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出版者:北京邮电大学出版社

作者:李玉琮

出品人:

页数:299

译者:

出版时间:2006-8

价格:29.00元

装帧:平装

isbn号码:9787563512959

丛书系列:

图书标签:

• 大学物理
• 物理实验
• 实验教学
• 高等教育
• 理工科
• 物理学
• 实验报告
• 教学参考书
• 大学生
• 实验指南

《流体力学基础：从理论到工程应用》 简介 本书旨在为工程技术人员、科研工作者以及对流体力学有深入学习需求的理工科学生，提供一个全面、深入且注重实际应用的理论与方法论体系。它并非传统意义上的大学基础物理实验教材的简单替代，而是聚焦于流体运动这一复杂物理现象的本质规律、数学描述以及在现代工程设计中的具体体现。 第一部分：流体力学的基本概念与描述 本书首先建立起流体力学的基本框架。我们从宏观现象入手，讨论流体的本构特性，如密度、粘度、表面张力以及可压缩性。与强调基础物理定律验证的实验教材不同，本书深入探讨了这些宏观量背后的微观物理机制。 物质点与控制体概念： 详细阐述了拉格朗日描述和欧拉描述的数学差异与物理意义，并重点讨论了雷诺输运定理在动量、质量和能量守恒定律中的应用基础。这部分内容超越了基础物理实验中对“质点”概念的简单应用，转而关注连续介质的描述。 流场与应力张量： 深入剖析了流体内部的内应力状态，引入了粘性应力和压力应力的精确定义。讨论了牛顿流体和非牛顿流体的本构关系，这是理解湍流和复杂流体（如血液、聚合物溶液）行为的关键。 第二部分：流体力学控制方程 本书的核心在于精确描述流体运动的偏微分方程组。我们详细推导并分析了以下核心方程： 质量守恒方程（连续性方程）： 探讨了其在不可压缩流和可压缩流中的简化形式及其物理含义。 动量守恒方程（纳维-斯托克斯方程）： 这一方程的推导过程极为详尽，重点解析了惯性力、压力梯度力和粘性力项的物理贡献。书中特别设置了专门章节来分析该方程的非线性特性及其带来的数学难题，这是基础物理实验中不会涉及的深度。 能量守恒方程： 结合热力学基础，讨论了流体粘性耗散功和热传导对流体温度场的影响，尤其关注了等熵流动和绝热流动的边界条件。 第三部分：经典流动问题的解析解与简化模型 在系统介绍完控制方程后，本书将篇幅用于解析在特定简化条件下（如低雷诺数、无粘流动）可以求得的精确解，这些解析解是理解更复杂问题的理论基石。 静止流体与浮力效应： 讨论了流体静力学平衡、浮力（阿基米德原理）及其在密度分层流体中的应用。 一维定常流动： 详细分析了管道中的层流（Hagen-Poiseuille流动）和圆柱绕流的经典解，并对比了实验观察到的现象与解析结果的偏差。 无粘流动与欧拉方程： 重点阐述了伯努利方程的严格推导和适用范围，以及势流理论在分析复杂边界绕流问题中的应用，例如使用共形映射法求解二维绕流。 第四部分：相似律、量纲分析与实验数据关联 本书强调工程应用中的“如何预测”和“如何关联”问题，这部分内容是实验技能之外，对理论指导实践的关键环节。 量纲分析与 Buckingham π 定理： 系统介绍了如何利用量纲分析来简化复杂的流体力学问题，识别出控制流动特性的无量纲参数，如雷诺数（Re）、马赫数（Ma）、傅汝德数（Fr）等。 相似性原理： 详细讨论了几何相似、运动学相似和动力学相似的条件，这对风洞试验、水池试验的设计与数据外推至关重要。书中会提供多个工程案例，展示如何通过相似率来预测原型性能。 第五部分：湍流与边界层理论 这是本书区分于基础物理实验课程的关键领域，它直接关系到绝大多数工程阻力、混合和传热问题的解决。 边界层概念： 深入探讨普朗特边界层理论的物理基础，讲解了如何利用动量积分法（如卡门方程）近似求解边界层厚度与摩擦阻力。 湍流的统计描述： 介绍了湍流的随机性本质，平均流场的描述方法，如雷诺应力，并分析了雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程的封闭性问题。 湍流模型概述： 对几种主流的湍流模型（如 $k-epsilon$ 模型和 $k-omega$ 模型）进行了深入的原理介绍和适用性比较，强调了这些模型在计算流体力学（CFD）中的地位。 第六部分：可压缩流动与激波现象 针对高速流动问题，本书引入了气体动力学的基础。 等熵流动与喷管流： 讨论了气流在管道中加速和减速时状态参数的变化规律，重点分析了临界流和膨胀过程。 正激波与斜激波： 利用罗尔定理和斜激波关系式，详细分析了激波的形成机制、不可逆热力学过程以及其对流动特性的剧烈影响。 本书的特点总结 本书的编写遵循“理论深度、工程相关性”的原则。它不是指导学生如何操作仪器记录数据，而是提供分析和建模的工具箱。每一章节都配有大量的工程实例分析，例如：航空器阻力计算、管道网络优化、水轮机设计中的空化问题，旨在将抽象的微分方程与真实的工程挑战紧密结合。本书所涵盖的数学严谨性和物理模型深度，远超基础物理实验课程的要求。

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