粘性流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

前言

　　本書是根據(jù)國(guó)家教委高等工業(yè)學(xué)校工程力學(xué)專業(yè)粘性流體力學(xué)教材的基本要求，以本人1986年在北京航空學(xué)院出版社出版的《粘性流體動(dòng)力學(xué)理論及紊流工程計(jì)算》一書為基礎(chǔ)，并參考工程力學(xué)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)的建議，重新編著而成?！　”緯勺鳛楦叩裙た圃盒５牧黧w力學(xué)專業(yè)以及其他有關(guān)專業(yè)研究生的教學(xué)用書，也可供有關(guān)專業(yè)的本科生、教師、科研工作者和工程技術(shù)人員參考?！　≌承粤黧w力學(xué)是流體力學(xué)的重要分支，廣泛應(yīng)用于動(dòng)力、機(jī)械、化工、水利、航空航天、海洋和環(huán)保等部門?！　⊥牧魇橇黧w運(yùn)動(dòng)的主要形式，在與流體運(yùn)動(dòng)有關(guān)的諸科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中最經(jīng)常最大量出現(xiàn)的是湍流。有鑒于此，著者擬訂了以湍流為主的編著指導(dǎo)思想，即在系統(tǒng)闡述粘性流體動(dòng)力學(xué)基本方程組、經(jīng)典層流理論和流體運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性理論的基礎(chǔ)上，著重講述湍流理論，首先是它的物理機(jī)制。在上世紀(jì)的前半世紀(jì)，湍流理論曾沿著兩條分支在較大程度上相對(duì)獨(dú)立地發(fā)展著，即湍流的相關(guān)統(tǒng)計(jì)理論和湍流的半經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)理論，前者側(cè)重于探究湍流機(jī)理和結(jié)構(gòu)，后者側(cè)重于實(shí)際工程應(yīng)用。第二次世界大戰(zhàn)后計(jì)算機(jī)的發(fā)展促進(jìn)了具有鮮明特點(diǎn)的現(xiàn)代湍流工程計(jì)算理論的形成，它是湍流半經(jīng)驗(yàn)理論的新發(fā)展，并與相關(guān)統(tǒng)計(jì)理論有更多的結(jié)合。計(jì)算機(jī)的發(fā)展也大大促進(jìn)了湍流的實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)了一些重要的新現(xiàn)象。本書將以湍流半經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)理論為主，適當(dāng)兼顧相關(guān)統(tǒng)計(jì)理論，并反映計(jì)算機(jī)沖擊下這一學(xué)科發(fā)展的主要輪廓。

內(nèi)容概要

　　《粘性流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)》為教育部研究生工作辦公室推薦的研究生教學(xué)用書，按照工程力學(xué)專業(yè)粘性流體動(dòng)力學(xué)課程教學(xué)要求編著的?！　⊥牧魇橇黧w運(yùn)動(dòng)的主要形式?！墩承粤黧w動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)》在系統(tǒng)闡述粘性流體動(dòng)力學(xué)基本方程組、層流經(jīng)典理論和流體運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性理論的基礎(chǔ)上，著重講述湍流的物理機(jī)制和半經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)理論以及與計(jì)算機(jī)發(fā)展密切相關(guān)的現(xiàn)代湍流工程計(jì)算的基本理論，反映了半個(gè)世紀(jì)以來(lái)這一學(xué)科發(fā)展的主要輪廓，體現(xiàn)了以湍流為主這一編著本書的基本指導(dǎo)思想。　　《粘性流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)》也可用作理工科院校力學(xué)等專業(yè)本科生教材，并可供有關(guān)專業(yè)教師、科研人員和工程技術(shù)人員參考。

作者簡(jiǎn)介

　　陳懋章，男，漢族，1936年生于四川省成都市。1957年畢業(yè)于北京航空學(xué)院；1979——1981年，英國(guó)倫敦大學(xué)帝國(guó)理工學(xué)院航空系訪問學(xué)者，從事湍流和轉(zhuǎn)捩研究；1983年，國(guó)務(wù)院學(xué)位委會(huì)批準(zhǔn)為博士生導(dǎo)師；現(xiàn)為北京航空航天大學(xué)教授，中國(guó)工程院院士。主要從事葉輪機(jī)械氣動(dòng)力學(xué)和粘性流體動(dòng)力學(xué)研究。　　陳懋章教授在葉輪機(jī)三維流理論與應(yīng)用以及粘流理論研究取得多項(xiàng)成果。他對(duì)三維不穩(wěn)定波的研究，完成了邊界層轉(zhuǎn)捩過程中三維波發(fā)展的中前期階段的理論描述，具有重要價(jià)值。陳懋章等發(fā)現(xiàn)在旋轉(zhuǎn)物體的邊界層內(nèi)，在某些條件下沿邊界層厚度方向靜壓不變的假設(shè)不成立，由此提出相應(yīng)理論和方法，判斷和計(jì)及其影響，從而擴(kuò)展了普朗陀邊界層理論。陳懋章等對(duì)奧爾一桑默費(fèi)爾德方程特征譜的研究，得到了世界其他作者丟失了的特征值?！　￡愴陆淌谠@得國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)，何粱何利技術(shù)科學(xué)獎(jiǎng)。教材《粘性流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)》，獲國(guó)家優(yōu)秀教材二等獎(jiǎng)。

