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出版者:Scholium International, Inc.

作者:James Palmer

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1987-07

价格:USD 13.50

装帧:Paperback

isbn号码:9780333447642

丛书系列:

图书标签:

• compressible flow
• fluid dynamics
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流体力学计算手册：精细化工程应用指南 前言 在现代工程领域，精确的流体动力学计算是设计、分析和优化各类流体系统的基石。无论是航空航天器的气动设计，还是化工过程中的管道流动模拟，亦或是能源系统中的传热传质分析，对流体行为的深刻理解与精准预测都至关重要。传统的流体力学理论虽然提供了坚实的基础，但在实际工程应用中，往往需要大量的数值计算和复杂的迭代过程。为了应对这一挑战，一本能够系统性地提供关键流体力学参数、便捷计算工具和深入工程案例解析的参考手册，显得尤为珍贵。 本书《流体力学计算手册：精细化工程应用指南》正是基于这一需求而编写，旨在为广大工程师、科研人员及相关领域学生提供一本全面、实用且易于查阅的工程流体力学计算参考。本书内容覆盖了从基础的层流和湍流流动，到复杂的可压缩流，再到多相流和非牛顿流体等广泛的流体力学现象，并特别关注了这些现象在工程实践中的应用。 本书并非对现有理论的简单复述，而是将抽象的流体力学原理转化为工程师能够直接使用的计算工具和方法。我们深入分析了工程设计中常见的问题，提炼出关键的计算流程和数据，并以表格、图表和实例的形式直观地呈现出来，力求将复杂的概念和计算过程清晰化、简化化。 本书的编写团队由一群在流体力学研究和工程实践领域拥有丰富经验的专家组成。我们深知工程师在实际工作中面临的挑战，因此，我们在内容的组织和呈现上，始终以“实用性”和“便捷性”为核心。我们希望通过这本书，能够帮助工程师们更高效地解决实际问题，提升设计水平，并最终推动工程技术的进步。 目录 第一部分：基础流体力学概念与计算 第一章：流体性质与基本守恒定律 1.1 流体定义与分类 1.1.1 牛顿流体与非牛顿流体 1.1.2 粘性流体与理想流体 1.1.3 可压缩流体与不可压缩流体 1.2 流体基本性质 1.2.1 密度、比重与相对密度 1.2.2 粘度（动力粘度与运动粘度） 1.2.3 表面张力与毛细现象 1.2.4 导热系数、比热容与热膨胀系数 1.3 压力与压强 1.3.1 静止流体中的压强分布 1.3.2 绝对压强、表压与真空度 1.3.3 压强测量仪器（U形管压差计、皮托管等） 1.4 质量守恒（连续性方程） 1.4.1 质量守恒方程的推导与应用 1.4.2 管道流动的连续性方程 1.5 动量守恒（动量方程） 1.5.1 动量方程的建立与直角坐标系表示 1.5.2 动量方程在工程中的应用（力矩计算、喷嘴推力等） 1.6 能量守恒（伯努利方程） 1.6.1 伯努利方程的推导与适用条件 1.6.2 伯努利方程在节流装置、流速测量中的应用 1.6.3 能量方程（包含效率因子） 第二章：层流与湍流 2.1 流动状态的判别：雷诺数 2.1.1 雷诺数的定义与意义 2.1.2 不同流动形式的雷诺数临界值 2.2 层流流动 2.2.1 管道内圆管层流流速分布与流量计算（Poiseuille定律） 2.2.2 管道内层流的压降计算 2.2.3 层流边界层理论简介 2.3 湍流流动 2.3.1 湍流的统计特性（平均量、脉动量） 2.3.2 