高等工程流體力學(xué)

前言

　　《西安交通大學(xué)專業(yè)學(xué)位研究生教育系列教材：高等工程流體力學(xué)（少學(xué)時(shí)）》的編寫目的是提供一本簡(jiǎn)明、篇幅相對(duì)較少的工科研究生基礎(chǔ)流體力學(xué)教材?！　∪珪卜?章，第1章和第2章介紹流體力學(xué)的基本概念和流體力學(xué)的基本微分方程組；第3章介紹不可壓縮流體的無(wú)旋流動(dòng)，包括平面勢(shì)流和空間軸對(duì)稱勢(shì)流；第4章、第5章和第6章分別介紹粘性不可壓縮流體的層流流動(dòng)、層流邊界層流動(dòng)和紊流；第7章介紹理想可壓縮流體的流動(dòng)。主要討論處理各類流體力學(xué)問(wèn)題的方法和技巧，書中有較多的聯(lián)系工程實(shí)際的例題和練習(xí)題供讀者參考。　　《西安交通大學(xué)專業(yè)學(xué)位研究生教育系列教材：高等工程流體力學(xué)（少學(xué)時(shí)）》內(nèi)容自成體系，文字?jǐn)⑹隽η笊钊霚\出，盡量避免過(guò)于抽象的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，力求使具有高等數(shù)學(xué)知識(shí)的讀者，即使未學(xué)過(guò)本科生的流體力學(xué)課程，也可讀懂《西安交通大學(xué)專業(yè)學(xué)位研究生教育系列教材：高等工程流體力學(xué)（少學(xué)時(shí)）》。　　編寫中引入了直角坐標(biāo)張量，因?yàn)檎莆諒埩康幕局R(shí)會(huì)給學(xué)習(xí)流體力學(xué)和閱讀科技文獻(xiàn)帶來(lái)很大的便利。對(duì)張量生疏的讀者可先閱讀《西安交通大學(xué)專業(yè)學(xué)位研究生教育系列教材：高等工程流體力學(xué)（少學(xué)時(shí)）》附錄或其他參考書籍，以盡快熟悉張量下標(biāo)表示法和掌握張量的基本運(yùn)算法則。　　《西安交通大學(xué)專業(yè)學(xué)位研究生教育系列教材：高等工程流體力學(xué)（少學(xué)時(shí)）》可用作能源動(dòng)力、機(jī)械、化工、環(huán)境工程、力學(xué)、水利等專業(yè)的工程碩士研究生教材，也可用作在校工科研究生的少學(xué)時(shí)流體力學(xué)課程教材，或供相關(guān)專業(yè)的教師和科學(xué)技術(shù)人員參考。對(duì)書中各章后的練習(xí)題解感興趣的讀者可參閱《高等工程流體力學(xué)練習(xí)題解》（張鳴遠(yuǎn)編著，西安交通大學(xué)出版社，2008年1月）。　　固于作者學(xué)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，書中疏漏和錯(cuò)誤之處在所難免，敬請(qǐng)讀者指正。

內(nèi)容概要

　　《西安交通大學(xué)專業(yè)學(xué)位研究生教育系列教材·高等工程流體力學(xué)：少學(xué)時(shí)》是一本簡(jiǎn)明的、篇幅相對(duì)較少的工科研究生基礎(chǔ)流體力學(xué)教材?！　∪珪卜?章，分別介紹流體力學(xué)的基本概念和流體力學(xué)的基本微分方程組、不可壓縮流體的無(wú)旋流動(dòng)、平面勢(shì)流和空間軸對(duì)稱勢(shì)流、粘性不可壓縮流體的層流流動(dòng)、層流邊界層流動(dòng)、紊流和理想可壓縮流體的流動(dòng)。《西安交通大學(xué)專業(yè)學(xué)位研究生教育系列教材·高等工程流體力學(xué)：少學(xué)時(shí)》內(nèi)容自成體系，文字?jǐn)⑹隽η笊钊霚\出，盡量避免過(guò)于抽象的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，使具有高等數(shù)學(xué)知識(shí)的讀者即可讀懂《西安交通大學(xué)專業(yè)學(xué)位研究生教育系列教材·高等工程流體力學(xué)：少學(xué)時(shí)》。　　《西安交通大學(xué)專業(yè)學(xué)位研究生教育系列教材·高等工程流體力學(xué)：少學(xué)時(shí)》可用作能源動(dòng)力、機(jī)械、化工、環(huán)境工程、力學(xué)、水利等專業(yè)的工程碩士研究生教材，也可作為在校工科研究生的少學(xué)時(shí)流體力學(xué)課程教材，或供相關(guān)專業(yè)的教師和科學(xué)技術(shù)人員參考。

