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出版者:Wiley

作者:Bruce R. Munson

出品人:

页数:776

译者:

出版时间:2009-1-9

价格:1710.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780470262849

丛书系列:

图书标签:

• 工程
• Engineering/Science/Psychology
• 科学和心理学
• 流体力学
• 流体 mechanics
• 传热
• 工程
• 物理
• 机械工程
• 航空航天
• 计算流体力学
• 流体动力学
• 热力学

流体世界的奥秘：从日常现象到尖端应用 我们呼吸的空气，饮用的水，船舶航行的海洋，乃至宇宙中的星云，无不充满了流体的身影。流体，作为物质存在的一种基本形态，其行为的复杂性与普适性，构成了物理学中最引人入胜也最具挑战性的领域之一。本书将带您踏上一场探索流体世界的旅程，深入揭示其内在规律，并洞察其在自然界和工程技术中的广泛应用。 第一部分：流体的基本概念与静力学 我们将从最基础的概念入手，理解什么是流体，以及它们与固体和气体的区别。我们会探讨流体的密度、压力、粘性等基本属性，并建立对这些属性如何在流体内部相互作用的初步认识。 流体的定义与分类： 区分理想流体与真实流体，理解牛顿流体与非牛顿流体的特性，为后续深入分析奠定基础。 流体静力学： 探索流体在静止状态下的行为。您将学习到帕斯卡原理，理解压强随深度的变化规律，并掌握浮力与阿基米德原理，解释物体在流体中为何会漂浮或下沉。我们将通过分析静止流体在容器壁、底部产生的压强，以及液柱静止平衡的条件，来理解静止流体系统的力学平衡。 第二部分：流体动力学基础 一旦流体开始运动，其行为将变得更加复杂和动态。本部分将介绍流体运动的基本方程和概念。 流体运动的描述： 学习两种主要的描述方法：拉格朗日描述（跟随流体粒子追踪运动）和欧拉描述（固定空间点观察流体）。理解流体粒子的轨迹、流线、迹线和涡线，可视化流体的运动形态。 连续性方程： 这是流体动力学中最基本的守恒定律之一，它描述了质量在流体中的不间断流动。您将理解在不同形状管道中的流体速度如何根据管道截面积的变化而变化，确保质量守恒。 伯努利方程： 这是流体动力学中最重要的方程之一，它建立了流体在运动过程中，其压力、速度和高度之间的相互关系。我们将看到伯努利方程如何解释许多日常现象，例如为什么飞机能够飞行，以及为什么高速行驶的汽车会产生下压力。它揭示了在不可压缩、无粘性流体中，总能量（包括动能、势能和压强能）在流线上的守恒。 动量方程： 在更复杂的情况下，伯努利方程无法完全描述流体行为，这时动量方程就显得尤为重要。它基于牛顿第二定律，描述了流体动量变化与作用在其上的力的关系，对于分析流体与物体相互作用产生的力（如推力、阻力）至关重要。 第三部分：粘性流体的流动 真实流体都具有粘性，这一属性对流体的流动方式有着深远的影响。本部分将深入探讨粘性流体在不同条件下的流动特性。 粘性流动的概念： 理解粘性力如何在流体内部产生，以及它如何导致流体层之间的摩擦。我们将区分层流和湍流两种主要的流动状态。 雷诺数： 这是一个无量纲的参数，用于预测流体流动的模式。您将学习如何计算雷诺数，并理解它如何指示流动是从平滑的层流转变为混乱的湍流。 管道中的层流与湍流： 详细分析在圆形或非圆形管道中，流体在层流和湍流状态下的压强损失和流量关系。我们将学习如何计算管道流动中的阻力，并理解其在水力工程和管网设计中的重要性。 边界层理论： 这是一个核心概念，它描述了粘性流体在固体表面附近的行为。我们将理解边界层的形成，以及它如何影响流体的分离和物体的阻力。 第四部分：流体在工程中的应用 流体机械是现代工业和能源领域的核心组成部分。本部分将聚焦于流体如何被用来做功，以及如何实现能量的转换。 流体机械的基本原理： 介绍流体机械的分类，如泵、风机、涡轮机等。我们将理解这些设备如何利用流体的动能、压强能或势能来实现能量的传递和转换。 泵与压缩机： 探索各种类型的泵（如离心泵、容积泵）和压缩机的工作原理，理解它们如何将机械能转化为流体势能，实现流体的输送和增压。 涡轮机： 学习水轮机、汽轮机和风力涡轮机的工作原理，理解它们如何从流体中提取能量，驱动发电机发电。 流体功率系统： 探讨液压和气动系统的基本概念，理解它们如何利用流体来传递动力，实现精确的控制和高效的传动。 第五部分：特殊流体现象与前沿研究 流体世界充满着各种奇妙而复杂的现象，本部分将触及一些更具挑战性的课题。 可压缩流体流动： 扩展讨论当流体速度接近音速或超过音速时，流体的行为将发生显著变化。我们将介绍马赫数、激波等概念，并了解其在航空航天等领域的重要性。 多相流： 探讨包含两种或多种不同相（如气液、固液）的流体流动。我们将理解在化工、石油工业等领域，多相流的复杂行为以及如何对其进行分析和控制。 计算流体动力学（CFD）： 介绍数值方法在解决复杂流体问题中的应用。您将了解CFD如何通过计算机模拟来预测流体行为，并帮助工程师进行设计优化。 通过系统地学习本书的内容，您将不仅能够理解流体世界的宏观规律，更能洞察其在日常生活和工程实践中的具体应用。从简单的水流到复杂的航空气动，流体科学的魅力将为您打开一扇通往未知世界的大门。