湍流模型简介（雷诺平均法） 2.3.3 宏观湍流概念：混合长度理论 2.4 管道内湍流流动 2.4.1 摩擦系数与阻力损失 2.4.2 达西-韦斯巴赫方程 2.4.3 粗糙度对摩擦系数的影响 2.4.4 摩尔图（Moody Chart）的解读与应用 2.5 边界层流动 2.5.1 边界层的形成与发展 2.5.2 边界层分离与流动控制 2.5.3 附着层与自由流 2.6 流量系数、压降系数与阻力系数 2.6.1 常见工程部件的流体动力学系数 2.6.2 系数在设计中的应用 第三章：相似性原理与量纲分析 3.1 相似性原理 3.1.1 几何相似、运动相似与动力相似 3.1.2 相似准数（雷诺数、马赫数、弗劳德数等） 3.2 量纲分析（Buckingham π定理） 3.2.1 量纲分析的应用步骤 3.2.2 确定与流体流动相关的无量纲数 3.3 物理模型与相似准数的选取 3.3.1 在风洞试验、水槽试验中的应用 3.3.2 模型试验结果的外推 第二部分：可压缩流体流动与计算 第四章：一维定常可压缩流 4.1 可压缩流体的基本概念 4.1.1 马赫数与声速 4.1.2 可压缩流动的能量方程与连续性方程 4.1.3 理想气体绝热过程的性质变化 4.2 等熵流 4.2.1 等熵流动的基本方程 4.2.2 管道的喉道效应（超音速流动产生） 4.2.3 绝热流动的关键参数计算（马赫数、压强、温度、密度） 4.3 附有摩擦的一维定常等熵流（Fanno流） 4.3.1 Fanno流的控制方程 4.3.2 摩擦对流速、压强、温度和马赫数的影响 4.3.3 Fanno流计算表格与图解法 4.4 附有传热的一维定常等熵流（Rayleigh流） 4.4.1 Rayleigh流的控制方程 4.4.2 传热对流速、压强、温度和马赫数的影响 4.4.3 Rayleigh流计算表格与图解法 4.5 渐变管道流（非等熵） 4.5.1 管道截面变化对可压缩流的影响 4.5.2 喉道附近的流动特性 第五章：斜激波与膨胀波 5.1 激波与膨胀波的形成 5.1.1 跨音速和超音速流动中的不连续性 5.1.2 激波的产生条件与特性 5.2 正激波 5.2.1 正激波的Rankine-Hugoniot关系 5.2.2 正激波前后参数变化（马赫数、压强、温度、密度） 5.2.3 正激波计算表格与图解法 5.3 斜激波 5.3.1 斜激波的形成与几何关系 5.3.2 斜激波的马赫数、压强、温度和角度关系 5.3.3 斜激波计算表格与图解法（Prandtl-Meyer函数） 5.4 膨胀波 5.4.1 膨胀波的产生条件与特性 5.4.2 膨胀波前后参数变化 5.4.3 膨胀波的Prandtl-Meyer函数应用 5.5 激波与膨胀波的组合（复杂流动现象） 5.5.1 弯曲壁面绕流 5.5.2 楔形物体绕流 5.5.3 激波柱与膨胀波柱 第六章：可压缩边界层与流动控制 6.1 可压缩边界层的特性 6.1.1 可压缩边界层的能量方程与动量方程 6.1.2 边界层厚度、位移厚度与动量亏损厚度 6.1.3 可压缩边界层与不可压缩边界层的差异 6.2 可压缩边界层的分离 6.2.1 边界层分离的判据 6.2.2 分离点预测与影响因素 6.3 可压缩流动的流动控制技术 6.3.1 钝体减阻技术（激波发生器、附体） 6.3.2 翼型气动外形优化 6.3.3 表面修饰与能量添加/抽取 第三部分：工程应用与计算实例 第七章：航空航天工程中的可压缩流动应用 7.1 飞机机翼的气动设计 7.1.1 跨音速和超音速机翼的气动特性 7.1.2 激波阻力与波阻的估算 7.1.3 翼型设计中的可压缩流动效应考虑 7.2 火箭发动机喷管设计 7.2.1 喷管的等熵膨胀设计 7.2.2 实际喷管的流动损失与效率分析 7.2.3 喷管性能的计算与优化 