Fluid Mechanics and Thermodynamics of Turbo Machinery pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Butterworth-Heinemann

作者:Dixon, S. L

出品人:

页数:412

译者:

出版时间:2005-2

价格:$ 79.04

装帧:Pap

isbn号码:9780750678704

丛书系列:

图书标签:

• Fluid Mechanics
• Thermodynamics
• Turbo Machinery
• Turbomachinery
• Fluid Dynamics
• Heat Transfer
• Engineering
• Mechanical Engineering
• Energy Conversion
• Compressible Flow

流体力学与热力学基础：从宏观到微观的深入探索 本书旨在为读者提供一个全面而深入的流体力学与热力学基础知识体系，涵盖了从经典的连续介质理论到现代统计力学应用的广泛领域。内容侧重于物理原理的严谨推导、数学模型的建立以及实际工程问题的解决能力培养，而非特定机械设备的详细设计。 第一部分：流体力学基础 第一章：流体运动的描述与控制方程 本章从物质的连续性假设出发，系统地介绍了描述流体运动的拉格朗日和欧拉描述方法。重点分析了物质导数、流线、迹线与尾迹线的概念，并基于控制体分析和微分分析，推导了流体运动的四大基本方程： 1. 连续性方程（质量守恒）： 阐述了流体质量如何在空间和时间上保持守恒的数学表达式，包括不可压缩流体和可压缩流体的形式。 2. 动量方程（牛顿第二定律的应用）： 详细推导了适用于粘性流体的纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程。方程的推导过程强调了应力张量（粘性应力与压力应力）的物理意义及其在描述流体内部相互作用中的作用。同时，介绍了欧拉方程作为理想流体动量方程的简化形式。 3. 能量方程（热力学第一定律的应用）： 基于能量守恒原理，导出了描述流体单元内能量（内能、动能、热能）变化的通用方程。讨论了热传导、粘性耗散以及做功对能量平衡的影响，为后续的热力学耦合分析奠定基础。 第二章：流场分析与无量纲化 本章深入探讨了流体运动的特征分析方法。 1. 运动学分析： 引入了流体运动的描述量，如速度梯度张量，并分解其不可旋部分和可伸缩部分，用以量化流体的旋转（旋度）和变形（应变率）。 2. 流函数与势流理论： 针对二维不可压缩流体，介绍了流函数（Stream Function）的概念，并利用其推导出拉普拉斯方程。讨论了势流理论的适用性、叠加原理以及通过共形映射法求解简单边界条件下的绕流问题。 3. 无量纲化与相似律： 强调了量纲分析在物理问题简化中的重要性。详细介绍了雷诺数（Reynolds number, Re）、弗劳德数（Froude number, Fr）、马赫数（Mach number, Ma）等关键无量纲参数的物理意义。运用π定理，解释了物理现象的自相似性以及实验模拟的原理基础。 第三章：粘性流与边界层理论 本章聚焦于粘性效应在流动机理中的核心地位。 1. 牛顿流体与非牛顿流体： 定义了牛顿流体的本构关系，即剪切应力与剪切速率成正比。简要介绍了剪切变稀、剪切增稠等非牛顿流体的行为特征，及其在化工和生物流体中的体现。 2. 边界层理论： 基于普朗特（Prandtl）的边界层概念，分析了高雷诺数流动中，粘性效应主要集中在紧贴固体壁面的薄层内。详细推导了边界层方程，并应用积分法（如卡门动量积分方程）求解平板上的摩擦阻力。 3. 流动分离与尾流： 分析了压力梯度对边界层发展的影响，阐述了逆压梯度如何导致流动分离现象，以及流动分离后形成的尾流区的特性。 第二部分：热力学与传热基础 第四章：热力学第一定律与状态方程 本章侧重于宏观热力学系统的能量分析。 1. 基本概念： 明确了系统、环境、边界、平衡态、热力学性质（内能、焓、熵等）的定义。 2. 第一定律的表达： 详细阐述了封闭系统和控制体形式下的能量守恒方程，强调了功（体积功、剪切功）和热量的传递。 3. 理想气体状态方程与气体定律： 介绍并应用理想气体定律，讨论了气体常数、分压定律等在混合气体分析中的应用。 4. 热力学过程： 分析了等温、等压、等容、绝热以及多变过程的功、热量传递和内能变化。 第五章：热力学第二定律与熵 本章引入了不可逆性的概念，这是理解能量品质和过程方向的关键。 1. 热力学第二定律的表述： 介绍了克劳修斯和开尔文-普朗克表述，并推导了克劳修斯不等式。 2. 熵的概念与计算： 定义了熵作为系统无序度的热力学量，并给出了熵变与热量、温度的关系。讨论了可逆过程与不可逆过程的熵变特性。 3. 热力学第三定律： 讨论了绝对零度下的熵值概念。 4. 热力学第三定律与过程的可用性： 介绍了亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能，它们是判断化学反应和相平衡方向的重要判据。 第六章：传热学基础 本章探讨了能量在不同介质和温度梯度下的传递机制。 1. 传导（Conduction）： 基于傅里叶定律，建立了热传导的本构关系。推导了一维、稳态、无内热源情况下，平面壁、圆柱壁和球壁的热传导微分方程，并求解了热阻概念。 2. 对流（Convection）： 介绍了牛顿冷却定律，区分了自然对流（浮力驱动）和强制对流（外部驱动）。重点讨论了与流体力学耦合的边界层传热问题，如Nusselt数、Prandtl数（Pr）的物理意义。 3. 辐射（Radiation）： 阐述了黑体和灰体的辐射特性，引入了斯蒂芬-玻尔兹曼定律。讨论了辐射换热的几何因子（形状因子）在复杂系统中的应用。 第三部分：基础物理模型的深化 第七章：气体动力学导论 本章将流体力学与热力学结合，研究高速度流动现象。 1. 基本假设与特征： 讨论了气体动力学（Kinetic Theory of Gases）的基本假设，包括分子运动论。 2. 等熵流与流动加速： 引入了等熵流动的基本关系，重点分析了声速的概念及其对流动的影响。 3. 激波现象： 详细分析了马赫数的突变，推导了正激波和斜激波的雷诺-亥姆霍兹关系式，阐明了激波前后参数的跳跃和熵的增加。 第八章：统计力学的桥梁 本章提供了一个微观视角来理解宏观热力学性质。 1. 分子运动论： 探讨了气体分子运动的统计规律，推导了麦克斯韦-玻尔兹曼速度分布函数，并由此计算了平均分子速率。 2. 配分函数： 介绍了统计力学中的核心概念——配分函数，它是连接微观能级和宏观热力学性质（如内能、熵、压力）的数学桥梁。通过对配分函数的分析，解释了理想气体的热力学性质是如何从分子层面上产生的。 3. 玻尔兹曼方程： 简要介绍玻尔兹曼输运方程，作为连接连续介质描述和分子运动论的工具，用于研究非平衡态下的输运现象。 本书强调理论的自洽性和数学的严谨性，通过大量的物理插图和详细的数学推导，帮助读者建立对流体与能量传递过程的深刻理解，为后续进入专业领域（如流动稳定性分析、复杂传热建模或高级工程应用）做好坚实的理论准备。

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