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这本书的习题设计简直是“魔鬼与天使”的结合体。我必须承认，刚开始做配套的练习题时，我体验了一把什么叫做挫败感。有些难题，我对着公式翻来覆去地看，愣是找不到切入点。它不像是有些市面上流行的“友好型”教材，只是简单地套用公式就能过关。恰恰相反，它要求你真正理解背后的物理机制，并具备将理论知识迁移到实际情境中的能力。这种难度，虽然在做题过程中让人抓狂，但当最终咬着牙、经过一番痛苦的挣扎后，成功解出那些复杂问题时，那种成就感是无与伦比的。每一次成功，都不仅仅是得到了一个正确答案，更是对流体力学思维模式的一次深刻内化。它真正培养的是解决问题的能力，而不是应试技巧。我感觉，如果能把这本书后面的所有习题都吃透，别说应付考试了，就是面对工业界中遇到的实际问题，心里也会踏实很多。它强迫你跳出课本的舒适区，去主动思考和构建解题路径。

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从结构和内容的广度来看，这本书的覆盖面令人印象深刻，但更让我佩服的是它的深度控制。它没有像某些百科全书式的巨著那样，试图把流体力学的所有分支都塞进来，造成内容的稀释和读者的疲劳。相反，它将基础的不可压缩流、粘性流体特性、边界层理论等核心内容处理得极其透彻。例如，在讲解粘性效应时，作者对纳维-斯托克斯方程的推导和简化过程讲解得极其详尽，每一步的物理意义都交代得清清楚楚，丝毫没有“这里略去”的敷衍。这种对基础的精耕细作，使得读者在后续接触到更高级的CFD（计算流体力学）或者更专业的应用领域时，能够快速地建立联系。我尤其欣赏它对“量纲分析”和“相似性原理”的独立章节的重视，这体现了作者深厚的工程素养——知道哪些是普适性的工具，比单纯记住一堆特定解更有价值。它教的不仅仅是“怎么算”，更是“如何思考”。

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这部教材，说实话，简直是流体力学学习路上的“定海神针”。我刚开始接触这个领域时，简直是一头雾水，各种复杂的方程和概念堆在我面前，感觉就像面对一座无法逾越的大山。但自从翻开这本《Fundamentals of Fluid Mechanics》后，一切都变得豁然开朗。作者的叙事方式极其清晰，仿佛他不是在写一本教科书，而是在引导一位初学者进行一场循序渐进的探索之旅。他总能找到最直观的方式来解释那些抽象的物理现象，比如，在讨论伯努利原理时，他没有直接抛出复杂的数学推导，而是通过一些我们日常生活都能观察到的现象来建立直观的物理图像，这对于建立初步的理解至关重要。更赞的是，书中的插图和图表简直是教科书级别的范本，每一张图都精准地捕捉了问题的核心，极大地辅助了对复杂流场结构的认知。那些看似枯燥的理论，在这样的呈现方式下，都变得生动起来，让人愿意去深究背后的原理。对于需要打下坚实基础的学生来说，这本书无疑是首选。它构建的知识体系非常完整和严谨，为后续更深入的学习铺设了无比坚实的地基。

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对于一个偏爱工程应用的学习者而言，这本书的价值体现在它对现实世界案例的引入上。尽管这是一本“基础”教材，但它并没有将理论束之高阁，而是非常巧妙地将理论与工程应用场景紧密结合。读到关于管道流动和泵的章节时，作者提供的实例不再是那种理想化的、毫无阻力的圆管，而是包含了局部阻力、摩擦系数图表等实际工程中必须考虑的因素。这种处理方式极大地提升了阅读的代入感和学习的积极性。我感觉我不是在学习一组孤立的公式，而是在学习如何设计一个能实际工作的系统。它不会过多地涉及复杂的数值方法，但它对经验公式和工程图表的运用进行了足够的阐述，使得我们这些未来可能从事工程设计的人，能够清楚地知道理论的边界在哪里，以及何时需要依赖经验数据。这种务实的态度，让这本书的实用价值远超其理论探讨的范畴。

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这本书的排版和语言风格，说实话，是近年来我读过的技术类书籍中，最令人感到舒适的之一。很多技术书籍的版式设计得千篇一律，公式和文字挤在一起，读起来眼睛非常累。而这本教材在视觉设计上投入了足够的精力，字体选择清晰易读，公式块的留白恰到好处，使得长篇的推导过程也能够保持清晰的逻辑层次。更难得的是，作者的语言风格虽然严谨，但绝不枯燥。他偶尔会穿插一些历史背景或者关键人物的简短介绍，让冰冷的科学史多了一丝人情味。这种人性化的处理，让长时间的阅读也变得不那么乏味。相比于一些只顾堆砌知识点的同类书籍，这本书明显更注重读者的阅读体验和知识吸收效率。它像一位耐心、有条理的导师，既能提供最精准的知识点，又能保证你在学习过程中心情愉悦，不会因为阅读体验不佳而中途放弃。总而言之，这是一本兼顾了学术深度、工程实用性与阅读舒适度的优秀教材。

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