7.3 高超声速流动现象 7.3.1 高超声速边界层加热与热防护 7.3.2 高超声速钝头体流动与激波特性 7.3.3 飞行器在不同高度和速度下的气动表现 第八章：能源与化工过程中的可压缩流动计算 8.1 蒸汽轮机与燃气轮机内部流动 8.1.1 涡轮叶片上的可压缩流动分析 8.1.2 燃烧室内的燃烧与流动耦合 8.1.3 气体膨胀过程的能量转换计算 8.2 管道输送系统中的可压缩流体 8.2.1 长距离气体管道的压降计算 8.2.2 阀门、弯头等局部阻力系数的计算 8.2.3 气体流动稳定性和安全性的评估 8.3 反应器与分离设备中的流动 8.3.1 气液两相流动的可压缩效应 8.3.2 蒸馏塔、吸收塔内的传质与流动 8.3.3 催化床层中的压降与流体分布 第九章：空气动力学测试与数值模拟工具 9.1 风洞试验方法与数据处理 9.1.1 不同类型风洞的特点 9.1.2 模型标度效应与试验数据修正 9.1.3 关键气动参数的测量与分析 9.2 计算流体力学（CFD）基础 9.2.1 CFD的基本原理与控制方程求解 9.2.2 网格生成与数值离散方法 9.2.3 湍流模型在CFD中的应用 9.3 常用CFD软件简介与应用案例 9.3.1 ANSYS Fluent, COMSOL Multiphysics等 9.3.2 典型工程问题的CFD建模与仿真 附录 附录A：常用流体物性参数表（水、空气、蒸汽等） 附录B：无量纲数速查表 附录C：激波与膨胀波计算表格（Rankine-Hugoniot函数、Prandtl-Meyer函数） 附录D：Fanno流与Rayleigh流计算表格 参考文献 内容概述 本书《流体力学计算手册：精细化工程应用指南》是一本旨在为工程技术人员提供全面、实用的流体力学计算指导的参考书籍。它系统地介绍了流体力学的基本概念、理论以及在工程实践中的具体应用，重点关注了可压缩流体的流动特性与计算方法。 第一部分详细阐述了流体基本性质、守恒定律（质量、动量、能量）以及层流与湍流的判别与计算。这一部分为读者打下坚实的流体力学基础，并提供了解决不可压缩流体问题的关键工具，如伯努利方程、达西-韦斯巴赫方程和摩尔图等。同时，量纲分析和相似性原理的介绍，也为工程模型试验的设计和结果解读提供了理论依据。 第二部分是本书的核心内容，专注于可压缩流体的计算。本部分深入探讨了一维定常可压缩流动的基本方程，包括等熵流、附有摩擦的Fanno流以及附有传热的Rayleigh流，并提供了详细的计算表格和图解方法，使工程师能够快速准确地计算不同工况下的流体参数。此外，本书还详细介绍了激波和膨胀波的形成机理、参数关系以及计算方法，特别是斜激波的分析，这对于超音速和跨音速流动的理解至关重要。本部分还涉及了可压缩边界层的特性和流动控制技术，为设计高速飞行器和相关设备提供了指导。 第三部分将理论与实践相结合，通过大量的工程应用实例，展示了如何运用本书提供的计算方法和工具来解决实际工程问题。其中，航空航天工程部分详细介绍了飞机机翼设计、火箭发动机喷管以及高超声速流动等方面的应用；能源与化工过程部分则涵盖了涡轮机内部流动、管道输送以及反应器设备中的可压缩流动计算。最后，本部分还介绍了空气动力学测试方法和计算流体力学（CFD）基础，帮助读者了解现代工程分析的常用手段，并提供了常用CFD软件的简介，为读者进一步深入研究提供指引。 本书的编写风格力求清晰明了，避免使用过于晦涩的数学推导，而是侧重于计算方法的应用和工程意义的阐述。大量的图表、表格和算例，旨在帮助读者快速理解和掌握流体力学计算技巧，提高工程设计和分析的效率与精度。 本书的附录部分提供了常用的流体物性参数、无量纲数速查表以及各类计算表格，进一步增强了本书的实用性和便捷性，使其成为一本不可多得的流体力学工程计算参考手册。

