流體力學

內(nèi)容概要

《普通高等學校土木工程專業(yè)新編系列教材:流體力學(第4版)》是普通高等學校土木工程專業(yè)新編系列教材之一，是根據(jù)普通高等學校土建類專業(yè)流體力學少學時的教學要求，并本著加強基礎理論、理論聯(lián)系實際、利于教學和按大類培養(yǎng)的教學改革思想編寫?！镀胀ǜ叩葘W校土木工程專業(yè)新編系列教材:流體力學(第4版)》在整體安排上由淺入深，在靜水力學之后，從液體的微元理論出發(fā)，介紹了流體力學的基本原理、基本研究和一般計算方法。為方便學生學習，書中每章后附有思考題和習題。

書籍目錄

1 緒論 1.1 流體力學的任務、發(fā)展概況和研究方法1.2 作用于流體上的力 1.2.1 質(zhì)量力 1.2.2 表面力 1.3 流體的主要物理性質(zhì) 1.3.1 流體的質(zhì)量與流體所受重力 1.3.2 粘性 1.3.3 壓縮性 本章小結(jié) 思考題 習題 2 流體靜力學 2.1 流體靜壓強的特性 2.2 歐拉平衡微分方程 2.2.1 歐拉平衡微分方程 2.2.2 重力作用下流體的壓強分布規(guī)律 2.3 液體壓強的測量 2.3.1 絕對壓強、相對壓強、真空度 2.3.2 測壓管 2.3.3 水銀測壓計 2.3.4 水銀壓差計 2.3.5 金屬測壓計與真空計 2.4 靜止流體對平面的作用力 2.4.1 解析法 2.4.2 圖解法 2.5 靜止流體對曲面的作用力 2.5.1 總壓力的大小、方向、作用點 2.5.2 壓力體 2.5.3 浮力 本章小結(jié) 思考題 習題 3 流體運動學 3.1 描述流體運動的兩種方法 3.1.1 拉格朗日法和歐拉法 3.1.2 歐拉法中流體運動的基本概念 3.2 流體運動的連續(xù)性方程 3.2.1 流體的連續(xù)性微分方程 3.2.2 總流的連續(xù)性方程 3.3 流體微團運動的分析 3.3.1 線變形速率（線變率） 3.3.2 角變形速率（角變率） 3.3.3 旋轉(zhuǎn)角速度（角轉(zhuǎn)速） 3.3.4 流體微團運動的組合表達 3.4 無旋運動（無渦流）與有旋運動（有渦流） 3.4.1 無旋運動與有旋運動 3.4.2 渦量與環(huán)量 本章小結(jié) 思考題 習題 4 理想流體動力學和恒定平面勢流 4.1 歐拉運動微分方程 4.2 理想流體恒定元流的伯努利方程 4.2.1 沿流線的伯努利積分和在重力場中的伯努利方程 4.2.2 由動能定理推導理想流體恒定元流的伯努利方程 4.3 元流伯努利方程的意義和應用 4.3.1 元流伯努利方程的物理意義 4.3.2 元流伯努利方程的幾何意義 4.3.3 畢托管原理 4.4 恒定平面勢流的流速勢函數(shù)和流函數(shù) 4.4.1 流速勢函數(shù) 4.4.2 流函數(shù) 4.4.3 流網(wǎng)及其特征 4.5 幾種簡單的平面勢流 4.5.1 均勻等速流 4.5.2 源流與匯流 4.5.3 勢渦 4.6 勢流的疊加 本章小結(jié) 思考題 習題 5 實際（（粘性）流體的動力學基礎 5.1 粘性流體的運動方程：N—S方程 5.2 恒定元流的伯努利方程 5.3 恒定總流的伯努利方程 5.3.1 漸變流及其過流斷面上動壓強的分布 5.3.2 恒定總流的伯努利方程 5.3.3 恒定總流伯努利方程的應用 5.4 氣流的伯努利方程 5.5 有流量分流或匯流的伯努利方程 5.6 有能量輸入輸出的伯努利方程 5.7 恒定總流的動量方程 5.7.1 恒定總流的動量方程 5.7.2 恒定總流動量方程的應用條件和使用方法 本章小結(jié) 思考題 習題 6 層流、紊流及其水頭損失 6.1 粘性流體運動的兩種形態(tài)——層流與紊流 6.1.1 