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出版者:

作者:Barber, Antony

出品人:

页数:668

译者:

出版时间:

价格:2818.00 元

装帧:

isbn号码:9781856172493

丛书系列:

图书标签:

• 气动
• 气压
• 流体动力
• 工程
• 机械工程
• 工业自动化
• 设备
• 手册
• 技术
• 设计

流体力学与工程应用：经典理论与前沿实践 本书旨在为工程技术人员、科研人员及高等院校师生提供一本全面、深入且具有高度实用价值的流体力学参考书。它聚焦于经典理论的严谨推导、现代计算方法的应用，以及流体力学原理在各类工程领域中的实际部署与优化。全书结构严谨，内容涵盖面广，从基础的流体性质到复杂的湍流模型、从经典的管道输运到先进的空气动力学设计，力求构建一座连接理论与实践的坚实桥梁。 第一部分：流体力学基础与本构关系（Fundamentals and Constitutive Relations） 本部分奠定全书的理论基石，深入探讨流体介质的宏观与微观属性，并建立描述其运动与平衡的数学框架。 第一章：流体的基本概念与性质 本章详细阐述了流体与固体在力学行为上的本质区别。着重介绍流体的宏观性质，如密度、比重、粘度（牛顿流体与非牛顿流体）、表面张力及气体状态方程（理想气体与真实气体）。对粘度的测量方法，如落球法、旋转粘度计等，进行了详尽的对比分析。特别探讨了温度和压力对流体特性的影响规律，为后续的流动分析提供精确的物性参数基础。 第二章：流体静力学与浮力 本章系统讲解了流体在平衡状态下的受力分析。核心内容包括静压强随深度的线性变化规律、帕斯卡原理的工程应用，以及各种压力测量仪器（如U型管压力计、皮托管）的工作原理。浮力与阿基米德原理被深入剖析，并结合船体设计、浮标系统等实际工程案例，展示了静力学在结构稳定性分析中的关键作用。 第三章：流体运动学 本章关注流体的运动描述，引入了拉格朗日和欧拉两种描述方法。重点解析了速度场、加速度场、流线、迹线和脉线等关键概念。详细推导了流体运动的连续性方程，这是所有守恒定律分析的基础。对流体的旋转（涡度）和变形（应变率张量）进行了张量分析，为后续的动量方程建立做好准备。 第四章：流体动力学：控制方程 本章是流体力学分析的核心。首先，严格推导了基于牛顿第二定律的纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程组，这是描述粘性流体运动的基本方程。随后，推导了不可压缩流体的简化形式，并引入了应力张量与应变率张量的关系，对牛顿流体的本构关系进行了细致的讨论。对于无粘流体，推导了欧拉方程，并阐述了伯努利方程的严格应用条件与适用范围。 第二部分：无粘流与有粘流的基础分析（Inviscid and Viscous Flow Analysis） 本部分将基础方程应用于具体的流动场景，区分了理想流动与现实流动中的关键物理现象。 第五章：伯努利方程的工程应用 本章聚焦于能量守恒在流体运动中的体现。详细讲解了伯努利方程的推导过程、限制条件（如等熵流动）以及如何通过引入水头损失（或称能量损失）来修正其在实际管道流中的应用。通过实例分析，如文丘里流量计、水轮机进出口能量计算等，强调了能量方程在系统设计中的重要性。 