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《流体力学实验：原理与实践》 本书旨在为学习流体力学的学生和研究人员提供一套全面而深入的实验指导。它不仅涵盖了流体力学领域最核心、最基础的实验内容，更注重实验方法、数据分析以及理论与实践的紧密结合，帮助读者深刻理解流体行为背后的物理原理。 内容概述： 本书共分为十五章，每一章都围绕一个具体的流体力学现象展开，从定性的观察到定量的测量，层层递进，引导读者逐步掌握实验技能并形成科学的思维方式。 第一章：流体性质的测定 本章将详细介绍流体黏度、密度和表面张力等基本物理性质的测量方法。读者将学习如何使用毛细管黏度计、悬滴法以及表面张力仪等仪器，通过精确的实验操作，获得可靠的流体参数。同时，还将探讨温度、压力等因素对这些性质的影响，为后续实验打下基础。 第二章：流体静力学 本章将通过一系列经典实验，深入理解流体静止时的受力特性。内容包括浮力的测量与阿基米德原理的验证，压力分布在静止流体中的规律，以及压强计的原理与应用。读者将有机会亲手搭建简单的压力测量装置，体验静水压力随深度的变化。 第三章：伯努利方程的验证 伯努利方程是流体力学中的一个基本原理，本章将通过文丘里管和皮托管等实验装置，直观地验证该方程的有效性。读者将学习如何测量流体在不同截面的速度和压力，并通过数据分析，理解动能、势能和压力能之间的相互转化关系。 第四章：管道中的流体流动 本章将聚焦于管道内的流动现象，包括层流和湍流的判别（雷诺数），以及不同流态下阻力损失的测量。读者将使用不同管径、表面粗糙度的管道，通过测量压降和流量，探讨达西-韦斯巴赫公式的适用性，并了解影响管道流动的关键因素。 第五章：明渠流 本章转向开放水域的流动，重点关注明渠流中的能量和动量方程。内容包括明渠中的流速分布，流道几何形状对水流行为的影响，以及堰流和跌落等现象的观察与测量。读者将有机会在模型河道中进行实验，理解水文学和工程学中的相关概念。 第六章：流体绕障碍物的流动 本章将探讨流体在绕过固体障碍物时的复杂行为，包括流线、涡流和分离现象。读者将通过观察不同形状物体（如圆柱体、翼型）周围的流动模式，理解升力和阻力的产生机制，并学习可视化技术（如示踪线法、染料法）的应用。 第七章：泵与风机 泵和风机是流体机械中的重要组成部分。本章将介绍离心泵和轴流风机的性能测试方法，包括扬程、流量、效率等参数的测量。读者将了解不同类型泵和风机的特性曲线，以及它们在实际应用中的选择原则。 第八章：水轮机 本章将介绍水轮机的基本原理和实验测量方法。通过对不同类型水轮机（如佩尔顿、弗朗西斯）的测试，读者将理解水能转化为机械能的过程，并学习分析水轮机的效率和性能参数。 第九章：水翼和叶轮 本章将深入研究水翼和叶轮的流体动力学特性。通过在水洞或风洞中对水翼剖面进行测试，读者将测量升力和阻力系数，并学习马赫数、攻角等因素对其影响。同时，还将涉及叶轮的性能测试。 第十章：气体动力学基础 本章将初步介绍气体的流动现象，包括声速、马赫数以及气体压缩性。通过实验，读者将了解可压缩流动的特性，以及跨音速和超音速流动的基本概念。 第十一章：流体可视化技术 本章将系统介绍多种流体可视化技术，包括颗粒示踪法、纹影法、全息干涉法等。读者将学习如何选择合适的可视化方法来揭示流体运动的细节，并理解这些技术在复杂流动分析中的重要作用。 第十二章：计算流体力学（CFD）入门 随着计算技术的发展，CFD已成为流体力学研究的重要工具。本章将简要介绍CFD的基本原理、网格生成、求解器以及结果后处理。通过简单的算例，读者将初步了解如何使用CFD软件模拟流体流动，并与实验结果进行对比。 第十三章：实验数据处理与不确定度分析 严谨的数据处理和不确定度分析是科学实验的关键。本章将教授读者如何使用统计学方法处理实验数据，包括平均值、标准差的计算，误差传递的原理，以及如何评估实验结果的不确定度，确保研究的科学性和可靠性。 第十四章：工程应用实例分析 本章将结合实际工程案例，例如桥梁的抗风设计、船舶的推进系统、航空器的气动性能等，分析流体力学原理在其中的应用。通过案例研究，读者将更直观地认识到流体力学实验的实际意义和价值。 第十五章：前沿流体力学实验展望 本章将简要介绍当前流体力学研究的前沿方向，如微尺度流动、生物流体力学、复杂流体等，并展望未来实验技术的发展趋势，激发读者的科研兴趣。 本书特色： 强调实践操作： 每一个实验都配有详细的步骤说明、仪器介绍和注意事项，确保读者能够安全、高效地进行实验。 理论与实践结合： 实验设计紧密围绕流体力学基本理论，通过实验结果的分析，加深对理论的理解。 数据分析与不确定度评估： 引入科学的数据处理方法和不确定度分析，培养严谨的科学态度。 丰富图示与插图： 大量使用原理图、实验装置图、流场图等，使抽象的流体现象更加直观易懂。 案例分析与工程应用： 结合实际工程问题，展示流体力学实验的实际价值。 通过学习本书，读者不仅能掌握一系列经典的流体力学实验技能，更能培养独立思考、解决问题的能力，为将来在科研、工程等领域的发展奠定坚实的基础。
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