書籍目錄

主要符號(hào)表第一章 粘性流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1—1歷史概述1—2粘性流體動(dòng)力學(xué)的意義及范疇1—3研究粘性流體動(dòng)力學(xué)問題的基本方法1—4流體的分子輸運(yùn)性質(zhì)1—5流體運(yùn)動(dòng)與變形1—6流體的表面應(yīng)力張量1—7牛頓流體的應(yīng)力與應(yīng)變變化率之間的關(guān)系習(xí)題第二章 粘性流體動(dòng)力學(xué)基本方程組2—1質(zhì)量守恒定律——連續(xù)方程2—2粘性流體的運(yùn)動(dòng)方程——?jiǎng)恿渴睾愣?—3粘性流體的能量方程2—4粘性流體動(dòng)力學(xué)方程組的封閉性問題2—5粘性流體動(dòng)力學(xué)方程組的數(shù)學(xué)性質(zhì)2—6定解條件和定解問題的適定性2—7納維一斯托克斯方程組的適用性2—8粘性流體動(dòng)力學(xué)的相似律和量綱分析2—9流體的渦旋運(yùn)動(dòng)2—10流函數(shù)習(xí)題第三章 納維一斯托克斯方程組的精確解3—1平行定常流動(dòng)中的速度分布3—2平行定常流動(dòng)中的溫度分布3—3同軸旋轉(zhuǎn)圓筒間的定常流動(dòng)3—4平行非定常流動(dòng)3—5滯止點(diǎn)附近的流動(dòng)3—6旋轉(zhuǎn)圓盤附近的流動(dòng)3—7楔形區(qū)域內(nèi)的流動(dòng)3—8可壓縮流體的庫(kù)埃特流動(dòng)習(xí)題第四章 緩慢流動(dòng)4—l緩慢流動(dòng)的微分方程4—2球的緩慢移動(dòng)4—3滑動(dòng)軸承內(nèi)的流動(dòng)4—4海萊一肖流動(dòng)習(xí)題第五章 薄剪切層方程5—1剪切層概念5—2二維流動(dòng)中的薄剪切層近似5—3軸對(duì)稱和三維流動(dòng)中的薄剪切層近似5—4曼格勒變換5—5動(dòng)量積分方程5—6裹入方程5—7溫度邊界層及有關(guān)方程習(xí)題第六章 層流邊界層6—1剪切層的相似概念6—2法沃克納一斯坎變換6—3層流邊界層的相似解，布拉修斯解6—4非相似層流邊界層的計(jì)算方法6—5非耦合層流溫度邊界層的解6—6二維可壓縮定常層流邊界層6—7邊界層分離習(xí)題第七章 流體運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性和由層流到湍流的轉(zhuǎn)捩7一l概述7—2流動(dòng)穩(wěn)定性的一般理論7—3二維平行剪切流的線性穩(wěn)定性理論7—4三維波動(dòng)7—5非線性穩(wěn)定性理論7—6二維混合層的失穩(wěn)和轉(zhuǎn)捩過程7—7二維邊界層的轉(zhuǎn)捩7—8影響邊界層轉(zhuǎn)捩的其他因素7—9邊界層轉(zhuǎn)捩的預(yù)估7—10幾種典型的流體運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性問題習(xí)題第八章 湍流基本理論8—1概述8—2湍流平均運(yùn)算、湍流強(qiáng)度及相關(guān)概念8—3不可壓流湍流平均運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量方程和動(dòng)量方程8—4不可壓流湍流平均運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能方程8—5不可壓流雷諾應(yīng)力方程和湍流動(dòng)能方程8—6可壓流湍流平均運(yùn)動(dòng)的連續(xù)方程和動(dòng)量方程8—7湍流平均運(yùn)動(dòng)的熱焓方程8—8湍流模型8—9湍流相關(guān)函數(shù)的統(tǒng)計(jì)理論和譜分析8—10擬序結(jié)構(gòu)8—11大渦模擬習(xí)題第九章 湍流邊界層9—l湍流邊界層的物理特征9—2光滑表面上的平均速度分布9—3粗糙表面上的平均速度分布9—4平板湍流邊界層的簡(jiǎn)單估算方法9—5有壓力梯度的湍流邊界層解法(速度型)9—6非耦合湍流溫度邊界層9—7耦合湍流邊界層方程9—8耦合湍流邊界層的速度型和溫度型9—9零壓力梯度耦合二維湍流邊界層的近似估算9—10有壓力梯度的耦合二維湍流邊界層解法9—11湍流邊界層的分離和分離泡9—12激波與邊界層的相互作用9—13邊界層控制9—14三維邊界層習(xí)題第十章 其他類型的剪切流動(dòng)10—1尾跡10—2射流10—3兩均勻平行流之間的混合層10—4相似自由剪切流發(fā)展的冪數(shù)律10—5壁面射流和薄膜冷卻10—6管道流動(dòng)10—7圓柱繞流習(xí)題第十一章 粘性流體動(dòng)力學(xué)的數(shù)值計(jì)算方法11—1粘流計(jì)算的物理數(shù)學(xué)模型ll—2二維薄剪切層方程的數(shù)值解法(外流)11—3管流的數(shù)值計(jì)算11—4納維一斯托克斯方程的有限差分解法11—5納維一斯托克斯方程的譜方法解法第十一章 附錄習(xí)題習(xí)題答案附錄附錄一場(chǎng)論初步附錄二笛卡爾張量初步附錄三正交曲線坐標(biāo)系中的粘性流體動(dòng)力學(xué)基本方程組附錄四傅里葉變換參考文獻(xiàn)名詞索引作者簡(jiǎn)介

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