流體力學.下冊

前言

　　本教材為準備學習流體力學基礎知識的工程專業(yè)本科生編寫。對這類學生來說，他們需要跨越一條存在于專業(yè)需要和自身知識結構之間的溝壑。幾乎所有的工程專業(yè)直接或間接都與流體力學有關系，隨著科技的發(fā)展和計算機軟件的普及，各類工程專業(yè)對流體力學知識的需求日趨增長。另一方面，大多數(shù)學生對流體運動的感性認識明顯的比對固體運動貧乏。本教材的宗旨是幫助這些學生順利跨越這道溝壑，使其正確掌握能面向新世紀要求的流體力學知識。　　在世紀之交，流體力學教學面臨來自兩方面的挑戰(zhàn)：一是流體力學學科進入了一個新的發(fā)展時期。主要表現(xiàn)在流體力學的分析手段更為先進，處理流動問題的能力更為強大，對流體運動的認識更加深刻；流體力學與工程技術的結合不再局限于兩個專業(yè)之間的簡單合作，而是進入了相互融合的階段；流體力學與其他學科領域的交叉滲透進一步深入和擴大等。為了適應這些變化，要求教材的體系和內容必須作相應調整和更新。二是教學課時壓縮。在保證基本內容和適當增加擴展內容的前提下，要求教材在內容編排上更加科學合理，敘述精練準確，有利于學生自主學習，并加強多種媒體形式的輔助教學等。根據(jù)以上要求，本教材在以下幾方面作了探索：　　（1）改變傳統(tǒng)模式，建立新的內容體系。將全書分為緒論篇、基礎篇、專題篇和應用與進展篇四部分，約200個知識點。緒論篇綜述了流體力學在推動社會和科技發(fā)展中所起的重要作用；基礎篇圍繞流體力學三大要素（流體、運動和力）介紹各專業(yè)共同必須具備的基本概念、觀點、理論和方法；專題篇介紹運用基本理論和方法對五個不同類型流動問題的分析求解過程和有代表性的結果，供不同專業(yè)選用；應用與進展篇介紹流體力學在三個工程領域中的應用，及在計算流體力學和測量技術等領域中的進展。　?。?）改變傳統(tǒng)結構，建立枝狀開放式結構。將全書分為四個層次，各層次均具有相對獨立性和可擴展性。如在B篇下，B1相當于章，B1.1 相當于節(jié)，B1.1.1 為知識點。例題以知識點名標號排序（第一道與知識點同名，第二道起分別加A，B，C等）；習題以節(jié)名標號排序。補充新的例題或習題均不打亂其他知識點或節(jié)中例題或習題的排序。

內容概要

　　《流體力學（下冊）》是普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材，分上、中、下三冊，內容包括緒論篇、基礎篇、專題篇、應用與進展篇，共15章。緒論篇綜述流體力學在推動社會和科技發(fā)展中的重要作用；基礎篇圍繞流體力學三大要素（流體、運動和力），介紹各專業(yè)共同必須具備的力學概念、觀點、基本理論和分析方法；專題篇介紹運用基本理論與方法對五個專題不同類型流動問題的分析和求解過程，及有代表性的結果；應用與進展篇介紹流體力學在三個工程領域中的應用，及在計算流體力學和流體測量技術等領域中的進展。　　《流體力學（下冊）》為下冊（應用與進展篇），內容包括管路系統(tǒng)、流體機械、流體測量、計算流體力學。　　本教材可作為高等學校熱能與動力工程、核技術與核工程、暖氣與通風工程、機械工程等專業(yè)本科生的教材，也可供土木工程、化學工程、環(huán)境工程、水利工程等專業(yè)本科生和有關工程技術人員參考。