第六章：量纲分析与相似性原理 本章介绍了利用量纲分析（如 Buckingham Pi 定理）来简化复杂流体力学问题的强大工具。重点阐述了雷诺数（Reynolds Number）、弗劳德数（Froud Number）、马赫数（Mach Number）等关键无量纲参数的物理意义。详细讨论了模型试验的设计与结果外推，如何通过相似性原理指导风洞试验、水槽试验的规模确定与数据关联。 第七章：管流分析与局部损失 本章专门针对工程中最常见的管道输送问题。深入分析了圆管内完全发展的层流和湍流的速度剖面（Hagen-Poiseuille 公式及 Moody 图的应用）。详细讨论了边界层分离现象、摩擦阻力系数的确定。此外，对阀门、弯头、突然扩张/收缩等局部构件引起的能量损失进行了系统的实验数据梳理与计算方法介绍。 第八章：边界层理论基础 本章引入了边界层的概念，这是理解流体阻力与传热的关键。详细推导了普朗特（Prandtl）的边界层方程，并介绍了薄边界层的近似方法，如索末菲（Blasius）方程的解析解。讨论了层流到湍流的过渡现象，以及湍流边界层（如对数律）的近似处理方法。 第三部分：复杂流动与高级主题（Advanced Topics in Fluid Dynamics） 本部分转向更复杂的流动现象，包括可压缩流、多相流以及数值模拟方法。 第九章：可压缩流体力学导论 本章主要探讨气体流动速度接近或超过声速时的特性。引入了等熵流动的基本关系式，如马赫数与压力、温度、密度的关系。重点讲解了正激波和斜激波的Hugoniot关系和动量平衡，以及在喷管设计（如De Laval喷管）中的应用。对等熵流动的最大出口速度的实现进行了深入分析。 第十章：流体动力噪声与空化现象 本章关注流体运动对结构性能的负面影响。深入分析了流体运动产生的声波传播机制，特别是湍流边界层和旋涡脱落引起的噪声源。对空化现象（Cavitation）的形成条件、对叶轮机械（如泵、螺旋桨）的损害机理及其抑制措施进行了详尽的探讨。 第十一章：湍流模型与计算流体力学（CFD）基础 本章介绍了湍流的统计学特征，如脉动速度和雷诺应力。系统概述了主要的湍流模型，包括零方程模型（如Mixing Length Model）、一方程模型（如 Spalart-Allmaras）和两方程模型（如 $k-epsilon$ 和 $k-omega$ 模型），并讨论了模型的适用范围与局限性。简要介绍了有限体积法（Finite Volume Method）在离散化N-S方程中的应用框架，为使用CFD软件提供了必要的理论背景。 第十二章：多相流与传热传质耦合 本部分探讨了气-液、气-固等多相流动的基本特性。介绍了描述相间相互作用的欧拉-欧拉（Euler-Euler）模型和欧拉-拉格朗日（Euler-Lagrange）模型。同时，本章将流体力学与传热传质现象相结合，分析了对流换热（如管道内强制对流）的 Nusselt 数关联式，以及流动对扩散过程的影响。 结语 本书的编写始终坚持理论的准确性与工程的可操作性相结合。每章后均附有精选的例题与习题，旨在巩固读者对所学知识的掌握程度。本书不仅是一本严谨的教科书，更是一部面向工程师的实用工具手册，期望能有效提升读者在复杂流体系统设计、分析与故障排除中的专业能力。