雷諾實驗 6.1.2 流動形態(tài)的判別準則——臨界雷諾數(shù) 6.2 圓管中的層流 6.2.1 水頭損失的分類 6.2.2 沿程水頭損失與切應力的關系 6.2.3 圓管層流的斷面流速分布 6.2.4 圓管層流的沿程水頭損失 6.3 紊流基本理論 6.3.1 紊流的特征 6.3.2 運動參數(shù)的時均化 6.3.3 層流底層 6.3.4 混合長度理論 6.4 圓管紊流的沿程水頭損失 6.4.1 阻力系數(shù)λ的影響因素 6.4.2 尼古拉茲實驗 6.4.3 沿程阻力系數(shù)的半經(jīng)驗公式 6.4.4 沿程阻力系數(shù)的經(jīng)驗公式 6.5 局部水頭損失 6.5.1 圓管突然擴大的阻力系數(shù) 6.5.2 其他的局部水頭損失系數(shù) 6.6 邊界層理論基礎 6.6.1 邊界層概念 6.6.2 平板邊界層厚度 6.6.3 邊界層分離 6.6.4 繞流阻力 本章小結(jié) 思考題 習題 7 量綱分析和流動相似原理 7.1 量綱分析的意義和量綱和諧原理 7.1.1 量綱和單位 7.1.2 有量綱量和無量綱量 7.1.3 量綱和諧原理 7.2 量綱分析方法 7.2.1 雷利法 7.2.2 π定理 7.3 流動相似概念 7.3.1 幾何相似 7.3.2 運動相似 7.3.3 動力相似 7.4 相似準則 7.4.1 雷諾準則 7.4.2 佛汝德準則 7.4.3 歐拉準則 本章小結(jié) 思考題 習題 8 孔口、管嘴出流和有壓管流 8.1 孔口出流 8.1.1 薄壁小孔口恒定出流 8.1.2 孔口變水頭出流 8.2 管嘴出流 8.2.1 圓柱形外管嘴恒定出流 8.2.2 管嘴內(nèi)的真空度 8.2.3 空化、空蝕現(xiàn)象與管嘴的使用條件 8.3 短、長管的水力計算 8.3.1 短管的水力計算 8.3.2 虹吸管的計算 8.3.3 水泵吸水管的計算 8.3.4 長管的水力計算 8.3.5 離心泵的原理和選用 8.4 管網(wǎng)計算基礎 8.4.1 串聯(lián)管路 8.4.2 并聯(lián)管路 8.4.3 管網(wǎng)分類 8.5 水擊 8.5.1 水擊現(xiàn)象 8.5.2 水擊壓強計算 8.5.3防止水擊危害的措施 本章小結(jié) 思考題 習題 9 明渠水流和堰流 9.1 明渠均勻流 9.1.1 明渠的分類 9.1.2 明渠均勻流的特征 9.1.3 明渠均勻流的計算公式 9.2 明渠均勻流的最優(yōu)斷面和允許流速 9.2.1 水力最優(yōu)斷面 9.2.2 渠道允許流速 9.2.3 明渠均勻流的水力計算 9.3 明渠流的兩種流態(tài)與佛汝德數(shù) 9.3.1 緩流、急流和臨界流 9.3.2 佛汝德數(shù) 9.3.3 斷面單位能量和臨界水深 9.4 明渠恒定非均勻漸變流的微分方程 9.4.1 微分方程 9.4.2 水面曲線分析簡介 9.5 明渠非均勻漸變流水面曲線的計算 9.6 水躍與跌水 9.6.1 水躍及其計算 9.6.2 跌水 9.7 堰流 9.7.1 堰的定義和分類 9.7.2 薄壁矩形堰和三角形堰 9.7.3 寬頂堰 9.7.4 實用堰 9.7.5 小橋孔徑水力計算 本章小結(jié) 思考題 習題 10 滲流 10.1 滲流阻力定律 10.1.1 達西定律 10.1.2 紊流的滲流阻力定律 10.1.3 滲透系數(shù)確定方法 10.2 單井的滲流計算 10.2.1 無壓恒定漸變滲流的基本公式 10.2.2 單井的滲流計算 10.3 滲流的基本微分方程和井群的滲流計算 10.3.1 滲流的基本微分方程 10.3.2 完全井的勢函數(shù) 10.3.3 井群的滲流計算 本章小結(jié) 思考題 習題 附錄習題答案 參考文獻

