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出版者:

作者:肖明葵 编

出品人:

页数:248

译者:

出版时间:2001-12

价格:23.00元

装帧:

isbn号码:9787562423744

丛书系列:

图书标签:

• 水力学
• 流体力学
• 水工学
• 工程流体
• 流体机械
• 水资源
• 管道水力
• 水泵
• 水轮机
• 计算水力学

《水力学》 引言 水，作为生命之源，其流动、形态与力量，自古以来便深深吸引着人类的探索目光。从古老的水利工程到现代的能源开发，再到生态环境的保护，对水行为的理解和掌握，是人类文明进步的重要基石。本书《水力学》并非专注于记载那些宏伟的水利工程奇迹，亦非详述水电站的发电原理，更不是罗列各类船舶的设计图纸。它所聚焦的，是水本身，是其在特定条件下所展现出的运动规律与力学特性，是那些支配着溪流奔涌、江河浩荡、乃至海洋潮汐的内在法则。 第一章：流体静力学——静止的水之奥秘 本章将深入探索处于静止状态下的流体，也就是流体静力学。我们将从最基础的压强概念入手，解析液体内部的压强分布规律。为何潜入水中越深，压强越大？这一现象背后的物理机制是什么？我们将通过阿基米德原理，揭示浮力产生的根本原因，理解为何物体会沉浮，以及如何通过浮力计算物体的密度。我们将探讨连通器原理，解释为何不同形状容器中的同种液体，其液面总是保持同一高度，并以此为基础，分析压力计的工作原理。此外，本章还将触及大气压，解释其对我们日常生活和各种自然现象的影响。我们会用严谨的数学模型和直观的物理图像，为您呈现流体静止时所展现出的精确而和谐的秩序。 第二章：流体动力学基础——运动的水之探索 当流体开始运动，世界便展现出另一番景象。本章将引入流体动力学的基本概念，如流速、流量以及流线。我们将区分层流和湍流这两种截然不同的流动状态，探讨影响它们转换的关键因素，例如雷诺数。在流体运动的描述中，不可或缺的是连续性方程，它精确地阐述了质量守恒在流体流动中的体现。我们将通过实例，例如流体通过不同截面的管道时速度的变化，来理解这一方程的实际应用。更为关键的是，本章将引入伯努利方程，这个方程是流体动力学的核心之一。它将流体在流动过程中的压强、速度和高度这三个关键量联系起来，揭示了能量守恒在流体运动中的体现。我们将探讨伯努利方程的应用，例如如何解释文丘里效应，以及它在解释飞行器升力方面所起的作用。 第三章：理想流体与真实流体——理论模型与现实世界的差距 在对流体进行力学分析时，我们常常会引入“理想流体”的概念，它指的是粘性为零、不可压缩的流体。本章将详细介绍理想流体的运动特性，以及基于理想流体理论推导出的各种重要结论。然而，现实世界中的流体并非理想状态，它们都具有一定的粘性，即内摩擦力。本章将深入探讨真实流体，特别是粘性流体的行为。我们将引入粘度的概念，解释它如何影响流体的流动阻力。我们将探讨层流和湍流的根本区别，并介绍能够描述真实流体运动的纳维-斯托克斯方程，即使我们不会深入求解复杂的纳维-斯托克斯方程，也会对其物理意义进行阐释。本章的目的是让读者理解，理论模型与现实世界之间的差距，以及如何在分析实际问题时，权衡理想化假设的适用性。 第四章：相似理论与模型试验——跨越尺度限制的洞察 在研究大型或复杂的流体流动问题时，直接进行大规模试验往往成本高昂且难以实现。这时，相似理论便显得尤为重要。