工程流體力學(xué)

前言

　　本書是四川省省級精品課程——“流體力學(xué)”的配套教材?！　〗?jīng)過多年教學(xué)改革的實踐與探索，“強化基礎(chǔ)”已成為高校辦學(xué)思路的共識。流體力學(xué)是工科多個專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課，這種定位反映了工程部門對學(xué)生知識結(jié)構(gòu)和能力素質(zhì)的客觀需求，強調(diào)了基礎(chǔ)理論對培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的基礎(chǔ)性作用，并為后續(xù)專業(yè)發(fā)展做好了準(zhǔn)備，從而擴(kuò)大了學(xué)生就業(yè)范圍。在精品課程建設(shè)及本書的編寫過程中，編者充分注意到了工科高等教育對基礎(chǔ)課的肯定和要求。本書系統(tǒng)地介紹了工程流體力學(xué)（水力學(xué)）的核心內(nèi)容，理論體系較為完整。這些基本概念、基本定理反映了工程問題對本課程的要求，是學(xué)生今后創(chuàng)造性工作的基礎(chǔ)?？紤]到所覆蓋的專業(yè)面以及開拓學(xué)生的知識面，本書也包括了一些專業(yè)特殊要求的內(nèi)容。理論和專業(yè)內(nèi)容結(jié)合，構(gòu)成了一個有機整體，有利于增強學(xué)生對今后工作的適應(yīng)能力。本書可供建筑環(huán)境與設(shè)備工程、水利水電工程、給排水科學(xué)與工程、熱能與動力工程、環(huán)境工程等專業(yè)本科教學(xué)使用，各專業(yè)理論教學(xué)學(xué)時控制在70學(xué)時左右，另外可開設(shè)8～10學(xué)時的配套實驗教學(xué)。　　自高校擴(kuò)招以來，越來越多的學(xué)生有條件接受高等教育，本科高等教育不再都以培養(yǎng)學(xué)術(shù)精英為目標(biāo)。培養(yǎng)目標(biāo)的變化也反映到了本書編寫的指導(dǎo)思想中。為突出本書應(yīng)用性特點，在保證內(nèi)容體系完整性的同時，避免使用一些超越本科學(xué)生要求的數(shù)學(xué)、力學(xué)方法作為推證基礎(chǔ)，行文力求簡潔清楚，不將一些理論色彩過濃的非核心內(nèi)容編人本書。這樣，有利于幫助學(xué)生牢固掌握本課程的基本概念和原則，并能在后繼課程及日后工作中熟練地加以應(yīng)用。本書后給出了書中全部計算習(xí)題的解答，供學(xué)生解題時參考?！　”緯幷哂虚L期從事本科流體力學(xué)（水力學(xué)）的教學(xué)經(jīng)驗，前期所完成的省級流體力學(xué)重點課程為本書的編寫奠定了基礎(chǔ)?！　「鶕?jù)工程需求和課程體系要求，編者經(jīng)過反復(fù)討論后確定了本書大綱和編寫原則，分工執(zhí)筆完成了全書內(nèi)容，并集體審閱了初稿。與本書配套的教學(xué)軟件和試題庫也已完成，供讀者使用?！　”緯卜?2章，參與編寫的有：嚴(yán)敬（西華大學(xué)，第2，4，6，10章）、趙琴（西華大學(xué)，第7，8，9，12章）、楊小林（西華大學(xué)，第1，3，5，11章）。本書由重慶大學(xué)龍?zhí)煊褰淌谥鲗??！　∮捎跁r間緊促，水平有限，本書中不妥之處請讀者批評指正。

內(nèi)容概要

本書是四川省省級精品課程——“流體力學(xué)”的配套教材，內(nèi)容包括：流體力學(xué)的研究任務(wù)、方法及流體的主要力學(xué)性質(zhì)；流體靜力學(xué)；流體動力學(xué)基礎(chǔ)；明渠流；堰流與閘孔出流；滲流；氣體動力學(xué)基礎(chǔ)；湍流射流。本書符合人才培養(yǎng)目標(biāo)及課程的基本要求，深度適宜，科學(xué)理論與概念闡述準(zhǔn)確，注重理論聯(lián)系實際。與本書配套的有教學(xué)軟件和試題庫，可供讀者使用。    本書內(nèi)容豐富，可供建筑環(huán)境與設(shè)備工程、熱能與動力工程、水利水電工程、給排水科學(xué)與工程、環(huán)境工程等多個專業(yè)的本科教學(xué)使用，也可供相關(guān)專業(yè)本科自學(xué)考試參考。

