工程流體力學(xué)

前言

流體力學(xué)在連續(xù)性介質(zhì)假設(shè)的基礎(chǔ)上將經(jīng)典場論用于描述流體運(yùn)動，采用數(shù)學(xué)方法描述流體運(yùn)動的質(zhì)量守恒、動量守恒和能量守恒的規(guī)律，從基本概念到基本方程的一系列定量描述，從理論分析到科學(xué)實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)成為一支嚴(yán)密的力學(xué)理論，并隨著多個基礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展在研究內(nèi)容上形成了多個流體力學(xué)的分支。因此，流體力學(xué)是一門非常重要的自然科學(xué)的基礎(chǔ)理論。流體力學(xué)在工程技術(shù)方面具有非常廣泛的應(yīng)用。伯努利能量方程和阻力計算公式廣泛用于水、蒸汽、石油和天然氣等管道工程的設(shè)計與運(yùn)行；在明渠流中謝才公式、曼寧公式、堰流和閘孔出流等計算公式廣泛用于排水管道和渠道的工程設(shè)計；有關(guān)滲流的計算公式則是給水排水工程、水利工程和石油工程等領(lǐng)域的設(shè)計基礎(chǔ)。因此，掌握工程流體力學(xué)是學(xué)習(xí)各種專業(yè)課程的基礎(chǔ)。為了更好地學(xué)習(xí)工程流體力學(xué)，本書內(nèi)容按照從簡單到復(fù)雜、從一維到多維和從理論到應(yīng)用的原則做了精心選編，編寫內(nèi)容力求精講理論，注重應(yīng)用；倡導(dǎo)啟發(fā)學(xué)習(xí)，強(qiáng)化分析計算；提煉基本，按需拓寬。為了反映當(dāng)前有關(guān)工程流體力學(xué)參考書和教材的進(jìn)展，本書向讀者提供對概念和現(xiàn)象富有新意的闡述，對例題、習(xí)題和模擬題做了篩選，并提供物理概念更明確、計算方法更簡單的解題方法。本書可作為從事電力、化工、鋼鐵、機(jī)械、環(huán)境、建筑和石油等行業(yè)在校大學(xué)生和科技工作者的參考書及復(fù)習(xí)指導(dǎo)書，也可作為參加研究生招生和有關(guān)注冊公用設(shè)備工程師考試的復(fù)習(xí)參考書，也適合于電大、函大、職大和參加高等教育自學(xué)考試的學(xué)生使用，以及教師的教學(xué)參考用書。本書的第1～5章由錢煥群執(zhí)筆，第6章和第7章的滲流由陳文兵執(zhí)筆，第7章的明渠流和堰流由王錦平執(zhí)筆，碩士研究生入學(xué)考試模擬題由徐琳和李保瑞完成，全書由錢煥群主編并統(tǒng)稿。郭敏、魏建平、李陽、王軍、楊冬、于明志、劉江偉、胡愛娟、朱義成、張浩、房從從、劉學(xué)亭、吳亞男、張元彬、赫連雅馨、于坤華和戴秋霞等參與了編寫工作。由于編者水平有限，書中難免存在不足之處，敬請廣大讀者批評、指正。

內(nèi)容概要

　　《工程流體力學(xué)（水力學(xué)）精講精練》按照從簡單到復(fù)雜、從一維到多維和從理論到應(yīng)用的原則精心編寫，內(nèi)容力求精講理論，注重應(yīng)用，提煉基本，按需拓寬。主要內(nèi)容包括：緒論，流體靜力學(xué)，流體動力學(xué)基礎(chǔ)，量綱分析與相似原理，流動阻力與水頭損失，不可壓縮流體的管道流動，無壓流動。針對碩士研究生招生考試，收集了往年的流體力學(xué)試題，整理成模擬試題10套，并作了詳細(xì)解答?！　　豆こ塘黧w力學(xué)（水力學(xué)）精講精練》可作為從事電力、化工、鋼鐵、機(jī)械、環(huán)境、建筑和石油等行業(yè)在校大學(xué)生和科技工作者的參考書，也可作為參加研究生招生和有關(guān)注冊公用設(shè)備工程師考試的復(fù)習(xí)指導(dǎo)書。