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这本书，说实话，拿到手上我就感觉到了它沉甸甸的分量，不仅是物理上的，更是内容上的。我是一名在航空航天领域工作了十多年的工程师，深知流体力学特别是可压缩流动的复杂性。市面上有很多理论书籍试图把这些概念讲透彻，但真正能把理论和实际工程应用无缝衔接的，却寥寥无几。这本《Compressible Flow Tables for Engineers》无疑是后者中的佼佼者。它没有冗长晦涩的数学推导，而是直接聚焦于工程实践中那些最常用、最关键的计算场景。比如，在设计喷气发动机进气道或者火箭喷管时，我们需要的不是从零开始推导激波关系式，而是快速查找到基于特定马赫数和压比下的参数变化。这本书的表格组织方式极其高效，布局清晰，即使用户是第一次接触这些表格，也能迅速定位到所需数据。我尤其欣赏它对非等熵流动、等熵膨胀以及斜激波、正激波处理的详尽覆盖，这使得它不仅仅是一本参考手册，更像是我们团队日常工作中不可或缺的“现场工具箱”。

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作为一名资深用户，我发现这本书在处理一些“边缘”情况时表现出了惊人的鲁棒性。例如，在跨声速区域的局部阻塞效应分析，或者在涉及小角度膨胀/压缩的精细调整阶段，许多标准手册往往会因为精度限制而给出粗略的结果。然而，这本专为工程师设计的表格集，似乎在这些关键的过渡区做了特别的优化和加密处理。数据点之间的密度明显更高，使得插值过程变得更加可靠和线性。这对于追求性能极限的设计尤为重要，因为往往系统的效率提升就在那千分之几的流动参数变化中体现出来。总而言之，与其说它是一本“工具书”，不如说它是一套经过严格筛选和优化后，专为快速、精确解决实际工程难题而提炼出的知识结晶。它极大地缩短了从理论理解到工程实现的距离。

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我第一次接触到这个领域的专业书籍时，最大的困扰就是理论与实际工况之间的“鸿沟”。书本上的理想气体模型往往与我们面对的真实、复杂的边界条件存在偏差。然而，这本工程用表的处理方式非常务实。它似乎预设了读者已经具备基础的热力学和流体力学背景，因此，它将重点放在了如何快速、准确地将工程输入（如静温、静压、总温、总压）转化为实际输出参数。我注意到，它在不同章节中对不同流动类型的区分非常明确，比如，专门为膨胀和压缩过程设置了不同的查表区域，这极大地减少了因混淆物理过程而导致的计算错误。对于那些需要进行大量迭代设计，比如多级压缩机或涡轮叶片设计的人来说，这种精确的参数映射能力是至关重要的。它有效地将复杂的、需要大量计算资源才能求解的问题，简化成了一次高效的查找过程，这无疑是提升设计效率的关键。

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从排版和用户体验的角度来看，这本书的设计哲学简直就是为“现场工程师”量身定做。很多参考书的纸张质量和油墨印刷常常无法承受频繁翻阅和在车间或测试现场的频繁使用。这本书的装帧和纸张选择明显考虑到了耐用性。更重要的是，那些表格本身的设计——字体大小、网格线的清晰度，以及如何在同一张表格内并列显示不同参数组——都体现了对读者使用习惯的深刻理解。我记得有一次在项目评审会上，我们需要紧急确定一个高超声速条件下的出口条件，时间紧迫，我直接翻到了关于弯曲斜激波的部分，查找速度之快，让我的同事都有些惊讶。这种“所见即所得”的查表体验，是那些内容丰富但组织混乱的书籍所无法比拟的。它将枯燥的数字信息，转化为了一种可快速提取的、具有即时决策价值的知识载体。

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这本书的价值，并不仅仅体现在那些密密麻麻的数字上，更在于它对工程“约束条件”的隐性体现。例如，在处理最大损失和最小熵增的条件下，这些表格是如何建立起来的，虽然书中没有详细论述，但你通过查阅不同工况下的结果，可以清晰地感受到“最佳设计点”的存在。我个人认为，这本书为中级到高级的工程师提供了一个极好的“基准线”。当你进行复杂的CFD模拟时，用这本书中的数据来验证初始条件设置和出口边界条件，总能让你心里有底。如果你的复杂模型计算结果与这些基于理想流动的表格数据相差太大，你首先需要审视的是你的模型输入，而不是表格本身。这种作为“黄金标准”的参考价值，是任何纯粹的数值模拟软件都无法替代的。它教会我们，在追逐高精度模拟的同时，也不能忘记对基本物理定律的尊重和快速校验的必要性。

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