本章将详细介绍相似准则，例如几何相似、运动相似和动力相似。我们将阐述如何利用相似理论，通过小型模型试验来预测大型原型的行为。我们将介绍一些重要的无量纲数，如雷诺数、弗劳德数和马赫数，并解释它们在不同流动现象中扮演的关键角色。通过模型试验，我们可以有效地研究桥梁、飞机、船舶等结构在流体中的受力情况，优化设计，减少风险。本章将通过具体的案例，展示相似理论在工程实践中的强大应用价值，让读者理解如何“以小见大”，从简化的模型中窥探复杂系统的本质。 第五章：边界层理论——流体与固体界面的微妙互动 当流体流经固体表面时，在表面附近会形成一个薄层，流体的速度在这一层内从零（与表面速度相同）迅速变化到主体流体的速度。这个区域被称为边界层。本章将详细介绍边界层理论，这是理解粘性流体流动特性的关键。我们将分析边界层的形成机制，探讨层流边界层和湍流边界层的区别，以及它们对流动阻力产生的影响。我们将介绍边界层分离现象，分析其发生的原因以及对工程结构带来的不利后果，例如飞机机翼失速。本章将帮助读者理解，流体流动并非在整个空间中都遵循着简单的伯努利方程，边界层效应在许多实际问题中起着决定性的作用。 第六章：管路水力学——有限空间内的流动 本章将聚焦于流体在管道中的流动问题，这是水力学中一个非常重要的分支。我们将分析恒定流和非恒定流在管道中的运动。我们将重点讨论沿程水头损失和局部水头损失的产生原因，以及如何计算这些损失。沿程水头损失主要由流体的粘性引起，而局部水头损失则发生在管道的附件处，如阀门、弯头、缩口等。我们将介绍达西-韦斯巴赫公式等计算水头损失的常用公式。此外，本章还将探讨水泵和水轮机等流体机械的工作原理，它们在输水、排水和能量转换中扮演着不可或缺的角色。我们将分析不同类型泵和涡轮机的性能曲线，以及如何根据实际需求选择合适的流体机械。 第七章：明渠水力学——开放水域的流动 与管道流动不同，明渠流动是指流体在开放的渠道中流动，其自由表面与大气相接触。本章将深入探讨明渠水力学的基本原理。我们将分析均匀流、非均匀流和急变流等不同类型的明渠流动。均匀流是指流速和水深在沿程保持不变的流动，而非均匀流则相反。急变流是水深和流速发生急剧变化的情况，例如在堰、跌水等处。我们将介绍堰流、跌水、明渠收缩和扩张等典型工程构筑物的水力学特性。本章还将探讨波浪的传播、潮汐的产生等自然现象，尽管不深入其海洋动力学细节，但会从水力学的角度进行初步的解析。 第八章：多相流体动力学初步——混合流体的复杂性 自然界中，流体往往不是单一存在的，而是以多相混合的形式出现，例如气液混合、液固混合等。本章将对多相流体动力学进行初步的介绍，揭示其复杂性。我们将探讨气液两相流动的特点，例如气泡流、液滴流、环状流等，并介绍其在化工、石油、环保等领域的重要性。液固两相流，即颗粒流，在输送、分离等过程中扮演着重要角色。本章将简要介绍颗粒在流体中的沉降、悬浮等行为。理解多相流体的行为，对于处理更广泛的工程问题至关重要，本书将为您勾勒出这一复杂领域的基本轮廓。 结语 《水力学》作为一本探讨流体运动规律的著作，其内容贯穿于自然现象的观察与工程应用的实践之中。本书并非旨在提供某个特定领域的详尽解决方案，而是希望通过对水这一基本要素的力学特性进行深入解析，为读者构建一个理解流体行为的坚实理论框架。无论是对物理现象的好奇，还是对工程问题的求解，对水力学的理解都将为您打开一扇通往更深层次认识的大门。希望本书能成为您探索流体世界的有益向导。

