流體力學與流體機械

前言

本書是在2000年同濟大學出版社出版的《水力學》教材基礎上，根據現行的教學大綱以及當前學生的學習特點改編而成的。主要適用于土建類環(huán)境工程、給排水工程及道路橋梁工程等專業(yè)。本書也可用作上述專業(yè)及相關專業(yè)學生的自學用書。本書系統地闡述了流體力學與流體機械的基本概念和基本理論以及在工程中的應用。在基本理論的論述上，主要采用了一元流動的分析方法。本書繼承了原《水力學》教材的編寫特點，深入淺出，內容深度、廣度適宜。書中有大量的與教學內容相匹配的例題。除了依然在每章后都附有學習指導、復習思考題和計算習題外.還在每章前增加了內容提要，在每章后增加了選擇題，以方便學生理解內容和自我測試。本書相比較前《水力學》教材，增補了適用于上述專業(yè)的繞流運動及風機方面的內容。參加本書編寫工作的有朱立明（第一、二、三、四、六章）、柯葵（第五、七、八、九、十、十一、十二、十三章），全書由柯葵統稿，由同濟大學陳碩主審。本書的編寫出版得到了有關兄弟院校教師、同濟大學出版社的幫助和支持，還得到了同濟大學網絡學院的關心和資助，編者表示衷心的感謝。由于編者水平所限，書中缺點和錯誤在所難免，懇請讀者批評指正。

內容概要

　　根據高等學校工科基礎課流體力學教學大綱編寫的。全書共分13章，內容包括：緒論、流體靜力學、流體動力學基礎、流動阻力和水頭損失、孔口、管嘴出流和有壓管路、繞流運動、明渠流動、堰流、因次分析和模型試驗、滲流及流體機械等。各章附有內容提要、學習指導、復習思考題、選擇題和習題?！　　读黧w力學與流體機械》主要適合于土建類給排水、環(huán)境科學、道路橋梁、土建結構等專業(yè)的流體力學（水力學）的教學用書或參考書，也可作為有關工程技術人員、全國注冊工程師流體力學考試的自學參考書。

