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出版者:科学

作者:梅晓榕

出品人:

页数:349

译者:

出版时间:2002-9

价格:36.00元

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isbn号码:9787030184573

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《流体动力学基础与应用》 内容简介 本书旨在全面而深入地探讨流体力学这门复杂而迷人的学科，侧重于其基本原理的构建、数学模型的推导以及在工程实践中的广泛应用。流体力学是研究流体（包括液体和气体）静止和运动规律的物理学分支，是理解自然现象和设计关键工程系统的基石。本书的撰写目标是为读者提供一个坚实、严谨且具有高度实践指导意义的知识框架。 第一部分：流体静力学与本构关系 本书的开篇将系统回顾流体力学的基本概念和研究范畴。首先，我们将详细阐述流体的定义、分类（牛顿流体与非牛顿流体）以及宏观描述所需的关键物理量，如密度、比重和粘度。 随后，重点转向流体静力学。我们将基于流体平衡态的假设，推导出流体中任意一点的压力分布规律，包括静水压力公式、帕斯卡定律及其在水工结构和潜水器设计中的应用。书中将细致讨论压力测量的各种仪器和方法，如皮托管、U型管压力计等，并结合实际案例分析浸没曲面上的总压力和合压力矩的计算。 紧接着，本书将深入探讨流体本构关系，这是连接应力与应变（或应变率）的关键桥梁。我们将严格区分粘性流体和理想流体，详细推导牛顿粘性定律的张量形式，并介绍柯西应力张量。对于非牛顿流体的描述，如剪切增稠、剪切稀化现象，将引入如宾厄姆（Bingham）模型和幂律模型等，为后续分析复杂流体流动奠定理论基础。 第二部分：流体动力学基本方程 本部分是全书的核心，聚焦于描述流体运动的守恒定律。我们将从微元体分析出发，严格推导并阐述流体动力学的三大基本方程： 1. 质量守恒方程（连续性方程）： 从微分和积分形式对质量守恒原理进行深入阐述。我们将讨论定常流、非定常流、可压缩流和不可压缩流的特定形式，并展示如何利用连续性方程简化复杂流动问题的分析。 2. 动量守恒方程（纳维-斯托克斯方程）： 动量方程的推导过程将细致入微，解释其中包含的压力梯度力、粘性力、体积力（如重力）等各个分量的物理意义。本书将专门辟出章节讨论纳维-斯托克斯方程的解析解和数值解的挑战性，特别是对层流和湍流的区分。 3. 能量守恒方程： 针对热力学第二定律在流体中的体现，我们将推导能量方程，讨论传导、对流和辐射在能量传递中的作用，尤其关注等熵流动和等温流动的边界条件。 在掌握基本方程后，本书将引入流函数和速度势函数的概念，阐述它们在二维、不可压缩无旋流动分析中的强大工具作用，并结合复变函数方法求解一些经典势流问题，如绕流的柯达（Kutta-Joukowski）定理。 第三部分：特定流动分析与边界层理论 本部分将应用前述基本方程解决具体的工程流动问题，并着重发展处理粘性效应的强大工具——边界层理论。 首先，我们将分析相似性流动，例如平行平板之间的库埃特流（Couette Flow）和泊肃叶流（Poiseuille Flow），推导出管道流动的速度剖面和沿程阻力。 随后，本书将系统介绍雷诺数（Reynolds Number）的物理意义，并深入探讨边界层理论。我们将详细解析普朗特（Prandtl）对纳维-斯托克斯方程的简化过程，推导出普朗特边界层方程。卡门（Karman）动量积分法将被用作求解非对称流动的有效手段，通过实例展示如何计算边界层厚度、位移厚度和动量厚度。 对于边界层内的流动分离现象，本书将深入分析其产生机制、对气动外形性能（如机翼失速）的影响，并探讨减缓或控制分离的工程方法。 第四部分：湍流与工程应用 湍流是自然界和工程中最普遍存在的流动状态，其随机性和复杂性对分析提出了极高要求。本书将区别于层流，详细介绍湍流的统计特性，包括时均化处理方法、雷诺应力概念以及湍流模型的发展历程。我们将重点介绍湍流输运方程的建立，并讨论诸如$k-epsilon$模型等工程上常用的两方程模型的基本思想，尽管求解的复杂性较高，但理解其物理基础至关重要。 在应用层面，本书将聚焦于管流和明渠流。管流部分，我们将讲解沿程和局部阻力的计算，讨论摩擦系数与雷诺数的关系（穆迪图的构建原理），并分析泵、阀门等部件对总阻力的贡献。明渠流部分，则侧重于均匀流、非均匀流（如水跃）的判别和分析。 此外，可压缩流动的基本概念也将被引入，简要介绍声速、马赫数，以及激波对流场的影响，为读者理解高超音速飞行器设计中的挑战做好铺垫。 第五部分：流体机械中的流体力学 最后一部分，本书将流体力学知识应用于关键的流体机械设计。我们将讲解流体机械的基本原理，包括动量方程在叶轮机械中的应用，欧拉涡轮方程的推导。重点分析水泵、水轮机和风机的相似律、比转速的概念，以及叶片型线设计中对流场控制的要求。通过这些应用实例，读者将能深刻体会到流体力学理论在现代工程实践中的核心地位。 本书的特点在于其严谨的数学推导、丰富的工程实例以及对流动物理现象的深刻洞察，旨在培养读者独立分析和解决复杂流体力学问题的能力。