作者簡介

　　丁祖榮，1944年生于江蘇省無錫市，1962年畢業(yè)于上海市曹揚中學，1968年畢業(yè)于中國科學技術大學近代力學系。1981年于上海交通大學獲碩士學位，同年任教于上海交通大學工程力學系。現(xiàn)任上海交通大學教授，博士生導師。主編教育部《新世紀網(wǎng)絡課程流體力學》、《流體力學多媒體電子教案（緒論篇）》等。任中國力學學會、中國生物醫(yī)學工程學會生物力學專業(yè)委員會《醫(yī)用生物力學》雜志編委，上海市生物力學專業(yè)委員會委員，獲2000年度中國高?？萍歼M步二等獎、2002年度軍隊科技進步二等獎等。研究領域為生物力學（生物流體力學）。　　單雪雄，1966年畢業(yè)于中國科學技術大學近代力學系，1981年于上海交通大學獲碩士學位，現(xiàn)任上海交通大學工程力學系教授，博士生導師。任中國力學會《實驗力學》學報編委，中國空氣動力學會計算空氣動力學專業(yè)委員會委員，上海航空學會空氣動力學專業(yè)委員會委員。在計算空氣動力學方面獲1993年國家科技進步三等獎，1992年上海市科技進步一等獎，1996年航天總公司科技進步二等獎。在流體力學實驗技術方面獲1992年和1996年周培源基金會TST獎用金二等獎。研究領域為計算空氣動力學、激光測速技術。　　姜楫，1967年畢業(yè)于上海交通大學機械系，1982年于上海交通大學獲碩士學位，現(xiàn)任上海交通大學工程力學系副教授，碩士生導師。任上海交通大學建工學院院長助理、中國力學會力學科普工作委員會副秘書長。2001年獲上海市教學成果優(yōu)秀獎；1991年獲中船總公司科技進步三等獎，1990年和1987年分別獲上海市科技進步三等獎。研究領域為流體力學、水下噪聲。

書籍目錄

D 應用與進展篇D1管路系統(tǒng)D1.1 引言D1.2 簡單管路D1.2.1 簡單長管經(jīng)驗公式D1.2.2 簡單管路計算舉例D1.3 復雜管路基本類型D1.3.1 串聯(lián)管路D1.3.2 并聯(lián)管路D1.3.3 枝狀管路D1.4 網(wǎng)狀管路D1.4.1 哈迪克羅斯方法D1.5 水擊D1.6 二次流D1.7 動脈管路流動特點D1.7.1 直圓管脈動流D1.7.2 分叉管局部流動D1.7.3 彈性管脈搏波習題D2流體機械D2.1 引言D2.2 流體機械的分類D2.2.1 動力機械與工作機械D2.2 靜力型（容積型）與動力型D2.2.3 徑流式、軸流式與混流式D2.3 葉輪機械的基本理論D2.3.1 歐拉渦輪機方程D2.3.2 葉輪機械的特性曲線與性能參數(shù)D2.3.3 相似準則D2.3.4 比轉數(shù)D2.4 工作機械——泵與風機D2.4.1 泵在管路系統(tǒng)中的運行D2.4.2 泵的特性曲線對運行穩(wěn)定性的影響D2.4.3 風機的特性曲線與運行工況D2.4.4 泵與風機運行工況的調節(jié)D2.5 動力機械——渦輪機D2.5.1 水力渦輪機D2.5.2 風力渦輪機D2.6 水力機械的汽蝕與預防D2.6.1 水泵空化的發(fā)生D2.6.2 汽蝕余量D2.6.3 汽蝕判別與預防習題D3流體測量D3.1 引言D3.2 流體粘度測量D3.3 流體壓強測量D3.3.1 液柱式測壓計D3.3.2 壓敏元件測壓計D3.3.3 測壓探頭D3.4 流體速度測量D3.4.1 普通測速方法D3.4.2 熱線測速儀D3.4.3 激光多普勒測速儀D3.4.4 粒子圖像測速技術D3.5 流量測量D3.5.1 直接與間接測量法D3.5.2 速度面積法D3.5.3 壓差式流量計D3.5.4 線性效應流量計D3.6 流動顯示技術D3.6.1 外加示蹤物質法D3.6.2 光學法D3.6.3 全息干涉法D3.6.4 高速攝影技術D4計算流體力學D4.1 引言D4.2 平板層流邊界層的數(shù)值解D4.3 微分方程的有限差分近似D4.4 差分格式的穩(wěn)定性D4.4.1 差分格式的依賴區(qū)域、決定區(qū)域和影響區(qū)域D4.4.2 差分格式穩(wěn)定性的分析方法D4.4.3 Lax等價定理D4.5 幾種常見的差分格式D4.5.1 迎風格式D4.5.2 Lax格式和正型格式D4.5.3 雙曲型偏微分方程差分格式的穩(wěn)定性及CFL條件D4.5.4 差分格式的數(shù)值耗散D4.5.5 隱格式D4.5.6 多步顯式格式D4.5.7 TVD格式簡介D4.6 拉普拉斯方程的差分解法D4.7 有限體積法D4.7.1 有限體積法基本思路D4.7.2 有限體積法的數(shù)值離散舉例D4.8 計算流體力學應用舉例附錄H 計算程序主要參考文獻習題答案索引例題索引SynopsisContents后記作者簡介

