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出版者:McGraw-Hill Inc.,US

作者:Victor L. Streeter

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1967-08

价格:0

装帧:Hardcover

isbn号码:9780070621749

丛书系列:

图书标签:

• 水力瞬态
• 瞬态流
• 水锤效应
• 管道水力学
• 流体动力学
• 水利工程
• 工程流体力学
• 水力系统
• 压力波
• 数值模拟

好的，这是一本名为《流体力学基础与应用》的图书简介，内容不涉及任何关于“水力瞬变”（Hydraulics Transients）的主题，旨在深入探讨流体运动的基本原理、经典理论及其在工程领域的广泛应用。 --- 图书名称：《流体力学基础与应用》 内容概述 《流体力学基础与应用》是一本全面、深入、旨在构建坚实理论基础并强调工程实践的教材与参考书。本书摒弃了瞬态分析的复杂性，聚焦于流体力学这一学科的核心——流体的静力学、运动学、动力学以及粘性流动的基本规律。全书结构严谨，逻辑清晰，从最基本的流体概念入手，逐步过渡到纳维-斯托克斯方程的解析与数值求解，最终覆盖了从理想流体到真实粘性流动的广泛现象。 本书的撰写目标是，为机械工程、土木工程、航空航天、环境工程以及化学工程等领域的学生和专业人士提供一个清晰、可操作的流体力学知识体系。我们着重于对流体行为的物理图像的培养，而非仅仅是公式的堆砌。 第一部分：流体静力学与流体运动学（Fluid Statics and Kinematics） 本部分是理解流体行为的基石。 第一章：流体的基本概念与性质 本章详细阐述了流体的定义，区分了流体与固体的本质差异。重点探讨了流体的基本物理性质，包括密度、比重、粘度（牛顿流体与非牛顿流体）、表面张力、可压缩性与不可压缩性的工程判断标准。通过实际案例引入了流体压力测量的基本原理和常用仪器（如皮托管、U型压力计）。 第二章：流体静力学 深入分析了静止流体中的压力分布规律。推导并详细解释了静压强随深度线性变化的原理，并讨论了压力梯度对流场的影响。本章核心内容包括：阿基米德浮力定律的严谨推导、流体中的作用力与力矩计算、静止流体中的平衡分析，以及应用在挡土墙、水闸和船体设计中的静水压力计算。 第三章：流体运动学——描述流体运动 本章聚焦于流体运动的几何描述，不涉及作用于流体的力。引入了两种主要的描述方法：拉格朗日描述（随质点运动）和欧拉描述（固定空间点观测）。详细解释了线性和角速度、流线（Streamlines）、迹线（Pathlines）和时间线（Timelines）之间的关系和区别。对流场进行分类，如均匀流、恒定流、一维、二维流动，并引入了流函数（Stream Function）在二维不可压缩流动分析中的应用。 第二部分：流体动力学基础（Foundations of Fluid Dynamics） 本部分将流体力学的核心理论——动力学定律引入到流体运动的分析中。 第四章：流体动力学基本方程 本章是全书的理论核心。从三大守恒定律（质量守恒、动量守恒、能量守恒）出发，推导出流体运动的控制方程：连续性方程（在不同坐标系下）和纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes Equations）。强调了在特定工程简化（如理想流体、恒定流、不可压缩性）下，这些复杂方程如何简化为更易于处理的形式。 第五章：理想流体的运动分析（欧拉方程与伯努利方程） 针对流体粘性可忽略的情况，详细推导了欧拉（Euler）运动方程。在此基础上，推导并阐释了流体力学中最著名、应用最广泛的伯努利方程。本章深入探讨了伯努利方程在不同情境下的适用性、修正项的引入（如压力势能、动能、重力势能），并通过喷嘴、文丘里管等经典装置进行实际应用演示。 第六章：粘性流体的分析：层流与湍流的引入 本章将重点放在粘性对流体运动的实际影响上。详细分析了粘性力在动量方程中的作用。通过雷诺数（Reynolds Number）的引入，清晰界定了层流（Laminar Flow）与湍流（Turbulent Flow）的物理边界和工程意义。 第三部分：经典流动问题的分析与应用（Analysis of Classic Flows） 本部分应用前述基本方程来解决具体的、具有工程代表性的流动问题。 第七章：管路中的不可压缩粘性流动 本章专注于在管道和通道内发生的粘性流动问题。详细分析了恒定、充分发展、不可压缩的圆管内层流（Hagen-Poiseuille流动），计算了压降与流速的关系。随后，系统地介绍了湍流在光滑管和粗糙管中的特点，引入了摩擦因子图（Moody Diagram）及其在计算工程管路网络（如泵站、阀门）中的阻力损失时的关键作用。 第八章：外部流动：阻力与升力 本章转向物体周围的流动，这是航空航天和汽车工程的核心。定义了流体作用在物体上的总阻力（Drag）和升力（Lift）。详细分析了边界层（Boundary Layer）的形成、发展和分离现象，这是理解阻力来源的关键。讨论了形状阻力与摩擦阻力，并分析了平板上边界层的解析计算（如Blasius解的定性描述）以及物体绕流（如圆柱体、机翼）中的分离点和尾流效应。 第九章：相似性原理与量纲分析 介绍如何利用量纲分析（如Buckingham $pi$定理）来简化复杂的物理问题，通过构建无量纲参数（如雷诺数、弗劳德数）来预测不同尺度下的流动行为。本章强调了实验设计和模型缩放的重要性，确保理论预测能有效指导工程试验。 第四部分：流体机械的工程基础（Engineering Basis for Fluid Machinery） 本部分将流体力学理论与工程装置相结合。 第十章：流体机械的功与效率 介绍流体机械（如泵、透平机）的基本原理。推导了欧拉涡轮方程，该方程将作用在叶轮上的力矩与流体的角动量变化联系起来，是设计旋转机械的核心。讨论了机械效率、体积效率和水力效率的定义，并分析了叶轮几何形状对性能曲线的影响。 第十一章：离心泵与轴流泵的性能分析 详细分析了离心泵和轴流泵的工作特性。内容包括：特定转速（Specific Speed）的概念及其对泵型选择的指导意义、泵的选择图谱、系统管路曲线与泵性能曲线的匹配，以及空化现象的机理和预防措施。 总结特色 本书特色在于理论的严谨性与应用的广泛性相结合。每一章节都配有大量详细的工程示例和习题，确保读者能够熟练地应用流体力学原理来解决实际工程中的压力计算、流量控制、阻力预测和机械选型等问题。全书的叙述风格力求清晰、直观，旨在培养读者对流体物理现象的深刻洞察力。 ---

