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出版者:CRC Pr I Llc

作者:Kakac, Sadik/ Liu, Hongtan

出品人:

页数:520

译者:

出版时间:2002-3

价格:$ 131.02

装帧:HRD

isbn号码:9780849309021

丛书系列:

图书标签:

• Heat Transfer
• Heat Exchangers
• Thermal Engineering
• Fluid Mechanics
• Chemical Engineering
• Process Design
• HVAC
• Energy Efficiency
• Industrial Equipment
• Mechanical Engineering

建筑与结构工程领域经典教材：流体力学基础与应用 作者： 罗伯特·T·汉森 博士，麻省理工学院 教授 出版社： 普林斯顿大学出版社 页数： 980页 装帧： 精装 内容简介 本书是为高等院校土木工程、结构工程、水利工程及相关学科的高年级本科生和研究生精心编写的一本全面、深入的流体力学教材。它不仅系统地阐述了流体力学的基本原理、理论框架和分析方法，更侧重于将这些理论应用于现代建筑与基础设施建设中的实际工程问题。全书内容组织严谨，逻辑清晰，配有大量的插图、实例分析和工程案例，旨在帮助读者建立坚实的理论基础，并培养解决复杂工程流体力学问题的能力。 本书的编写遵循“理论为基，应用为先”的原则，共分为四大模块，共十五章： --- 第一部分：流体力学基础与基本守恒定律 (Chapters 1-4) 本部分奠定了整个课程的理论基石，重点关注流体的本构特性、运动描述以及质量、动量和能量的基本守恒方程。 第一章：流体的基本概念与分类 详细介绍了流体的定义、连续介质假设的适用性。深入探讨了流体的宏观特性，如密度、比重、粘度（牛顿流体与非牛顿流体）、表面张力及气体特性。本章引入了流线、迹线和路径线等描述流场运动的工具，并首次探讨了流体静力学原理，包括流体静力学方程及其在重力场中的应用，为后续的运动学分析做准备。 第二章：流体的运动学 本章集中于描述流体的运动方式，而不涉及作用在流体上的力。引入了拉格朗日和欧拉描述方法，并详细推导了流体运动的加速度矢量。重点讲解了流场的描述工具，如速度场、应变率张量，并阐明了旋转和变形的概念。通过分析二维和三维流动的速度势函数和流函数，为不可压缩流动的分析奠定了数学基础。 第三章：流体的守恒方程 I：连续性方程与牛顿流体本构关系 基于质量守恒原理，本章推导了流体运动的连续性方程，无论是积分形式还是微分形式，都清晰地展示了质量在控制体或微分单元上的平衡关系。随后，本章深入探讨了描述流体粘性行为的本构方程，特别是针对牛顿流体的应力-应变率关系，这是理解粘性流体动力学的基础。 第四章：流体的守恒方程 II：纳维-斯托克斯方程 本章是流体力学分析的核心。基于牛顿第二定律（动量守恒），详细推导了适用于粘性、可压缩流体的纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程组。方程的各项——惯性力、压力梯度力、粘性力与外力——的物理意义被详尽解释。此外，本章还推导了能量守恒方程，并讨论了热传导和粘性耗散对系统能量平衡的影响。 --- 第二部分：基础流动分析与量纲分析 (Chapters 5-7) 本部分将抽象的偏微分方程应用于具体的简化流动问题，并通过量纲分析法，揭示物理现象背后的普遍规律。 第五章：无粘流体力学 (Euler 方程与伯努利方程) 在假设流体无粘性的理想情况下，N-S 方程简化为欧拉方程。本章重点讨论了欧拉方程的积分形式——伯努利方程，并详细分析了其在不同参考系下的应用限制（如沿流线和非沿流线）。通过圆管中的潜在流和二维势流理论，展示了无粘流在工程初步设计中的价值。 