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这本书在语言风格上呈现出一种非常独特的“学者式的幽默感”，这在同类专业书籍中是极为罕见的。它不像某些翻译过来的教材那样生硬晦涩，而是充满了作者个人的思考痕迹和对学科的热情。例如，在解释一个容易混淆的流体特性时，作者可能会引用一个古代哲人的观点，或者用一个日常生活中恰到好处的类比来瞬间打通你的思路。这种叙事技巧使得长达数百页的专业论述读起来丝毫没有枯燥感。我尤其喜欢它对一些历史性概念的追溯。作者没有回避学科发展过程中的弯路和争议，而是像一位博学的向导，带着读者回顾那些伟大的科学家们是如何一步步克服困难、修正错误，最终建立起我们今天所依赖的理论框架。这种“有温度”的讲解方式，让我觉得我不是在被动接受知识，而是在参与一场跨越时空的学术对话，极大地增强了阅读的黏性。

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这本书的实践应用案例部分简直是点睛之笔，极大地拓宽了我对这门学科应用边界的认知。它不仅仅停留在教科书上常见的泵站、水坝这些基础应用，而是深入探讨了一些非常前沿和复杂的工程问题。我记得其中有一章专门分析了城市地下管网在极端降雨条件下的水力负荷变化，书中不仅提供了详细的水动力学模型构建步骤，还结合了实际的城市地理数据进行了一个案例分析，数据详实得令人难以置信。更难得的是，作者在讨论解决方案时，保持了一种非常平衡的视角，既肯定了传统方法的可靠性，也谨慎地引入了数值模拟（CFD）在优化设计中的潜力，并且清晰地指出了数值方法在计算成本和边界条件设置上的局限性。这种对理论与实践之间张弛有度的把握，体现了作者深厚的工程经验，让我读完后立刻有了想将书中所学知识投入到实际问题中检验一番的冲动。

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这本书的装帧设计非常典雅，封面是那种略带磨砂质感的深蓝色，中间用烫金的字体印着书名，透露出一种沉稳和专业的味道。我拿到手的时候，首先被它厚实的纸张和清晰的印刷质量所吸引。内页的排版也做得十分考究，文字和图表的间距拿捏得恰到好处，即便是大段的公式推导，看起来也不会感到拥挤和疲惫。我个人尤其欣赏它在章节开头设置的引言部分，往往用一句富有哲理的话或者一个宏大的工程实例来引入主题，让人在进入具体技术细节之前，先对这门学科的价值和应用场景有一个宏观的认识。比如，初次讲解伯努利原理时，作者没有直接抛出那个著名的方程，而是先描述了河流改道时水流速度与压力的微妙平衡，这种叙事方式极大地激发了我继续深入阅读的兴趣。整本书散发着一种历经时间考验的学术气息，让人感觉这不是一本快餐式的教材，而是经过深思熟虑、精心编纂的知识结晶，非常适合需要细细品味和反复研习的专业人士或高年级学生。

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说实话，初读这本书的感受是相当震撼的，它对流体运动的描述已经上升到了近乎诗意的层面，但同时又保持着极高的数学严谨性。我特别喜欢它在处理复杂边界条件时的那种化繁为简的功力。比如在阐述湍流模型时，市面上很多书籍要么是简单罗列公式，要么是过度简化导致失真，但这本书却巧妙地通过一系列递进的数学推导，将那些看似玄乎的概念逐步具象化。作者似乎深谙“授人以渔”的道理，他不是简单地告诉我“答案是什么”，而是详尽地展示了从基本假设到最终结论的全过程，包括每一步转化的物理意义和背后的逻辑支撑。阅读过程中，我常常需要停下来，重新审视那些矢量分析和偏微分方程，但每当我感到困惑时，书中的配图——那些精准的手绘剖面图和示意性流线图——总能及时地提供关键的视觉线索，帮助我构建起完整的空间想象。这种严谨与启迪并存的写作风格，让人在感到挑战的同时，也充满了掌握知识的成就感。

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坦白说，这本书的深度已经远远超出了我预期的范围，它更像是一部融汇了流体力学、热力学以及材料科学的跨学科百科全书。它对“能量守恒”在不同介质中的体现进行了极其细致的区分和论述，特别是对孔隙介质中的渗流理论部分，处理得非常到位。作者似乎并不满足于停留在经典理论的层面，而是将大量的篇幅投入到了对“非理想情况”的探讨上。例如，关于高剪切速率下非牛顿流体的本构方程拟合，书中不仅列出了十几种主流模型，还提供了详细的参数敏感性分析图表，并基于最新的实验数据指出了现有模型的适用边界。对于一个致力于深入研究的读者而言，这本书提供的参考价值简直是无价的，它不仅教会了我们“如何计算”，更重要的是教会了我们“如何思考”——即在面对前沿和未知领域时，应有的批判性思维和科学探索精神。这本书无疑是该领域内的里程碑式著作。

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它，一小节也许足够你抖震

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