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坦率地说，我这本书的插图和排版设计让我感到非常困惑。虽然图表数量不少，但很多关键概念的图解质量实在不敢恭维。例如，在介绍瞬变波的反射和透射时，作者试图用一个复杂的管道节点图来解释，但线条的粗细不一，标注的箭头方向有时会与实际的能量流动趋势相悖，使得初次接触该知识点的读者极易产生误解。更令人不解的是，书中的参考文献引用系统显得相当老旧，很多引用都停留在上世纪七八十年代，对于近二十年来在计算流体力学（CFD）领域，特别是针对复杂瞬态流动的快速发展，几乎没有提及。这使得全书的知识体系看起来像是被封存在了过去的时间胶囊里。我期待这本书能包含一些关于现代传感器技术在测量管道压力波前沿时如何提高精度和采样率的讨论，或者至少是关于如何将瞬变分析结果与SCADA系统集成以实现实时风险预警的案例。很遗憾，这些与现代水利基础设施管理息息相关的内容，在这本厚厚的书里找不到踪影，它更像是一部停留在经典理论时代的著作。

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翻开这本书的篇章结构，我立刻感觉到了作者的学术倾向，它似乎更偏向于数学建模而非工程实践的指导。比如，关于水库泄洪波传播的章节，书中花费了极大的笔墨去推导浅水波方程的有限差分格式，每一个时间步和空间网格的选取都讨论得一丝不苟，连误差分析都做得极为详尽。然而，当我尝试寻找如何根据实际地貌数据和水库库容曲线来快速估算洪峰到达下游某个断面的时间时，书里提供的却是一个需要解一个非常复杂的偏微分方程组的框架，缺乏一个可操作的简化模型或工程估算流程。这让我不禁怀疑，作者是否真的站在解决实际工程问题的角度来组织内容。此外，书中对“空化现象”（Cavitation）的讨论也显得非常理论化，只停留于压力低于饱和蒸汽压力的条件阐述，对于实际泵站或高速水轮机叶片附近空泡的形成、溃灭以及由此产生的结构疲劳问题，完全没有触及。这本书的语言风格相当严谨，充满了德式或俄式的工程学逻辑，但这种严谨性在实际应用中，却带来了一种疏离感，让人觉得它更像是放在图书馆里供人查阅公式的工具书，而不是一本能激发解决问题热情的参考手册。