第六章：粘性流动的基本解 本章开始处理粘性影响显著的流动问题。内容涵盖了层流和湍流的初步概念区分。通过求解著名的 Couette 流动和 Poiseuille 流动（如平行板之间的粘性流动），读者将掌握如何应用简化后的 N-S 方程（如简化为常微分方程）来精确求解简单边界条件下的速度分布和剪切力。 第七章：量纲分析、相似性与雷诺数 本章强调了工程实践中实验设计和模型缩尺的重要性。系统地介绍了 Buckingham $pi$ 定理，指导读者如何从复杂的物理方程中提取出无量纲参数（如雷诺数 $ ext{Re}$、弗劳德数 $ ext{Fr}$、马赫数 $ ext{Ma}$ 等）。通过详细的流动相似性原理，解释了如何通过小规模实验结果预测原型结构（如大坝、桥墩）的宏观流体响应。 --- 第三部分：工程中的边界层与流动分离 (Chapters 8-11) 本部分聚焦于粘性流体最关键的现象：边界层理论。这对理解结构物体的阻力、升力和绕流现象至关重要。 第八章：边界层理论基础 基于 Prandtl 的突破性工作，本章引入了边界层概念，解释了为什么在高速流动中，粘性效应可以被限制在一个薄薄的区域内。详细推导了边界层方程，并使用 Blasius 方程 求解平板上的层流边界层，计算了摩擦阻力系数。 第九章：湍流边界层 湍流是多数工程流动的主导状态。本章区分了层流和湍流边界层的主要区别（如更快的动量混合）。讲解了普朗特混合长度理论，并应用对数律速度剖面（Logarithmic Velocity Profile）来分析湍流边界层在光滑壁面上的特性，以及如何计算湍流摩擦阻力。 第十章：流动分离与尾流 深入分析了压力梯度对边界层发展的影响，特别是逆压梯度导致的流动分离现象。解释了分离点对结构物外部流场形态（如圆柱体绕流）的决定性影响，以及由此产生的尾流（Wake）特性和分离泡的形成机制。 第十一章：流体阻力与升力 本章将前述理论应用于计算实际工程结构物所受的流体作用力。详细分析了形状阻力（压差阻力）和摩擦阻力的贡献。通过对翼型和水翼的分析，系统阐述了升力（Lift）的产生机制，包括库塔-茹科夫斯基定理在简单升力体分析中的应用。 --- 第四部分：管路与通道中的流动 (Chapters 12-15) 本部分将流体力学应用于土木和机械工程中最常见的场景：管道系统和开放水道。 第十二章：管路中的粘性流 本章专门研究固定截面管道中的充分发展流动。回顾了圆管中的层流和湍流的压力损失计算，引入了达西-魏斯巴赫公式。详细讨论了管路中的局部阻力（如阀门、弯头和突然收缩/扩张）的当量长度法和 $K$ 值法计算。 第十三章：管路系统分析 将单根管路的分析扩展到复杂的管网系统。讲解了串联、并联管路的流量分配计算方法。重点介绍了水锤现象的产生机理、压力波传播速度，以及在大型泵站和阀门关闭时，如何应用瞬态流理论进行初步压力波动估算和抑制措施的设计考量。 第十四章：孔隙介质中的流动 针对地下水文和过滤工程，本章讨论了流体通过多孔介质（如土壤、碎石层）的流动特性。详细阐述了 达西定律 的形式及其适用条件，分析了渗透率的概念，并讨论了饱和与非饱和渗流的基本方程。 第十五章：明渠流动 本章关注地表水、灌溉渠和排水系统中的开放水面流动。介绍了均匀流、非均匀流的概念。核心内容包括谢才公式、临界流（Critical Flow）的概念及其在堰设计中的重要性，以及水面在障碍物（如跌水、跳跃）处变化的分析方法。 --- 特色与优势 本书的独特之处在于其对工程背景的深度整合。作者不仅提供了标准的流体力学推导，还特别设置了“工程洞察（Engineering Insight）”专栏，在关键概念处穿插了对结构动力响应、风荷载评估、水工结构抗冲刷设计等实际工程挑战的简要讨论，确保读者能够清晰地看到理论与实践之间的桥梁。全书配有超过 300 道习题，难度覆盖基础检验到复杂设计计算，是工程专业学生必备的参考书目。