章節(jié)摘錄

　　如果將動脈簡化為彈性壁（或粘彈性壁）直圓管，可利用N-S方程和連續(xù)性方程及管壁截面積隨壓強、位置和時間的變化規(guī)律對管內流場和管壁運動作耦合分析。對復雜的入口壓強波形同樣采用傅里葉分析法，分析每一個諧振波分量引起的壓強與流量變化，然后再疊加起來。問題是動脈管路是一個分支繁多，又有血管彎曲和管徑變化的復雜管系，脈搏波在該管系內傳播時必產(chǎn)生復雜的反射。目前主要采用一維模型來分析這種波系反射效應。通常將動脈管路比擬成電路系統(tǒng)：壓強相當于電壓；流量相當于電流；將流動阻力（壓差與流量之比）稱為流阻，相當于電阻；將單位壓差引起的管段體積（或截面積）變化稱為順應性，相當于電容；將流體慣性（壓差與流量率之比）稱為流感，相當于電感等，利用電學中的傳輸線理論求解。由于動脈血管分叉達20多級，每級的血管長度較短，脈搏波在管系內可產(chǎn)生多重反射，使動脈樹上不同部位的壓力波和流量波都不相同。圖D1.7.8 是在人體動脈樹不同部位測量的壓力和流量波示意圖?！　⊙芯棵}搏波在動脈管路中的傳播規(guī)律，除滿足基礎研究的需要外，另一個目的是為了尋找一種無創(chuàng)傷的疾病診斷方法。當血管整體或局部發(fā)生病變，如血管硬化、發(fā)生狹窄或腫瘤時，將導致脈搏波傳播特性變異，如果通過檢測脈搏波信號能識別這種變異，將有助于診斷病變的位置和程度。中醫(yī)診脈似乎能起到這種作用：切脈時大夫用三個手指按在病人手腕上寸、關、尺三穴位，根據(jù)按壓力度不同分浮、中、沉三種手法，借助手指上的天然傳感器感受撓動脈脈搏信號，通過大腦的綜合分析，據(jù)說可分辨出20多種脈象（如平、滑、遲、濡脈；洪、草、數(shù)、浮脈；弦、結、代、徒脈；沉、細、澀、弱脈等），再結合望、問、聞三診即可診斷病人的病因和病情。經(jīng)過數(shù)千年實踐證明中醫(yī)診脈是行之有效的，因此傳承至今不衰。　　自20世紀60年代以來，人們試圖通過分析脈搏波來解釋中醫(yī)現(xiàn)象，用各種現(xiàn)代手段測量脈象信號并使之定量化。最終目的是用工程傳感器代替手指，用計算機分析代替人腦的主觀意念，根據(jù)脈象信號中提取的有效信息作出判斷，使診脈客觀化。經(jīng)過多年的努力，現(xiàn)有的脈搏波理論能證明撓動脈脈搏波對心輸出信息（如心率、主動脈瓣開啟和關閉時間、波形等）、動脈血管力學性質的整體變異（如血管順應性）、血液流變性質變異（如粘度等）及橈動脈附近的血管變異情況有確定響應，但對較遠處的血管變異，尤其是各部臟器的病變并不敏感。因此，現(xiàn)有的脈搏波理論在解釋中醫(yī)脈象方面還不能令人滿意，離最終目的更有一段距離，需要從基礎理論和研究理念上尋找新的突破，因此這一領域對生物力學和生物醫(yī)學工程界仍充滿著巨大的機遇和吸引力。

編輯推薦

　  其他版本請見：《普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材：流體力學（下冊）》

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