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这本书的价值，或许主要体现在对“经典”瞬态理论的系统性梳理上，但其叙述方式实在是不够“友好”。阅读体验上，我最大的感受是“信息密度过高但组织结构松散”。作者似乎急于把所有相关的理论点都塞进这本书里，导致章节间的逻辑跳跃性很大。前一页还在详细推导一个简单的恒定管径系统下的瞬态响应，下一页就直接抛出了一个包含多个分支和不同材质管线的复杂网络分析公式，中间缺少了必要的过渡和简化步骤的引导。这使得读者必须在脑海中不断地进行知识点之间的重新连接。举个例子，关于管道材质的弹性模量变化对波速的影响，书中给出了大量的表格数据，但并没有提供一个清晰的图表来直观展示不同材质（如钢管、铸铁管、PVC管）的波速差异在不同压力水平下的相对敏感度。这种详尽而缺乏可视化引导的写作风格，极大地增加了理解和记忆的难度，使得这本书更适合作为研究人员的理论参考资料，而非工程师快速查询特定问题的解决方案指南。

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这本《Hydraulics Transients》的封面设计着实吸引眼球，那种深邃的蓝色背景配上流体运动的抽象线条，让人一下就联想到水流的复杂与力量感。我原本是冲着书名里那个“Transients”（瞬变）来的，期望能找到一些关于水锤效应、阀门关闭冲击波传播的详尽解析。然而，当我翻开第一章，迎面而来的是一系列关于基础流体力学原理的冗长回顾。作者似乎认为，每一位读者都需要从牛顿第二定律在流体中的应用开始温习，这对于已经有些工程背景的我来说，显得有些拖沓。书中花了大量的篇幅去推导伯努利方程的每一步，配上了大量的二维等压面示意图，这些图示虽然清晰，但对于解决实际工程中的非定常流动问题，帮助有限。我更希望看到的是如何运用特性线法（Method of Characteristics）来求解复杂的管道网络瞬变问题，或者至少是针对不同边界条件下的数值解法介绍。书中对瞬态现象的讨论，更多地停留在理论模型的建立上，对于实际应用中的阻尼效应、材料非线性等方面，几乎没有深入探讨。整体来看，这本书更像是一本为初次接触流体力学的高年级本科生准备的教材，对于资深工程师而言，深度略显不足，期望中的那种尖锐、直击痛点的专业分析并未出现，读起来颇有一种“纸上谈兵”的意味。

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我对这本书的期望，是它能提供一套解决“实际现场问题”的工具箱，但我得到的却是一本厚重的理论“字典”。在关于“气囊式缓冲罐”（Air Vessel）的章节中，作者花费了大量篇幅去分析气室中气体膨胀和压缩的等温和绝热过程的数学差异，并精确计算了理想状态下的压力衰减曲线。然而，实际应用中，气囊罐的性能严重依赖于隔膜的材料寿命、气体的实际泄漏率以及工作温度波动。书中对此类“真实世界的不确定性”的处理，仅仅是轻描淡写地提了一句“应考虑实际工况”，却完全没有提供任何关于如何量化和模型化这些不确定性的方法。对于一个需要设计一个泵站瞬态抑制系统的工程师来说，我需要的是如何根据泵的特性曲线、管道长度和所需的压力裕度，来反推出缓冲罐的有效容积和初始充气压力。这本书提供的，是理论上的完美解，却在“如何将理论转化为可执行的设计参数”这一关键环节上戛然而止，留下了一个巨大的实践鸿沟。它的内容广博，却不深，更像是对学科历史的一次回顾，而不是对未来挑战的展望。

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