流體力學(xué)

前言

2008年是中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)建校五十周年，為了反映五十年來辦學(xué)理念和特色，集中展示學(xué)校教材建設(shè)的成果，學(xué)校決定組織編寫出版代表學(xué)校教學(xué)水平的精品教材系列，在各方的共同努力下，共組織選題281種，經(jīng)過多輪、嚴(yán)格的評(píng)審，最后確定50種入選精品教材系列。1958年學(xué)校成立之時(shí)，教員大部分都來自中國(guó)科學(xué)院的各個(gè)研究所，作為各個(gè)研究所的科研人員，他們到學(xué)校后保持了教學(xué)的同時(shí)又作研究的傳統(tǒng)，同時(shí)，根據(jù)“全院辦校，所系結(jié)合”的原則，科學(xué)院各個(gè)研究所在科研第一線工作的杰出科學(xué)家也參與學(xué)校的教學(xué)，為本科生授課，將最新的科研成果融入到教學(xué)中，五十年來，外界環(huán)境和內(nèi)在條件都發(fā)生了很大變化，但學(xué)校以教學(xué)為主、教學(xué)與科研相結(jié)合的方針沒有變，正因?yàn)閳?jiān)持了科學(xué)與技術(shù)相結(jié)合、理論與實(shí)踐相結(jié)合、教學(xué)與科研相結(jié)合的方針，并形成了優(yōu)良的傳統(tǒng)，才培養(yǎng)出了一批又一批高質(zhì)量的人才。學(xué)校非常重視基礎(chǔ)課教學(xué)和專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)的傳統(tǒng)，也是她特別成功的原因之一，當(dāng)今社會(huì)，科技發(fā)展突飛猛進(jìn)、科技成果日新月異，沒有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，很難在科學(xué)技術(shù)研究中作出重大貢獻(xiàn)，建校之初，華羅庚、吳有訓(xùn)、嚴(yán)濟(jì)慈等老一輩科學(xué)家、教育家就身體力行，親自為本科生講授基礎(chǔ)課，他們以淵博的學(xué)識(shí)、精湛的講課藝術(shù)、高尚的師德，帶出一批又一批杰出的年輕教員，培養(yǎng)了一屆又一屆優(yōu)秀學(xué)生，這次入選校慶精品教材的絕大部分是本科生基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)基礎(chǔ)課的教材，其作者大多直接或間接受到過這些老一輩科學(xué)家、教育家的教誨和影響，因此在教材中也貫穿著這些先輩的教育教學(xué)理念與科學(xué)探索精神。

內(nèi)容概要

　　可作為大學(xué)生和研究生的教學(xué)用書，對(duì)廣大的力學(xué)和科學(xué)技術(shù)人員，也是一本有用的參考書。作者參照中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)近代力學(xué)系的本科生和研究生流體力學(xué)課程教學(xué)大綱，同時(shí)也考慮到國(guó)內(nèi)理工科大學(xué)的教學(xué)需要編寫成此書.其論述的邏輯和方法，應(yīng)較接近于理論物理和應(yīng)用數(shù)學(xué)書籍的類型和風(fēng)格.和早期的流體力學(xué)教材相比，《流體力學(xué)（第2版）》加強(qiáng)了“黏性流”、“非定常流”、“流動(dòng)穩(wěn)定性和湍流及其數(shù)值模擬”等近代流體力學(xué)的內(nèi)容，并適當(dāng)介紹了一些當(dāng)代的科研成果?！　∪珪卜质?前三章為基本概念和基本力學(xué)定律在流體力學(xué)中的數(shù)學(xué)表述形式.第4章到第7章介紹了各類簡(jiǎn)單流動(dòng)的數(shù)學(xué)解法及其所揭示的基本流動(dòng)規(guī)律.最后五章介紹了幾類復(fù)雜流動(dòng)及其研究方法?！　　读黧w力學(xué)（第2版）》假定讀者具有高等微積分、矢量分析、微分方程和復(fù)變函數(shù)論等基礎(chǔ)數(shù)學(xué)知識(shí).為了敘述方便，《流體力學(xué)（第2版）》也采用了笛卡兒張量和正交曲線坐標(biāo)系.對(duì)這兩部分內(nèi)容，《流體力學(xué)（第2版）》各加了一個(gè)附錄。

