的深度和广度上。对于那些习惯于接收碎片化信息或者偏好快速解答的读者来说，这本书的前半部分可能会显得节奏缓慢，因为作者对每一个基本假设都进行了近乎苛刻的审视。比如，在探讨可压缩流动时，对马赫数的引入及其带来的热力学效应的讨论，就要求读者对气体动力学有预先的了解，否则会感到吃力。然而，正是这种“慢工出细活”的叙事方式，确保了知识体系的完整性。我发现，书中对于“相似性原理”和“量纲分析”的讲解，是全书的亮点之一。它提供了一种强大的工具，允许工程师在进行复杂物理模拟之前，就能对问题的尺度和关键参数进行预判，极大地提高了研究的效率和洞察力。这本书的价值就在于，它强迫你慢下来，去真正理解“为什么”而不是仅仅知道“如何做”，这是一种思维模式的重塑。

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读完这本书，我的第一感受是，它成功地弥合了理论纯粹性与工程实践之间的巨大鸿沟。很多流体力学教材，要么过于抽象，充满了高等数学的符号，让人感觉脱离实际；要么又过于简化，仅仅停留在工程经验公式的层面，缺乏深层次的理解支撑。然而，这部作品却找到了一个绝佳的平衡点。它在介绍诸如边界层理论、湍流模型这些前沿且极具挑战性的课题时，并没有采用那种高高在上、拒人千里的姿态。相反，它通过引入经典的实验数据和算例，将抽象的数学模型与风洞测试、管道流动等实际工程场景紧密结合起来。我特别留意了关于“流动分离”和“尾流”的章节，作者对这些现象的描述，细致到近乎于“手把手”地引导读者去理解压力梯度和粘性力的微妙博弈。书中穿插的那些经典算例，例如圆形管道中的充分发展流动，其详细的求解步骤，不仅是数学技巧的展示，更是对物理过程深刻洞察力的体现。它教会我的不仅仅是如何计算一个数值，而是如何“看见”流体在物体周围的运动轨迹和能量耗散机制，这对于设计高效的空气动力学外形或者优化热交换器，具有极其直接的指导意义。

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这本赫赫有名的《粘性流体流动》终于让我有机会深入领略了流体力学世界的奥秘。初次翻开它时，那种厚重感和书页间散发出的知识气息，就预示着这是一场不简单的学术旅程。我尤其欣赏作者在构建理论框架时的那种严谨与耐心，他们并没有急于抛出复杂的方程组，而是花了大量的篇幅来铺陈宏观的物理图像和基本的概念定义。例如，对于“粘性”这个核心概念，书中通过大量的类比和直观的例子，将那种内在的摩擦阻力描绘得淋漓尽致，即便是初学者，也能很快把握住流体抵抗剪切变形的本质。再者，书中对控制方程——纳维-斯托克斯方程的推导过程，简直是一次完美的数学演绎。它不是冷冰冰的公式堆砌，而是清晰地展示了动量守恒定律是如何在连续介质力学中具体实现的。每一个项的物理意义都被解析得透彻，让我这个曾经被守恒定律绕晕的读者，茅塞顿开。这种对基础的深度挖掘，为后续处理复杂边界条件和非牛顿流体等高级主题打下了无比坚实的基础。对于任何想在工程领域真正掌握流体行为的专业人士来说，这本书无疑是一部不可或缺的“字典”和“导师”。

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最让我感到惊喜的是，这部教材在处理现代计算流体力学（CFD）的理论基础方面，展现了超越传统教科书的视野。尽管它本身是一本偏向于经典分析方法的著作，但它对数值方法的引入并非敷衍了事。书中对有限差分法和有限体积法的基本思想的阐述，非常精炼且到位，特别是对稳定性和收敛性的讨论，直击 CFD 求解器的核心痛点。它清晰地解释了，为什么一个在数学上看似正确的离散化格式，在实际计算中可能会导致灾难性的结果。这种对数值误差来源的深刻剖析，使得那些将来想从事 CFD 建模或后处理工作的工程师，能够更加理性地看待计算机模拟的结果，而不是盲目相信屏幕上的彩色云图。此外，书中对于湍流模型的分类和局限性的介绍，也极为客观。它没有偏袒任何一种模型，而是基于物理基础，阐述了 $k-epsilon$ 模型与 Reynolds Stress Model (RSM) 在不同流动状态下的适用性差异。这本书在培养读者批判性地使用工具的能力上，功不可没。

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这本书的装帧和排版也体现了其专业性，但真正令我赞赏的是它在参考文献和附录部分所做的努力。它不仅仅是一本孤立的教材，更像是一个通往更广阔流体力学世界的导航图。附录中汇集了大量的物理常数、流函数表格以及常用边界条件下的解析解特解，这些都是在深夜查阅资料时最宝贵的资源。更不用提书中引用了大量经典论文和后续发展方向的指引，这对于正在撰写学位论文或者进行深度研究的读者来说，是无价之宝。它教会我们如何追踪知识的源头，如何站在前人的肩膀上更看得远一些。总而言之，这不是一本可以只读一遍的书；它是一部需要伴随工程师职业生涯持续参考、不断回味和重新学习的经典著作。每一次重读，都能从中挖掘出新的层次和更深的理解，这种历久弥新的价值，是衡量一本伟大工程教科书的黄金标准。

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