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这本书的排版和索引系统，简直是为快速检索而生的艺术品。面对如此庞大的信息量，一个糟糕的索引能让人彻底放弃查找特定内容，但这部手册的索引部分做得非常细致和人性化。它不仅包含标准的术语索引，还设置了“按故障现象索引”和“按组件材料索引”两个非常实用的辅助索引。举个例子，当我需要查找特定压力容器的疲劳寿命计算方法时，我不需要记住具体的章节标题，只需在“材料疲劳”下查找，索引会精确指向涉及各种金属和复合材料的计算表格和公式集。更不用说，书后的附录部分集合了近二十种国际标准（如ISO和ANSI）的关键参数对比，这为跨国项目合作提供了极大的便利。这种对信息检索效率的极致追求，体现了作者对时间成本的珍视，真正做到了“你问，它答”的即时反馈体验。

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从内容的组织结构来看，编纂者显然是站在一个极高的时间维度上进行规划的。这本书的深度横跨了基础的流体力学原理，一直延伸到了现代气动控制中关于物联网（IoT）接口和智能传感器的集成应用。它没有陷入“过时技术手册”的窠臼，而是将最新的数字化和自动化趋势巧妙地融入到传统的机械语境中。例如，关于比例电磁阀的章节，除了传统的电气特性分析外，还专门开辟了一小节探讨如何通过PLC（可编程逻辑控制器）对脉宽调制（PWM）信号进行优化，以提高执行器的响应速度和能效比。这表明编纂者对行业未来走向有着清醒的认识，确保了这本书在未来五年乃至十年内，依然能保持其作为核心参考资料的地位，而不是很快就被淘汰的旧版本。这种前瞻性和与时俱进的学术态度，在同类厚重的手册中是极为罕见的。

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这本书的实用性是毋庸置疑的，但真正让我感到惊艳的是它对“故障排除”这一环节的处理力度。在工程实践中，理论知识往往是最容易掌握的，但当设备实际发生不可预期的故障时，那种手足无措才是区分新手与专家的分水岭。这本书没有停留在理想化的标准操作流程上，而是花了相当大的篇幅去探讨“异常状态下的诊断逻辑”。它不是简单地罗列“如果A发生，则检查B”，而是构建了一套系统的、基于压力、流量和温度多维度交叉验证的排除树。我特别欣赏其中关于“间歇性泄漏”的章节，书中分析了温度变化、密封件的微小蠕变和空气湿度对密封性能的非线性影响，并给出了现场可以操作的、无需停机的初步判断方法。这种深入到实践细节的指导，让我感觉作者不仅仅是做学问的，更是长期在车间一线摸爬滚打出来的实干家，其提供的建议具有极高的实战价值和可操作性。

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我初次接触这类技术资料时，最大的困扰就是术语的“黑话”太多，每隔两行就得停下来查阅一遍，阅读体验极其破碎。然而，这本书在入门引导方面做得极其出色。它的第一章结构清晰得令人赞叹，并非直接抛出艰深的概念，而是先从宏观的应用场景入手，比如它解释了气动系统如何驱动大型工业机器人的关节，让读者立刻建立起“为什么我要学这个”的内在驱动力。随后的理论推导部分，作者似乎深谙“润物细无声”的教育之道，每一个公式和定理的引入，都伴随着详细的背景铺垫和类比说明，比如用日常的水压系统来类比压缩空气的能量传递，这种手法极大地降低了初学者的心理门槛。即便是我这个在相关领域摸爬滚打多年的老手，也从这些基础部分的重新梳理中，发现了自己之前理解上的一些细微偏差，可见其讲解的透彻和严谨。它不仅仅是信息的堆砌，更像是一位耐心且经验丰富的导师在一步步引导你走向精通。

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这部手册的装帧设计简直是一场视觉盛宴，厚实的封面带着一种沉稳的工业美感，皮革纹理的处理让人忍不住想多摩挲几下。我特别喜欢它采用的字体选择，那种略带复古的衬线体在专业书籍中显得既庄重又不失可读性，拿在手里沉甸甸的，仿佛握住了知识的重量。内页纸张的磅数也恰到好处，墨色清晰锐利，即便是那些复杂的机械图示和流程图，在低光环境下也能保持极高的辨识度。说实话，光是把这本书摆在书架上，就能瞬间提升整个房间的格调，它散发出的那种“专业工具书”的气场，是很多花哨的现代设计品所不具备的。翻开首页时，那种油墨特有的、混合着淡淡纸张纤维的干燥气味，简直是老派技术爱好者的福音，瞬间就能把我拉回到对机械原理充满敬畏感的年代。如果说有什么可以挑剔的，或许是它稍微有些偏大和厚重，不太适合通勤时单手操作，但考虑到内容的广度和深度，这点牺牲完全可以接受，它更像是一件值得安放在工作台旁的案头重器。

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