書籍目錄

總序第2版 前言第1版 前言第1章 引論1.1 流體力學(xué)的研究對(duì)象和研究方法1.2 物質(zhì)結(jié)構(gòu)和連續(xù)介質(zhì)假設(shè)1.3 應(yīng)力張量1.4 熱力學(xué)基礎(chǔ)附錄1笛卡兒(Cartesian)張量第2章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)2.1 流體運(yùn)動(dòng)的描述2.2 速度分解定理·渦量和應(yīng)變速率2.3 由渦量和體積應(yīng)變速率確定速度場(chǎng)2.4 渦線·渦管·渦絲·渦層2.5 無源無旋流動(dòng)解的確定性問題2.6 無源無旋流的基本解和迭加原理第3章 流體力學(xué)基本方程3.1 連續(xù)性方程3.2 流體的動(dòng)量方程3.3 流體的能量方程3.4 流體的輸運(yùn)特性和本構(gòu)方程3.5 流體力學(xué)方程組和邊界條件3.6 流體的靜力平衡附錄2正交曲線坐標(biāo)系第4章 黏性流體的不可壓縮流動(dòng)4.1 不可壓縮流動(dòng)4.2 定常的平行剪切流動(dòng)4.3 非定常的平行剪切流動(dòng)4.4 圓對(duì)稱的平面黏性流動(dòng)4.5 幾種非線性黏性流問題的精確解4.6 黏性流動(dòng)的相似律4.7 小雷諾(Reynolds)數(shù)黏性流動(dòng)附錄3量綱分析法第5章 無黏流體動(dòng)力學(xué)的一般理論5.1 無黏流動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程組5.2 伯努利(Bernoulli)方程5.3 開爾文(Kelvin)速度環(huán)量守恒和赫姆霍茲(Helmholtz)渦量定理5.4 無黏流渦量動(dòng)力學(xué)方程第6章 不可壓縮無旋流動(dòng)6.1 不可壓縮無旋流動(dòng)的一般特性6.2 基本流·圓柱的位勢(shì)繞流6.3 保角變換6.4 作用在平動(dòng)柱體上的力和力矩6.5 二維翼型·庫(kù)塔(Kutta)條件6.6 不可壓縮軸對(duì)稱無旋流動(dòng)6.7 無界流體中運(yùn)動(dòng)物體引起的無旋流動(dòng)6.8 自由流線理論6.9 薄翼近似理論6.1 0非定常二維機(jī)翼理論第7章 不可壓縮流體的波動(dòng)7.1 表面重力波7.2 平面單色波7.3 水波的色散和群速度：7.4 表面張力波7.5 分層流體中的重力內(nèi)波7.6 非線性水波理論簡(jiǎn)介第8章 旋渦運(yùn)動(dòng)8.1 渦量場(chǎng)演化的物理機(jī)制8.2 渦量沿壁面的產(chǎn)生和黏性擴(kuò)散8.3 幾種基本的旋渦運(yùn)動(dòng)8.4 二維點(diǎn)渦系運(yùn)動(dòng)8.5 渦列和卡門(Karman)渦街8.6 三維渦絲的自誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)8.7 機(jī)翼的渦系8.8 地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)第9章 層流邊界層理論9.1 層流邊界層方程9.2 平板邊界層9.3 相似性解9.4 邊界層方程的近似解法9.5 高階邊界層理論——匹配漸近展開簡(jiǎn)介9.6 二維定常邊界層分離9.7 二維層流射流·自由剪切層·跡9.8 非定常層流邊界層第10章 流動(dòng)穩(wěn)定性10.1 流動(dòng)穩(wěn)定性的一般表述10.2 Kelvin-HeImholtz不穩(wěn)定性10.3 平行剪切流的穩(wěn)定性10.4 離心不穩(wěn)定性和熱不穩(wěn)定性10.5 