書籍目錄

序前言第1章　流體力學(xué)的基本概念1.1　拉格朗日參考系和歐拉參考系1.2　跡線、流線和脈線1.3　物質(zhì)導(dǎo)數(shù)1.4　流體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)分析1.5　有旋運(yùn)動(dòng)的基本概念1.6　物質(zhì)積分的隨體導(dǎo)數(shù)--雷諾輸運(yùn)定理1.7　應(yīng)力張量1.8　本構(gòu)方程1.8.1　牛頓流體的本構(gòu)方程1.8.2　非牛頓流體--冪律流體和賓漢流體的本構(gòu)方程第2章　流體力學(xué)的基本方程2.1　連續(xù)方程2.2　動(dòng)量方程2.3　渦量動(dòng)力學(xué)方程2.4　歐拉方程及其積分2.5　能量方程2.6　牛頓流體的基本方程組2.7　邊界條件第3章　理想不可壓縮流體的無(wú)旋流動(dòng)3.1　基本方程組3.2　平面無(wú)旋流動(dòng)的復(fù)位勢(shì)3.2.1　流函數(shù)3.2.2 復(fù)位勢(shì)和復(fù)速度3.2.3 基本流動(dòng)3.3奇點(diǎn)迭加法3.4布拉修斯公式3.5鏡像法3.5.1　平面定理--以實(shí)軸為邊界3.5.2　平面定理--以虛軸為邊界3.5.3　圓定理3.6　保角變換3.7　茹柯夫斯基變換3.8　空間軸對(duì)稱流動(dòng)的速度勢(shì)函數(shù)和斯托克斯流函數(shù)3.8.1　速度勢(shì)函數(shù)和斯托克斯流函數(shù)3.8.2　基本流動(dòng)3.9　圓球繞流3.10　旋轉(zhuǎn)體無(wú)攻角繞流第4章　粘性不可壓縮流體的層流運(yùn)動(dòng)4.1　基本方程4.2　定常的平行剪切流動(dòng)4.2.1　兩平行平板問(wèn)的庫(kù)埃特-泊肅葉流動(dòng)4.2.2　通道內(nèi)的泊肅葉流動(dòng)4.3　非牛頓流體在直圓管內(nèi)的定常層流流動(dòng)4.4　非定常的平行剪切流動(dòng)4.4.1　斯托克斯第一問(wèn)題4.4.2 斯托克斯第二問(wèn)題4.5　平面圓周運(yùn)動(dòng)4.6　幾種非線性流動(dòng)的精確解4.6.1　平面滯止區(qū)域流動(dòng)4.6.2　多孔壁上的流動(dòng)4.7　小雷諾數(shù)流動(dòng)4.7.1　斯托克斯近似4.7.2　繞圓球的緩慢流動(dòng)4.7.3　奧辛近似4.8　通過(guò)多孔介質(zhì)的緩慢流動(dòng)第5章　粘性不可壓縮流體的層流邊界層理論5.1　邊界層方程5.1.1　邊界層微分方程5.1.2　邊界層動(dòng)量積分方程5.2　邊界層方程的相似解5.3　卡門-波爾豪森近似5.4　邊界層分離第6章　紊流6.1　紊流概述及紊流的統(tǒng)計(jì)平均6.1.1　紊流的基本特性6.1.2　紊流的統(tǒng)計(jì)平均6.2　紊流的基本方程6.2.1　時(shí)均流動(dòng)的連續(xù)性方程和運(yùn)動(dòng)方程6.2.2　雷諾應(yīng)力6.2.3　平均動(dòng)能方程6.2.4　紊動(dòng)能方程6.3　紊流統(tǒng)計(jì)理論簡(jiǎn)介6.3.1　紊流脈動(dòng)量的關(guān)聯(lián)6.3.2　紊流能譜分析6.3.3　能量級(jí)串與渦拉伸6.3.4　科爾莫高洛夫局部各向同性假設(shè)與紊能譜的-5／3冪次律6.4　紊流模型6.4.1　布辛涅斯克公式和渦粘性模型6.4.2　混合長(zhǎng)度理論6.4.3　標(biāo)準(zhǔn)忌-迥Ｐ?6.5　平壁上的紊流運(yùn)動(dòng)6.6　自由剪切紊流第7章　理想可壓縮流體的運(yùn)動(dòng)7.1　基本方程7.2　小擾動(dòng)在靜止流體中的傳播7.3　有限振幅波的傳播7.3.1　有限振幅波傳播的特征線和黎曼不變量7.3.2　簡(jiǎn)單波7.3.3　激波的形成7.4　正激波7.5　激波管7.6　一維定常等熵流動(dòng)7.7　平面超音速流動(dòng)7.7.1　斜激波7.7.2　普朗特-邁耶流動(dòng)7.7.3　超音速薄翼理論附錄A　矢量代數(shù)與微分附錄B　笛卡兒張量附錄C　正交曲線坐標(biāo)系附錄D　復(fù)變函數(shù)主題詞索引參考書目練習(xí)題答案

