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出版者:Marcel Dekker Inc

作者:Darby, Ron

出品人:

页数:580

译者:

出版时间:2001-1

价格:$ 97.12

装帧:HRD

isbn号码:9780824704445

丛书系列:

图书标签:

• 流体力学
• 化工
• 化学工程
• 传热
• 流体
• 工程
• 教科书
• 大学
• 专业
• 机械

《流体力学基础与工程应用》 内容提要 本书旨在为工程技术人员和理工科学生提供一个全面、深入且注重实践的流体力学知识体系。全书结构严谨，逻辑清晰，内容涵盖了从流体力学的基本原理、分析方法到复杂工程问题的解决策略。我们力求在理论深度与工程实用性之间取得最佳平衡，确保读者不仅能掌握核心概念，更能有效地将其应用于实际工程设计与分析中。 本书共分为十章，从基础概念入手，逐步深入到复杂流动现象与前沿应用。 第一章：流体力学导论与基本概念 本章首先界定了流体力学的范畴及其在现代工程科学中的核心地位。我们详细阐述了流体（液体、气体及等离子体）的宏观特性，如密度、比重、粘度、表面张力等，并讨论了它们对流体行为的影响。重点介绍了描述流体运动的两种基本参考系——拉格朗日和欧拉描述法，并阐明了它们在分析流场随时间和空间变化时的适用性。此外，本章还对流体的分类（牛顿流体与非牛顿流体）进行了详尽的讨论，为后续的本构关系建立奠定基础。本章的最后部分将流体力学与热力学、材料力学进行了初步的联系，强调了跨学科知识整合的重要性。 第二章：流体静力学与浮力 本章聚焦于静止流体的研究，这是理解流体运动的基石。我们推导并详细解释了流体静力学基本方程——帕斯卡定律，并在此基础上推导了液体中压力随深度变化的规律。重点分析了各种压力测量仪器的工作原理，如U型管压力计、波登管等，并讨论了在工程应用中绝对压力、表压力和真空度的正确换算。本章随后深入研究了浮力、阿基米德定律，并详细分析了浸没和漂浮物体的平衡条件，特别是船体稳定性和浮标设计中的应用。同时，对作用在曲面上和平面上的流体静总压力进行了系统的几何计算方法讲解。 第三章：流体运动学 流体运动学关注的是流体的运动规律，而不涉及作用于流体上的力。本章首先定义了流线的概念，并区分了轨迹线、流线和迹线的区别与联系。我们引入了流场的概念，包括速度场、加速度场，并详细分析了流动的基本类型：稳定流动与非稳定流动、恒定流动与非恒定流动、层流与紊流的判据。本章的核心在于对流体微团运动的描述，引入了线束、角速度和应变率的概念，为后续的流体动力学分析做好准备。 第四章：流体动力学控制方程 本章是全书的核心理论部分，主要推导和应用描述流体运动的守恒定律。我们从微元体分析的角度，严格推导了质量守恒方程（连续性方程），明确了其在不同坐标系下的形式。随后，基于牛顿第二定律，推导了动量守恒方程（纳维-斯托克斯方程），并讨论了其在笛卡尔坐标系和圆柱坐标系下的具体表达。对于不可压缩流体，连续性方程的简化形式至关重要，本章对此进行了重点讲解。此外，本章还引入了欧拉方程，作为粘性可忽略情况下的特殊解，并分析了其在理想流体流动分析中的作用。 第五章：粘性流动的分析与应用 本章重点处理粘性流体——即包含内摩擦力的流体。我们详细讨论了牛顿粘性定律，并将其引入纳维-斯托克斯方程，分析了粘性力的具体表现形式。关键内容包括了层流和紊流的区分、雷诺数的物理意义及其在流动转换中的作用。本章详细分析了圆管中的层流流动（泊肃叶流动）的精确解，以及平板上的边界层分离现象。边界层理论是理解高雷诺数流动特性的关键，本章引入普朗特边界层方程，并简要介绍了其近似解法（如冯·卡门积分方程）。 第六章：无粘流体流动分析 本章回归到理想流体（无粘性、不可压缩）的范畴，重点探讨其速度势和流函数。对于二维无粘流动，我们详细阐述了流函数和速度势之间的数学关系，以及它们在确定流场中的应用。本章的亮点是流场叠加原理的应用，通过组合简单的基本流型（如均匀流、点源/汇、偶极子、涡流），可以构建出复杂流动，如绕圆柱绕流的势流解。本章最后讨论了库塔-茹科夫斯基定理，解释了翼型产生升力的基本原理。 第七章：相似性、量纲分析与模型试验 工程应用离不开模型和实物之间的关系。本章系统介绍了量纲分析和相似性理论，这是进行工程缩尺试验和参数简化设计的强大工具。我们详细阐述了π定理（Buckingham-Pi Theorem）的运用，通过构建无量纲参数群（如雷诺数、弗劳德数、欧拉数等），实现物理现象的精确定量描述。本章结合实际工程案例，指导读者如何通过相似原理正确地设计物理模型，并安全、准确地将模型试验结果外推至原型。 第八章：管路输运与流体计量 本章聚焦于工程中最常见的应用场景之一：管道中的流动。我们深入分析了圆管内完全发展的流动，推导了沿程水头损失的达西-韦斯巴赫公式，并详细讲解了摩阻因子的确定方法，包括对光滑管、粗糙管以及层流和紊流状态下处理的差异。本章还讨论了局部水头损失（弯管、阀门、突然缩扩等）的计算，并介绍了水头损失的工程估算方法。此外，本章还详细介绍了流量测量装置的工作原理，如文丘里管、皮托管、涡街流量计等。 第九章：明渠与非定常流动初步 本章将流体力学原理扩展至非闭合管道系统——明渠流动。我们定义了均匀流、临界流的概念，并详细分析了临界深度、弗劳德数在明渠水力学中的意义。重点介绍了曼宁公式的应用，以及水面突变（如明渠突扩、跌水等）的分析方法。作为对流体力学更深层次的探索，本章的后半部分引入了非定常流动的基本概念，如水锤现象的发生机理和初步的压力脉冲估算方法，强调了瞬态分析在管道系统保护中的重要性。 第十章：流体力学在工程中的高级应用与数值方法 本章旨在连接理论与现代工程实践。我们回顾了流体力学在旋转机械（泵、风机、水轮机）中的基本设计理念，强调了叶轮效率和比转速的概念。最后，本章引入了计算流体力学（CFD）的基本思想。我们概述了求解纳维-斯托克斯方程的常用数值方法（如有限差分法、有限体积法），并讨论了网格划分、湍流模型选择（如RANS、LES）等关键步骤，使读者对现代工程设计工具有一个初步的认识，为后续专业学习指明方向。 本书特色 强调物理图像： 每一理论推导后均配有清晰的物理意义阐述和工程背景分析。 丰富的例题与习题： 每章末尾附带大量从基础计算到复杂工程分析的习题，并提供详细解题思路。 注重工程应用： 大量篇幅用于连接经典理论与实际工业问题，如管网分析、水力机械初步设计等。 结构逻辑性强： 从最基础的静力学逐步递进到复杂的粘性与紊流流动，确保学习过程平滑过渡。

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