非線性、分叉和混沌10.6 從層流向湍流的轉(zhuǎn)捩第11章 湍流概論11.1 Reyno1ds的管流實(shí)驗(yàn)·層流和湍流11.2 雷諾方程11.3 湍流的半經(jīng)驗(yàn)理論11.4 湍流邊界層11.5 湍流的統(tǒng)計(jì)理論11.6 湍流的高級(jí)數(shù)值模擬第12章 無黏可壓縮流動(dòng)12.1 聲波12.2 一維可壓縮定常流12.3 一維可壓縮非定常流12.4 激波和膨脹波12.5 亞、跨、超聲速小擾動(dòng)勢(shì)流近似方程及其相似律習(xí)題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：流體是這樣一種變形體，當(dāng)對(duì)它施加剪切外力時(shí)，不論此外力如何之小，它總會(huì)發(fā)生變形，并且將不斷地繼續(xù)變形下去，這種不斷繼續(xù)變形的運(yùn)動(dòng)，就稱為流動(dòng)，所以，流體就是在剪切外力作用下會(huì)發(fā)生流動(dòng)的物體，它不能在承受剪切力的同時(shí)，使自己保持靜止?fàn)顟B(tài)，顧名思義，流體力學(xué)就是研究流體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)和力的作用規(guī)律的科學(xué)，固體對(duì)外力的響應(yīng)則采取另外一種方式，當(dāng)施加一定的外力時(shí)，固體也要發(fā)生變形；但變形量達(dá)到一定程度，其內(nèi)部的變形抗力就會(huì)阻止固體繼續(xù)變形，因此，固體不呈現(xiàn)流動(dòng)性。應(yīng)當(dāng)指出，上面所說的外力著重是指和物體表面相切的力，而不是和表面正交的法向力，受到法向外力的作用，流體的體積將可能發(fā)生改變；在這方面，它和固體有著相似的力學(xué)特性，即它們都呈現(xiàn)體積彈性，也稱之為可壓縮性。這樣，我們就在質(zhì)點(diǎn)和剛體之外，引進(jìn)了兩個(gè)新的力學(xué)模型，流體和固體，它們有著完全確定而又互不相同的力學(xué)特性，實(shí)踐表明，和人類生活關(guān)系密切的大量物質(zhì)，都呈現(xiàn)出流體或固體的力學(xué)特性，例如，水、空氣、酒精和許多油類，都是典型的流體；而常溫下的鋼鐵、巖石、玻璃、陶瓷等都是固體，因此，建立在這兩種模型之上的流體力學(xué)和固體力學(xué)，有著相當(dāng)廣泛的適用性。但是，不能忽視的是，流體和固體的概念同樣也具有局限性，不能認(rèn)為引進(jìn)流體和固體的概念后，力學(xué)模型就完備無缺了，實(shí)際上就有一些客體，既不能用流體也不能用固體來表述它們的力學(xué)性質(zhì)，比如，有些樹膠和油漆，長(zhǎng)期靜置后，會(huì)呈現(xiàn)固體的力學(xué)性態(tài)；如果加以搖晃或攪拌，就又顯示出流動(dòng)性，更有甚者，某些高分子聚合物竟同時(shí)呈現(xiàn)流體和固體雙重力學(xué)特性，對(duì)于這些物質(zhì)，力學(xué)上就只能另提新的模型來描述它們了，于是也就有了黏彈體、黏塑體等概念，出現(xiàn)了黏彈性力學(xué)和黏塑性力學(xué)等新的變形體力學(xué)分支。

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《流體力學(xué)(第2版)》是由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社出版的。

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