書籍目錄

前言1 緒論1.1 流體力學的任務和發(fā)展簡史1.2 連續(xù)介質假設和流體力學的研究方法1.3 流體的主要物理性質1.4 作用在液體上的力1.5 流體力學中的力學模型1.6 牛頓流體和非牛頓流體2 流體靜力學2.1 靜止流體中壓強的特性2.2 流體靜力學基本微分方程2.3 重力作用下靜止流體中的壓強分布規(guī)律2.4 靜止流體壓強的表示方法2.5 靜水壓強的量測方法2.6 作用在平面上的靜水總壓力2.7 作用在曲面上的靜水總壓力2.8 流體的相對平衡3 流體動力學基礎3.1 描述流體運動的兩種方法3.2 流體運動的基本概念3.3 恒定總流的連續(xù)性方程3.4 恒定元流的能量方程3.5 漸變流過流斷面的壓強分布規(guī)律3.6 恒定總流的能量方程3.7 恒定總流能量方程應用3.8 總水頭線和測壓管水頭線3.9 恒定總流的動量方程4 流動阻力和水頭損失本4.1 流動阻力和水頭損失的分類及計算4.2 雷諾試驗——層流與紊流4.3 均勻流基本方程4.4 圓管中的層流運動4.5 紊流運動4.6 沿程阻力系數的變化規(guī)律4.7 邊界層及其分離4.8 局部水頭損失5 孔口、管嘴出流和有壓管路5.1 孔口出流5.2 管嘴出流5.3 短管出流5.4 長管的水力計算5.5 給水管網水力計算基礎5.6 有壓管路中的水擊6 繞流運動6.1 流體微團運動的分析6.2 不可壓縮流體連續(xù)性微分方程6.3 流體運動微分方程(納維－斯托克斯方程)6.4 無旋流動6.5 平面無旋流動6.6 幾種簡單的平面無旋流動6.7 勢流疊加6.8 繞流阻力和升力7 明渠均勻流7.1 明渠均勻流的形成條件和水力特征7.2 明渠均勻流的計算公式7.3 明渠水力最優(yōu)斷面和允許流速7.4 明渠均勻流的水力計算7.5 無壓圓管均勻流的水力計算7.6 復式斷面渠道的水力計算8 明渠非均勻流8.1 斷面比能和臨界狀態(tài)8.2 明渠流的流動型態(tài)及其判別準則8.3 明渠非均勻急變流8.4 棱柱體平坡渠道上的完整水躍8.5 明渠恒定非均勻漸變流的基本微分方程8.6 棱柱形渠道中恒定非均勻漸變流水面曲線的分析8.7 渠道底坡變化時水面曲線的連接8.8 棱柱形渠道中恒定非均勻漸變流水面曲線的計算9 堰流9.1 堰流及其特征9.2 堰流的基本方程9.3 薄壁堰9.4 實用堰9.5 寬頂堰9.6 小橋孔徑的水力計算10 因次分析和模型試驗10.1 因次分析——白金漢π理論10.2 相似的基本概念I10.3 相似準則10.4 重力和粘性力同時作用下的相似11 滲流11.1 概述11.2 滲流的基本定律——達西定律11.3 單井11.4 井群11.5 流網12 離心式水泵和風機12.1 流體機械概述12.2 離心式水泵和風機的工作原理和基本構造12.3 離心式水泵和風機的基本性能參數12.4 離心式泵和風機的基本方程式12.5 離心式泵和風機的性能曲線12.6 離心式水泵和風機裝置的工況12.7 相似定律和相似準數12.8 相似定律的應用12.9 泵和風機的聯合工作12.10 離心泵吸水條件和汽蝕12.11 泵和風機的選擇13 其他常用水泵及風機13.1 軸流式泵和風機13.2 往復式泵和壓縮機13.3 螺旋泵13.4 貫流式風機13.5 齒輪泵13.6 射流泵附錄A BA,BL型離心泵及sG型管道泵性能附錄B BL型水泵性能表及水泵型號舉例附錄C IS型單級離心泵附錄D T4-72型離心通風機參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：19世紀，工程師們?yōu)榱私鉀Q許多工程問題，尤其是要解決帶有流體粘性影響的問題。1822年，納維建立了粘性流體的基本運動方程；1845年，斯托克斯又以更合理的基礎導出了這個方程，并將其所涉及的宏觀力學基本概念論證得令人信服。這組方程就是沿用至今的納維－斯托克斯方程（簡稱N-S方程），它是流體動力學的理論基礎。上面說到的歐拉方程正是N-S方程在理想流體時的特例。N-S方程是以牛頓第二定律和牛頓內摩擦定律為基礎推導的，該方程只適合于層流運動的。粘性流體的基本運動微分方程是非線性偏微分方程，其求解的困難性，加上雷諾（1883年，雷諾實驗）提出了紊流運動的概念，使流體運動規(guī)律的求解難以想象。20世紀，普朗特學派從1904年到1921年逐步將N-S方程作了簡化，從推理、數學論證和實驗測量等各個角度，建立了普朗特邊界層理論，能實際計算簡單情形下，邊界層內流動狀態(tài)和流體同固體間的粘性力。這一理論既明確了理想流體的適用范圍，又能計算簡單物體運動時遇到的摩擦阻力，使理想流體和粘性流體以普朗特邊界層理論為紐帶得到了統一。到了21世紀，流體力學的發(fā)展至今還停留在原來的基礎上，但是隨著相關科學的發(fā)展，只要人類對科學的孜孜不倦的追求.沿著從理論到實踐再理論再實踐的科學研究路線，克服流體力學的難題將在21世紀得以完成。1.2 連續(xù)介質假設和流體力學的研究方法一、連續(xù)介質基本假設流體力學研究對象是流體，從微觀角度分析，流體是由大量的分子構成的，分子與分子間不是致密的，并存在空隙，用數學觀點分析流體的物理量在空間上的分布是不連續(xù)的，加上分子的隨機的熱運動，也導致物理量在時間的坐標軸也是不連續(xù)的，這樣無法用數學方法進行分析研究。然而，流體力學主要是研究流體的宏觀運動規(guī)律，以宏觀角度去分析，幾乎觀察不到分子問的空隙。比如，對于比水疏松得多的空氣為例，在標準狀態(tài)下，1mm。所含氣體分子就有10個，分子間的間距從宏觀角度來講已是忽略不計了。因此，對于流體的宏觀運動來說，我們可以把流體視為由無數質點組成的致密的連續(xù)體，并認為流體的各物理量的變化隨時問和空間也是連續(xù)的。這種假設的連續(xù)體稱為連續(xù)介質。把流體視為連續(xù)介質，可應用高等數學中的連續(xù)函數來表達流體中各種物理量隨空間、時間的變化關系。二、流體力學的研究方法在研究和解決流體力學問題時，通常選用理論分析、數值計算和實驗分析三種方法。1.理論分析方法理論分析方法是建立在一般的力學原理上，在連續(xù)介質的基本假設前提下，用數學分析方法將流體運動過程中的各種物理量先建立基本關系式（基本方程組），然后根據具體問題進行求解，并對其解進行分析。由于流體的基本方程組（N-S方程）是二階非線性偏微分方程，對于一般問題是難以求解的，只有很少的流體力學問題才能求得其完整的理論解。再加上實際流體運動中紊流運動存在，使方程組的封閉性、附加方程的復雜性，等等，更使方程組的理論解面臨挑戰(zhàn)。

編輯推薦

《流體力學與流體機械》是由同濟大學出版社出版的。

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