Student Solutions Manual and Student Study Guide to Fundamentals of Fluid Mechanics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Wiley

作者:Bruce R. Munson

出品人:

页数:344

译者:

出版时间:2009-1-14

价格:439.00元

装帧:Paperback

isbn号码:9780470088531

丛书系列:

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• 流体力学
• 学生解题手册
• 学生学习指南
• 传热学
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• 习题集
• 解题技巧
• Fundamentals of Fluid Mechanics

《流体力学基础：概念与应用》 书籍信息： 书名： 流体力学基础：概念与应用 作者： 行业资深学者/领域专家 出版社： 知名学术出版社 出版年份： 近期（例如：2023年） 页数： 约700页 适合读者： 工程学、物理学、化学、土木工程、航空航天工程等专业本科生及研究生；相关领域工程师与研究人员。 --- 深度导读：流体力学的核心殿堂 本教材《流体力学基础：概念与应用》旨在为读者构建一个坚实、全面且直观的流体力学知识体系。本书不仅仅是对经典理论的陈述，更注重引导读者理解流体行为背后的物理机制，并将其有效地应用于实际工程问题的分析与解决之中。我们坚信，掌握流体力学不仅需要熟悉 Navier-Stokes 方程，更需要培养对流场现象的深刻洞察力。 全书结构经过精心设计，从最基本的流体静力学概念入手，逐步深入到复杂的粘性流、湍流现象乃至先进的计算方法，确保学习路径的逻辑性和连贯性。 --- 第一部分：基石与语汇——流体力学的入门与静力学 本部分为后续学习奠定不可动摇的基础，重点在于建立对流体这一特殊物质形态的准确认识。 第一章：流体与连续介质假设 本章首先界定了“流体”的物理特性，包括粘性、可压缩性、表面张力等基本属性。随后，我们深入探讨了连续介质假设（Continuum Hypothesis）的适用范围和物理意义。读者将学习如何利用宏观的场变量（如密度、压力、速度场）来描述流体的宏观运动和状态，避免陷入微观分子层面的复杂性。本章详细介绍了流体静力学的基本原理，包括流体静压力随深度的变化规律，以及帕斯卡定律的工程应用。重点分析了作用在平面和曲面上上的流体总静力，并引入了浮力与阿基米德原理的严谨推导和实际案例，如潜艇的稳定性和船只的吃水计算。 第二章：流体运动学——描述流场 流体运动学关注如何描述流体的位置、速度和加速度，而不涉及作用于流体上的力。本章严格区分了拉格朗日（Lagrangian）描述与欧拉（Eulerian）描述两种基本观点，并详细阐述了两者之间的转换机制。关键概念如流线（Streamline）、迹线（Pathline）和脉线（Streakline）被清晰界定并进行对比。本章的核心是流场速率的表示，特别是速度梯度张量，它为后续的流体力学控制方程的推导（如应力与应变的关系）提供了必要的数学框架。此外，还引入了流体的运动学描述，如漩涡度（Vorticity）和应变率（Rate of Strain），帮助读者从几何角度理解流体的变形与旋转。 --- 第二部分：守恒定律的数学表达——控制方程的构建 本部分是全书的理论核心，侧重于将物理世界的守恒定律转化为严谨的偏微分方程组，即流体力学的“牛顿定律”。 第三章：流体动力学——控制方程的推导 本章是理解流体运动的根本。我们以雷诺输运定理（Reynolds Transport Theorem, RTT）为工具，对控制体（Control Volume）和流体微团（Fluid Element）进行积分和微分形式的分析。 质量守恒（连续性方程）： 详细推导了不可压缩流体和可压缩流体下的连续性方程，并分析了其在笛卡尔、柱坐标和球坐标系下的具体形式。 动量守恒（Navier-Stokes 方程）： 这是本章的重中之重。通过对牛顿第二定律在流体微团上的应用，推导出了不可压缩牛顿流体的 Navier-Stokes 方程。本章深入讨论了粘性应力项的物理意义，并区分了牛顿流体和非牛顿流体。我们还完整推导了欧拉方程（适用于理想流体）作为特例。 能量守恒： 引入了热力学第一定律，推导了流体导热、粘性耗散和膨胀做功在能量方程中的体现，适用于处理涉及温度梯度和热交换的流动问题。 第四章：积分形式的应用与工程分析 与偏微分方程的微分形式相对应，本章侧重于控制体积分析。读者将学习如何利用守恒方程的积分形式来解决那些边界条件复杂但宏观结果相对确定的问题。典型应用包括：喷射流的推力计算、管道中的流体能量损失、水轮机或泵中的能量传递效率分析，以及阻力与升力的经典计算。 --- 第三部分：经典流动问题的求解与深化 理论工具准备就绪后，本部分致力于将这些方程应用于具有重要物理意义的具体流动场景，并探讨重要的简化模型。 第五章：无粘流动与环量定理 本章研究理想流体（粘性为零）的运动，重点在于势流理论（Potential Flow Theory）。我们引入了速度势函数 $Phi$ 和流函数 $Psi$，讨论了库塔-儒可夫斯基定理（Kutta-Joukowski Theorem），用于计算带翼型绕流的升力。此章为后续计算复杂绕流提供了重要的简化模型和数学工具。 第六章：粘性流的精确解 本章聚焦于粘性影响显著的、几何形状简化的流动，即 Navier-Stokes 方程在特定边界条件下的精确或近似解析解。重点分析了层流（Laminar Flow），包括泊肃叶流（Poiseuille Flow，管道内稳定流动）和库艾特流（Couette Flow，平板间剪切流动）。这些精确解是理解粘性效应和验证数值方法的基石。 第七章：边界层理论的建立 这是连接理想流体与真实粘性流的桥梁。本章详细阐述了普朗特边界层理论（Prandtl Boundary Layer Theory）的物理基础，解释了外部自由流与紧贴固体表面的薄层之间的相互作用。读者将学习斯库布斯（Blasius）方程的推导及其在平板上均匀流中的应用，掌握如何计算壁面剪切应力、阻力系数，以及边界层分离的条件。 --- 第四部分：实际流动的复杂性与现代方法 随着流速的增加和几何复杂性的提高，流动行为表现出显著的非线性特征，本部分将介绍处理这些复杂性的关键概念。 第八章：无量纲分析与流动相似性 在工程和实验中，无量纲化至关重要。本章系统介绍白金汉 $pi$ 定理，并讲解了如何通过恰当的无量纲数（如 雷诺数 Re、弗洛德数 Fr、马赫数 Ma）来识别和预测流动的物理机制。重点讨论了流动相似性的原理，以及如何利用模型实验数据来推断全尺寸原型系统的性能。 第九章：可压缩流动基础 当流体速度接近声速时，密度变化（压缩性）必须被考虑。本章从能量方程的引入开始，系统地分析了等熵流动的基本性质，并深入讲解了激波（Shock Waves）——流体中不连续的、急剧变化的现象。正激波与斜激波的分析将通过 范诺伊与里曼问题的思想 来阐述，并介绍等熵膨胀和等熵流动的拉瓦尔喷管（Nozzle）设计。 第十章：湍流与宏观模型 大多数高雷诺数流动（如大气流动、水力工程）表现为湍流。本章不再追求精确解，而是转向统计学描述。我们将介绍湍流的本质特征（随机性、三维性、各向同性），并分析雷诺时均化（Reynolds Averaging）方法。核心在于理解雷诺应力的概念，并讨论湍流模型（如 $k-epsilon$ 模型和 $k-omega$ 模型）的物理假设及其在工程中的应用范围。 第十一章：流体力学中的数值方法导论 随着计算能力的提升，计算流体力学（CFD）已成为不可或缺的工具。本章提供一个CFD 概述，介绍如何将控制方程转化为离散形式，主要侧重于有限体积法（Finite Volume Method）的基本步骤。简要讨论了网格生成、时间推进策略以及数值稳定性的重要性，帮助读者建立与专业CFD软件（如 Fluent, OpenFOAM）使用者之间的理论桥梁。 --- 总结与特色 《流体力学基础：概念与应用》通过严谨的数学推导、丰富的物理洞察以及精心挑选的工程案例，力求使读者不仅学会“如何计算”，更明白“为何如此”。本书的结构设计确保了从基础的静力学到前沿的湍流建模，形成一个无缝衔接的学习体验。每一个章节的末尾均附有大量的概念检验问题和深入的工程应用习题，旨在巩固理论知识并培养解决复杂工程挑战的能力。