書籍目錄

第1章 緒論11.1 流體的主要物理性質(zhì)11.2 作用在流體上的力51.3 流體力學(xué)的學(xué)習(xí)指導(dǎo)71.4 習(xí)題8第2章 流體靜力學(xué)92.1 流體靜壓強(qiáng)92.2 流體平衡方程122.3 液體相對平衡152.4 靜水總壓力182.4.1 平面上的靜水總壓力182.4.2 曲面上的靜水總壓力202.5 阿基米德原理212.6 習(xí)題24第3章 流體動力學(xué)基礎(chǔ)283.1 描述流體運(yùn)動的兩種方法283.2 歐拉法的幾個基本概念323.3 流體力學(xué)三大基本方程353.3.1 連續(xù)性方程353.3.2 伯努利方程373.3.3 動量方程403.4 理論流體力學(xué)初步433.4.1 流體微團(tuán)的運(yùn)動433.4.2 恒定無旋流動443.4.3 基本平面勢流463.4.4 不可壓縮黏性流體的微分方程——NavierStokes方程503.5 習(xí)題51第4章 量綱分析與相似原理544.1 量綱分析544.1.1 量綱、單位和無量綱數(shù)544.1.2 量綱齊次性原理和量綱分析法554.2 相似原理584.3 習(xí)題64第5章 流動阻力與水頭損失665.1 流動阻力與水頭損失的兩種形式665.2 流體運(yùn)動的流型及判別665.3 均勻流動基本方程及圓管中的層流運(yùn)動675.3.1 均勻流的基本方程675.3.2 圓管中的層流運(yùn)動685.4 紊流理論初步715.4.1 紊流運(yùn)動要素的脈動及時均化715.4.2 圓管中的紊流715.4.3 紊流流速分布735.5 阻力與能量損失計算775.5.1 阻力計算775.5.2 局部能量損失的計算815.6 習(xí)題83第6章 不可壓縮流體的管道流動856.1 孔口與管嘴出流856.1.1 孔口出流856.1.2 管嘴恒定出流876.1.3 孔口的變水頭出流896.2 有壓管流水力計算906.2.1 短管的水力計算906.2.2 長管的水力計算926.3 管網(wǎng)計算基礎(chǔ)996.4 有壓管路的水擊1036.5 習(xí)題104第7章 無壓流動1087.1 明渠流1087.1.1 明渠均勻流1087.1.2 明渠均勻流的水力計算1117.1.3 無壓圓管均勻流的水力計算1157.1.4 明渠非均勻流1177.1.5 水躍1237.1.6 棱柱形渠道中恒定非均勻漸變流水面曲線的分析1267.2 堰流與閘孔出流1317.2.1 堰流及其類型1317.2.2 堰流的基本公式1317.2.3 堰流的水力計算1327.2.4 閘孔出流1367.3 滲流1387.3.1 滲流的基本概念1387.3.2 滲流模型1387.3.3 達(dá)西定律1397.3.4 滲流運(yùn)動的基本方程及其解法1407.3.5 地下明渠定常均勻滲流與漸變滲流1417.3.6 集水廊道和井1427.4 習(xí)題146碩士研究生入學(xué)考試模擬題151碩士研究生入學(xué)考試模擬題答案168參考文獻(xiàn)190

章節(jié)摘錄

插圖：流體就是在剪切應(yīng)力作用下能連續(xù)變形的物質(zhì)，它包括所有的氣體和大部分的液體。流體力學(xué)就是研究流體本身的靜止?fàn)顟B(tài)和運(yùn)動狀態(tài)，以及流體和固體界壁間有相對運(yùn)動時的相互作用和流動的規(guī)律。流體的一個基本特征就是易流動性，正是因?yàn)榱黧w易剪切變形，流體的運(yùn)動即表現(xiàn)出豐富的流動現(xiàn)象，其廣泛存在于眾多領(lǐng)域，如航空航天、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生和日常生活等。流體力學(xué)的發(fā)展已經(jīng)使得人類對許多流動現(xiàn)象做出合乎實(shí)際的定性判斷或者定量預(yù)測，解決了各個領(lǐng)域的許多流體流動問題，創(chuàng)造了一個又一個人類征服自然、改造自然的奇跡，推動了人類的文明。鑒于內(nèi)容的側(cè)重點(diǎn)不同，流體力學(xué)可作下述分類：如果內(nèi)容側(cè)重于理論的，主要采用嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推理方法，力求準(zhǔn)確性和嚴(yán)密性的流體力學(xué)，稱為理論流體力學(xué)；側(cè)重于應(yīng)用的，主要為解決工程實(shí)際問題的，稱為工程流體力學(xué)；如果偏向于研究水流的且側(cè)重于應(yīng)用的，稱為水力學(xué)。雖然它們的名稱不同，但是它們的基本概念、基本原理和基本方法在很多方面皆是相同的。流體力學(xué)現(xiàn)象廣泛存在于眾多領(lǐng)域，如日常生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、天文地理和醫(yī)療衛(wèi)生等。人類已經(jīng)依據(jù)流體力學(xué)知識，對許多流體力學(xué)現(xiàn)象做出合乎實(shí)際的定性判斷和定量預(yù)測，解決了各個領(lǐng)域的大量流體力學(xué)問題，創(chuàng)造了一個又一個人類征服自然、改造自然的奇跡，推動了人類的文明。今后，人們一方面將根據(jù)工程技術(shù)方面的需要進(jìn)行流體力學(xué)應(yīng)用性的研究，另一方面將更深入地開展基礎(chǔ)研究以探求流體的復(fù)雜流動規(guī)律和機(jī)理。1.1流體的主要物理性質(zhì)流體的運(yùn)動與流體的物理性質(zhì)有密切的關(guān)系，如物質(zhì)的動量與質(zhì)量、重力與重度等。在大多數(shù)情況下中，系統(tǒng)通常是流體微元體，因此流體的物理性質(zhì)一般被認(rèn)為是空間的點(diǎn)的函數(shù)，是連續(xù)的。值得指出的是，在一般的流體力學(xué)中系統(tǒng)是平衡的，所以平衡狀態(tài)下的物理性質(zhì)同樣適用于流體的運(yùn)動，至于非平衡態(tài)如化學(xué)反應(yīng)和核反應(yīng)不在本流體力學(xué)中討論。

編輯推薦

《工程流體力學(xué)(水力學(xué))精講精練》按照從簡單到復(fù)雜、從一維到多維和從理論到應(yīng)用的原則做了精心選編，編寫內(nèi)容力求精講理論，注重應(yīng)用；倡導(dǎo)啟發(fā)學(xué)習(xí)，強(qiáng)化分析計算；提煉基本，按需拓寬。為了反映當(dāng)前有關(guān)工程流體力學(xué)參考書和教材的進(jìn)展，本書向讀者提供對概念和現(xiàn)象富有新意的闡述，對例題、習(xí)題和模擬題做了篩選，并提供物理概念更明確、計算方法更簡單的解題方法。

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