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这本书的封面设计真的挺有意思的，不是那种死板的理工科风格，而是用了一些抽象的线条和色块组合，感觉挺现代的。翻开目录，看到前面几章介绍了一些基础概念，比如系统、模型、稳定性这些，虽然我不是科班出身，但是作者的讲解方式听起来不那么枯燥，用了一些比喻和实际的例子来解释。比如讲到“开环”和“闭环”的时候，他会用一个骑自行车的人来类比，说开环就像骑车不扶把手，很容易摔倒，而闭环就像扶着把手，通过不断地微调来保持平衡。这种通俗易懂的解释方式让我这种初学者也能大概理解这些抽象的概念。后面的章节涉及一些更深入的内容，比如传递函数、根轨迹、频率响应等等，我还在慢慢消化中，但总体感觉这本书的逻辑性很强，知识点一层层递进，不会让人觉得突然就跟不上了。当然，里面也有一些数学公式需要仔细推敲，不过作者的注释和例题给了很大的帮助。

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我最近正在学习一些关于机器人控制的理论，正好看到朋友推荐了这本书，说是基础打得牢。一开始我还有点担心，毕竟“自动控制”这个名字听起来就挺硬核的，我怕里面的内容太理论化，离实际应用太远。但读了之后发现，这本书的作者似乎非常注重将理论与实践相结合。在介绍各种控制方法的时候，他都会穿插一些实际的工程案例，比如工业生产线上的传送带速度控制，或者飞行器姿态的稳定系统。他会分析这些系统在实际应用中会遇到哪些问题，然后解释这些控制理论是如何被用来解决这些问题的。这一点对我来说非常有启发，让我不仅仅是死记硬背公式，而是能理解这些理论的价值和意义。虽然有些章节我还没有完全读懂，但整体感觉这本书的内容非常扎实，而且很有指导意义，让我对自动控制这个领域有了更清晰的认识。

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我一直觉得，要真正掌握一门技术，不能只停留在理论层面，还需要理解其在工程实践中的应用。这本书在这方面做得相当出色。作者在介绍各种控制算法的时候，不仅仅是给出了数学模型和推导过程，更重要的是，他花了很大的篇幅去分析这些算法在实际工程中是如何被应用的，以及在不同场景下，选择哪种算法会更合适。例如，在讨论PID控制器的参数整定方法时，他会详细阐述不同整定方法的优缺点，并结合一些常见的工业应用场景，给出具体的指导建议。这种“理论+实践”的模式，让我感觉自己不仅仅是在学习书本上的知识，而是在学习如何去解决实际工程问题。这本书就像是一本通往自动控制领域的“地图”，指引我如何从理论走向应用，也让我对未来的学习和工作有了更清晰的方向。

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说实话，一开始拿到这本书，我只是觉得它是我专业课的教材，可能需要应付考试。但随着阅读的深入，我发现这本书的讲解风格其实相当别致。作者在叙述复杂的理论时，并没有一味地堆砌公式和定义，而是穿插了很多历史故事和科学家的轶事。比如在讲到反馈控制原理时，他会详细介绍像詹姆斯·瓦特蒸汽机调速器那样经典的案例，以及早期科学家们是如何一步步探索和完善这些理论的。这种方式不仅让枯燥的理论变得生动有趣，更重要的是，它能帮助我们理解这些理论产生的背景和发展的脉络，从而更好地把握其核心思想。有时候，我会觉得像是在听一位经验丰富的老师在讲课，他不仅告诉你“是什么”，更告诉你“为什么会是这样”。这对于我这种需要深入理解知识的人来说，是很有价值的。

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坦白讲，我并不是一个对物理和数学特别敏感的人，所以之前一直对“自动控制”这个领域有些敬而远之。拿到这本书的时候，我做好了啃很多硬骨头的心理准备。然而，出乎意料的是，作者在讲解一些比较基础的概念时，用了大量通俗易懂的比喻和图示。例如，在解释“稳定性”时，他会用一个弹簧振子模型，然后通过改变参数来展示系统如何从稳定到不稳定，配以清晰的图表，让我能够直观地感受到理论的变化。虽然在后面的章节里，数学推导和公式分析不可避免地会出现，但作者在每一步都给了详尽的解释，而且还提供了很多可以辅助理解的数值算例。这让我在学习过程中，即使遇到一些难点，也不会感到完全无从下手，总能找到突破口，逐步深入。

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cram for exam

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我们专业根本没有必要开这门课，真不知道老师怎么想的

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感觉内容尚可接受，这里的内容偏向计算实践。