書籍目錄

1 緒論  1.1 流體力學(xué)的研究任務(wù)與研究方法  1.2 流體的連續(xù)介質(zhì)模型  1.3 流體的主要物理性質(zhì)  習(xí)題2 流體靜力學(xué)  2.1 作用于流體的外力  2.2 靜止流體中應(yīng)力的特性  2.3 流體運動微分方程和流體平衡微分方程  2.4 重力場中流體靜壓分布及壓強表示方法  2.5 流體的相對平衡  2.6 流體作用于液下平面的壓力  2.7 液體作用于曲面壁上壓力  習(xí)題3 流體動力學(xué)基礎(chǔ)  3.1 研究流體運動的兩種方法  3.2 歐拉法的基本概念  3.3 連續(xù)性方程  3.4 元流的伯努利方程  3.5 總流的伯努利方程  3.6 總流的動量方程  3.7 動量矩方程  習(xí)題4 管路、孔口和管嘴的水力計算  4.1 流動阻力和水頭損失  4.2 粘性流動的兩種流態(tài)  4.3 圓管中的層流流動  4.4 湍流流動沿程損失的分析與計算  4.5 局部水力損失的分析與計算  4.6 孔口、管嘴出流  4.7 復(fù)雜管路的水力計算  4.8 管路中的水擊  習(xí)題5 相似理論與量綱分析  5.1 相似理論  5.2 量綱分析  習(xí)題6 理想流體動力學(xué)  6.1 流體微團(tuán)的運動分析  6.2 速度勢函數(shù)與流函數(shù)  6.3 幾種基本平面勢流  6.4 勢流的疊加  6.5 圓柱體繞流  6.6 理想流體的旋渦運動  6.7 理想流體旋渦運動的基本定理  6.8 旋渦誘導(dǎo)速度  6.9 平面有勢流動的復(fù)勢  習(xí)題7 實際流體動力學(xué)基礎(chǔ)  7.1 納維一斯托克斯方程  7.2 邊界層的基本概念  7.3 邊界層的動量方程  7.4 平板邊界層計算  7.5 邊界層的分離現(xiàn)象  7.6 繞流阻力  習(xí)題8 明渠流  8.1 明渠的幾何特性及分類  8.2 明渠均勻流  8.3 明渠流動狀態(tài)  8.4 水躍和水跌  8.5 棱柱體明渠非均勻漸變流水面曲線的分析  8.6 明渠非均勻漸變流水面曲線的計算  8.7 天然河道水面曲線計算  8.8 明渠彎道水流簡介  習(xí)題9 堰流與閘孔出流  9.1 堰流的類型及計算公式  9.2 薄壁堰流的水力計算  9.3 實用堰流的水力計算  9.4 寬頂堰流的水力計算  9.5 閘孔出流的水力計算  9.6 泄水建筑物下游的水流銜接與消能  習(xí)題10 滲流  10.1 滲流的基本概念  10.2 滲流基本規(guī)律——達(dá)西定律  10.3 地下水的漸變滲流  10.4 井和井群  10.5 滲流對建筑物安全性的影響  習(xí)題11 氣體動力學(xué)基礎(chǔ)  11.1 聲速與馬赫數(shù)  11.2 氣體一維恒定流動的基本方程  11.3 氣體一維恒定流動的參考狀態(tài)  11.4 氣流參數(shù)與通道截面積的關(guān)系  11.5 噴管  11.6 等截面有摩擦的絕熱管流  習(xí)題12 湍流射流  12.1 射流的一般屬性  12.2 圓斷面淹沒射流  12.3 平面淹沒射流  12.4 溫差或濃差射流  習(xí)題  習(xí)題參考答案附錄  附錄Ⅰ 梯形、矩形斷面渠道正常水深h0的圖解  附錄Ⅱ 梯形斷面臨界水深hc的圖解  附錄Ⅲ 梯形、矩形斷面渠道共軛水深h1，h2的圖解  附錄Ⅳ 矩形斷面明渠底流消能水力計算求解圖參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　1 緒論　　1.1　流體力學(xué)的研究任務(wù)與研究方法　　1.1.1 研究任務(wù)　　流體力學(xué)是研究流體在平衡或運動時所遵循的基本規(guī)律及其在工程中應(yīng)用的科學(xué)，是力學(xué)的一個重要分支學(xué)科?！　∽匀唤绲奈镔|(zhì)一般以固體、液體和氣體3種形式存在。宏觀地看，固體有一定的體積和形狀，不易變形；液體有一定的體積而無一定的形狀，不易壓縮，形狀隨容器形狀而變，有自由表面；氣體則既無一定的體積又無一定的形狀，容易壓縮，氣體將充滿整個容器，沒有自由表面?！　∫后w和氣體統(tǒng)稱為流體，流體力學(xué)的研究對象是流體。流體在其運動的過程中表現(xiàn)出與固體不同的特點，其主要差別在于它們對外力的抵抗能力不同。固體由于其分子間距離很小，內(nèi)聚力很大，能抵抗一定的拉力、壓力和剪切力。而流體由于分子間距離較大，內(nèi)聚力較小，幾乎不能承受拉力，運動的流體具有一定的抗剪切能力，但靜止的流體則不能抵抗剪切力，即使在很小的剪切力作用下，靜止流體都將發(fā)生變形或流動，這種特性稱為流體的易流動性。流體的易流動性是流體的基本特征?！　×黧w作為物質(zhì)的一種基本形態(tài)，必須遵循自然界一切物質(zhì)運動的普遍規(guī)律，如牛頓第二定律、質(zhì)量守恒定律、動量定理和動量矩定理等。所以，流體力學(xué)中的基本定理實質(zhì)上都是這些普遍規(guī)律在流體力學(xué)中的具體體現(xiàn)和應(yīng)用。

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