章節(jié)摘錄

　　研究流體的宏觀運(yùn)動(dòng)有兩種不同的途徑，一是把流體看作由無(wú)限多的運(yùn)動(dòng)分子所組成，認(rèn)為宏觀現(xiàn)象起源于分子運(yùn)動(dòng)，利用力學(xué)定律和概率論預(yù)測(cè)流體的宏觀性質(zhì)，并建立宏觀物理量滿足的方程，這就是統(tǒng)計(jì)的方法。當(dāng)研究對(duì)象的宏觀尺寸遠(yuǎn)大于流體分子的平均自由程時(shí)，則可以把流體看作連續(xù)介質(zhì)，而忽略分子的存在，認(rèn)為流體由無(wú)窮多的流體質(zhì)點(diǎn)連續(xù)無(wú)間隙地組成，流體質(zhì)點(diǎn)的宏觀物理量，如密度、速度、壓強(qiáng)和溫度等滿足相關(guān)的物理定律，如動(dòng)量、質(zhì)量和能量守恒定律等，這就是連續(xù)介質(zhì)方法。流體力學(xué)采用連續(xù)介質(zhì)假說(shuō)作為它的基礎(chǔ)和出發(fā)點(diǎn)，此時(shí)所研究的最小物質(zhì)實(shí)體是流體質(zhì)點(diǎn)，流體質(zhì)點(diǎn)的幾何尺寸與各別流體分子間的距離相比充分大，流體質(zhì)點(diǎn)中包含著大量的流體分子，因此流體的宏觀物理量可以看作是對(duì)流體分子的相應(yīng)微觀量的統(tǒng)計(jì)平均，具有確定的數(shù)值；而與流場(chǎng)中研究對(duì)象的宏觀尺寸相比，流體質(zhì)點(diǎn)的幾何尺寸又充分小，可以看作只占據(jù)空間的一個(gè)點(diǎn)。在流體力學(xué)中討論的流體速度、壓強(qiáng)、溫度和密度等，實(shí)際上是指流體質(zhì)點(diǎn)的速度、壓強(qiáng)、溫度和密度。　　流體力學(xué)中采用兩種不同的參考系描寫流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，即拉格朗日參考系和歐拉參考系。在拉格朗日參考系中，給出各個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)的空間位置隨時(shí)間的變化，而把相應(yīng)的物理量表示為流體質(zhì)點(diǎn)和時(shí)間的函數(shù)。

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