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这本辅助教材简直是学习流体力学这门课程的一盏明灯！作为一名曾经被流体力学折磨得死去活来的学生，我深知掌握概念和解决问题的挑战。这本手册的出现，让我感觉仿佛找到了救星。它不仅仅是习题的答案堆砌，更重要的是，它深入浅出地解析了每一个步骤，让我能理解“为什么”这样做，而不是死记硬背公式。在遇到那些看似复杂的应用题时，它提供的详细解题思路，如同地图一般，指引我一步步走向正确的答案，每一步的逻辑都清晰可见，让我受益匪浅。特别是那些涉及到守恒定律、量纲分析和相似性原理的章节，它都做了非常细致的推导和讲解，让我不再感到力不从心。而且，手册中的一些额外提示和常见错误分析，更是恰到好处，直接点出了许多同学容易忽略的细节，有效避免了我走弯路。我曾经花费大量时间在理解一些基本概念上，但有了这本手册，许多曾经困扰我的难题迎刃而解，学习效率也得到了极大的提升。总而言之，如果你正在学习流体力学，并且希望能够真正理解这门学科，而不是仅仅应付考试，那么这本手册绝对是你不可或缺的得力助手。它所带来的不仅仅是成绩的提高，更是对流体力学这门学科深层次的认识和兴趣的激发。