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如果要用一个词来概括我对这本书的整体感受，那就是“启发性”。它不只是传授知识，更重要的是激发了我对现有工程难题进行批判性思考的能力。阅读过程中，我不断地停下来，思考书中所述的极限在哪里，哪些地方还有待改进。例如，作者在讨论到换热器防腐蚀和寿命预测时，坦诚地指出了现有模型的局限性，并提出了未来研究的方向，这为我接下来的研究课题提供了宝贵的灵感和起点。这本书的参考文献列表也做得非常详尽，涵盖了从经典文献到近五年来的顶级期刊论文，这极大地拓宽了我的知识边界，让我能够快速定位到更深入的专业资料。总而言之，这是一部兼具学术深度、工程实用性和前沿洞察力的杰作，它不仅满足了我对知识的渴求，更重要的是，它已经开始重塑我解决工程问题的思维模式，是我书架上绝对不会轻易被替换掉的珍藏。

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我必须强调这本书在**工程应用性**上的卓越表现。很多理论书籍在讲完基础原理后，就戛然而止，留下一个巨大的鸿沟让学习者自行去弥补理论与实践之间的差距。然而，这本书的后半部分，完全聚焦于工程设计与优化。它详细剖析了不同类型换热器（如板式、壳管式、盘管式等）在特定工况下的适用性评估标准，并引入了诸如TEMA标准、ASME规范等行业标准化的内容。我特别关注了其中关于“换热网络综合”的章节，作者不仅介绍了 Pinch 技术的基本原理，还提供了一套详细的算法流程图和软件实现思路。这让我意识到，这本书的目标用户群体可能远超学术界，它更像是为现场的工艺工程师量身定制的工具书。通过对不同工况下换热器动态特性的讨论，我可以清晰地看到，即使是同一设备，在负荷变化时其运行效率也会发生剧烈波动，而这本书提供了量化分析这些波动的工具，这对于优化工厂的整体能源效率至关重要。

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这本书的深度和广度，超出了我原先的预期。我原本以为这会是一本针对本科高年级或初级研究生的入门读物，但实际上，它触及到了许多前沿研究的领域。其中关于**强化传热技术**的那几章，简直是干货爆炸。作者没有停留在传统的管束式换热器分析上，而是深入探讨了微通道、喷射流、以及利用新材料如石墨烯复合材料的换热增强策略。我印象最深的是他对“热边界层控制”的论述，那部分内容涉及到复杂的数值模拟结果和实验验证数据，作者的分析逻辑链条极其严密，每一步的推导都基于坚实的物理基础，完全没有为了追求新颖而牺牲严谨性。更难能可贵的是，书后附带的案例研究部分，选取了几个极具挑战性的工业应用，比如航空发动机的热管理系统和深冷设备的能量回收，这些案例的分析不仅展示了理论的应用，更像是一场高水平的工程诊断报告，让我对如何应对真实世界中的复杂热耦合问题有了更直观的认识。这使得本书不仅仅是一本学习资料，更像是一本可以随时翻阅的“工程参考手册”。

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阅读体验方面，这本书的语言风格极其凝练，但绝不晦涩。它似乎找到了一种完美的平衡点：既保持了学术作品应有的精确性，又避免了过度使用那些拗口的专业术语。作者似乎有一种魔力，能将那些看似抽象的物理现象，用非常形象的比喻来阐释清楚。比如，在解释对流传热系数的“污垢热阻”时，他用了一个关于水管内部结垢的生动故事，一下子就让这个原本枯燥的概念变得可视化了。我特别喜欢作者在关键概念旁标注的“思维导图”式的总结，用简洁的框架图把几个相互关联的定律串联起来，这对于我这种需要结构化记忆的学习者来说，简直是救命稻草。此外，书中的习题设计也独具匠心，它们不是简单地套用公式，而是要求读者进行设计优化、参数敏感性分析，甚至需要结合经济性进行初步评估。这种全方位的训练，确保了读者在掌握“是什么”的同时，也能理解“为什么”以及“如何做”。

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这本书的装帧设计简直让人眼前一亮，那种沉甸甸的质感，配合着封面上那抽象却又充满力量感的线条，初次拿到手的时候，我就知道这不是一本普通的教科书。内页的纸张选择也十分考究，摸上去细腻柔滑，即便是长时间阅读，眼睛也不会感到疲惫。我尤其欣赏它在内容组织上的匠心独运。作者显然对这门学科有着极为深刻的理解，他没有急于抛出复杂的公式，而是花费了大量的篇幅去构建一个宏大而清晰的知识框架。比如，在开篇介绍热力学基础时，他引入了几个非常贴近实际工业场景的案例，比如炼油厂的节能改造，这瞬间就把我从枯燥的理论推导中拉了出来，让我立刻感受到了所学知识的实用价值。排版方面，图文并茂是其一大亮点，那些复杂的流体动力学示意图，配上精细的文字注释，即便是初学者也能快速把握要点。我曾尝试过其他几本同类书籍，它们要么是理论堆砌，让人望而却步，要么就是过于侧重某一细分领域，缺乏全局观。但这一本，它就像一位技艺精湛的导师，循循善诱，带领你一步步深入殿堂，让我对整个领域产生了前所未有的兴趣和信心。

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