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这本书的排版设计真的令人眼前一亮，充满了现代感和活力。封面设计简洁大气，色彩搭配也很协调，一看就让人觉得是一本经过精心制作的书籍。翻开内页，字体清晰、大小适中，阅读起来非常舒适，长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。更重要的是，书中穿插了大量的插图、图表和示意图，这些视觉元素不仅仅是为了美观，更是为了帮助读者更好地理解抽象的概念。例如，在讲解流线、迹线和涡线时，书中提供了清晰的动态示意图，让我能够直观地感受到流体的运动状态，这比单纯的文字描述要有效得多。而且，这些插图的质量非常高，线条流畅，色彩鲜艳，即使放大仔细观察，细节也处理得十分到位。书中的公式和符号也使用了统一的排版风格，清晰易懂，不会出现混淆的情况。章节之间的过渡也很自然，逻辑性强，让我能够顺畅地跟随作者的思路进行学习。此外，书页的纸张质量也很好，触感厚实，不易损坏，可以长期保存。这种对细节的关注，充分体现了出版方在图书制作上的专业和用心，为读者提供了一个愉悦的学习体验。

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阅读这本书的过程，与其说是在学习一门课程，不如说是一次思维方式的重塑。它不仅仅教会了我如何计算，更重要的是，它让我学会了如何“思考”流体问题。书中强调的物理直觉和概念理解，是我以前在其他课程中很少体会到的。作者在讲解一些概念时，会从不同的角度去阐释，比如，在讲解动量守恒时，会从牛顿第二定律的宏观角度，也会从微观粒子碰撞的角度来解释，这种多维度的解析让我对同一个概念有了更深刻的理解。我特别欣赏书中对于“假设”的强调，它让我们明白，在解决实际问题时，合理的简化和假设是至关重要的。例如，在讲解理想流体和实际流体的区别时，它详细分析了粘性、可压缩性等因素对流动的影响，让我认识到模型建立的边界条件。这种引导学生独立思考、勇于质疑的学习方法，是我认为最有价值的部分。在解题过程中，它鼓励我们先分析问题的本质，再选择合适的工具，而不是急于套用公式。这种学习方式，不仅提高了我的解题能力，更重要的是培养了我独立解决问题的信心和能力，这对于我未来的学习和职业生涯都将大有裨益。

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在深入探索流体世界的过程中，我深刻体会到了这个领域知识的广博与精深。从宏观的空气动力学到微观的分子动力学，流体力学的应用无处不在，涉及航空航天、水利工程、生物医学等众多领域。教材中对这些应用场景的介绍，虽然篇幅有限，却足以激发起我对这些前沿科学的浓厚兴趣。例如，在讨论边界层理论时，教材提及了飞机翼型设计中的应用，这让我对如何通过流体力学原理实现高效飞行产生了好奇。又比如，在介绍多相流时，也简单提及了在化工过程中的重要性，这让我开始思考流体在复杂化学反应中的作用。然而，教材在深入探讨这些应用时，往往会受限于篇幅，未能展开更详细的介绍，这让我感到有些意犹未尽。例如，在讲解湍流模型时，教材仅仅列举了几种常见的模型，并没有详细阐述它们各自的优缺点以及适用的具体工况，这对于希望进一步了解这些模型如何解决实际工程问题的读者来说，无疑是一个遗憾。因此，我希望未来能够看到更多结合实际工程案例的深度分析，让流体力学的学习更加贴近现实，也更能激发我的科研探索欲。

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对于《流体力学基础》这本教材，我的感受是，它像一位严谨而充满智慧的导师，但有时也像一个稍显晦涩的谜语。教材本身的内容无疑是扎实的，涵盖了流体力学领域的核心知识，从流体静力学到流动稳定性，再到粘性流和可压缩流，几乎无所不包。然而，正是因为其内容的全面和深度，初学者往往会感到力不从心，许多概念的引入和推导过程可能显得较为抽象，需要反复琢磨才能融会贯通。举例来说，在讲解伯努利方程的推导时，教材中通常会省略一些中间步骤，或者假设读者已经具备了相关的物理和数学背景知识，这对于一些基础相对薄弱的学生来说，无疑增加了学习的难度。此外，教材中的例题虽然经典，但有时也显得过于理论化，与实际工程应用之间的联系不够紧密，这可能会让一些希望将所学知识应用于实际问题的学生感到困惑。我曾经在学习不可压缩粘性流的章节时，对纳维-斯托克斯方程的理解感到非常吃力，教材中的推导过程虽然严谨，但缺乏足够的直观解释，让我难以把握其物理意义。总的来说，这本教材更适合那些已经对流体力学有一定基础，或者具备较强自学能力的学生。对于初学者而言，可能需要借助其他的辅助资源来弥补其在易懂性和实践性方面的不足。

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