章節(jié)摘錄

版權頁：   插圖：   流體力學的任務是研究流體的平衡和機械運動的規(guī)律，以及這些規(guī)律在工程實際中的應用。它的研究對象是流體，包括液體和氣體。流體力學屬于力學的一個分支。 流體力學的研究和其他自然科學研究一樣，是隨著生產(chǎn)的發(fā)展需要而發(fā)展起來的。在古代，如我國的秦代（公元前221～公元前206年），為了滿足農(nóng)業(yè)灌溉需要，修建了都江堰、鄭國渠和靈渠等水利工程，對水流運動規(guī)律已有了一些認識；同樣地，在古埃及、古希臘和古印度等地，為了發(fā)展農(nóng)業(yè)和航運事業(yè)，修建了大量的渠系；古羅馬人為了發(fā)展城市，修建了大規(guī)模的供水管道系統(tǒng)，也對水流運動的規(guī)律有了一些認識。當然，應當特別提到的是古希臘的阿基米德（Archimedes），在公元前250年前后，提出了浮體定律，一般認為是他真正奠定了流體力學靜力學的基礎。 到了17世紀前后，由于資本主義國家生產(chǎn)的迅速發(fā)展，對流體力學的發(fā)展需要也就更為迫切。這個時期的流體力學研究出現(xiàn)了兩條途徑，在當時這兩條發(fā)展途徑互不聯(lián)系，各有各的特色。一條是古典流體力學途徑，它運用嚴密的數(shù)學分析，建立流體運動的基本方程，并力圖求其解答，此途徑的奠基人是伯努利（Bernorlli）和歐拉（Euler）。其他對古典流體力學的形成和發(fā)展有重大貢獻的還有拉格朗日（Lagrange）、納維爾（Navier）、斯托克斯（Stokes）和雷諾（Reynolds）等人，他們多為數(shù)學家和物理學家。由于古典流體力學中某些理論的假設與實際有出入，或者由于在對基本方程的求解中遇到了數(shù)學上的困難，所以古典流體力學無法用以解決實際問題。為了適應當時工程技術迅速發(fā)展的需要，另一條水力學途徑應運而生，它采用實驗手段用以解決實際工程問題，如管流、堰流、明渠流、滲流等等問題。在水力學上有卓越成就的都是工程師，其中包括畢托（Pitot）、謝才（Chezy）、文丘里（Venturi）、達西（Darcy）、巴贊（Bazin）、曼寧（Manning）、佛汝德（Froude）等人。但是這一時期的水力學由于理論指導不足，僅依靠實驗，故在應用上有一定的局限性，難以解決復雜的工程問題。 20世紀以來，現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展突飛猛進，新技術不斷涌現(xiàn)，推動著古典流體力學和水力學也進入了新的發(fā)展時期，并走上了融合為一體的道路。1904年，德國工程師普朗特（Prandtl）提出了邊界層理論，使得純理論的古典流體力學開始與工程實際相結(jié)合，并逐漸形成了理論與實際并重的現(xiàn)代流體力學。隨后的幾十年，現(xiàn)代流體力學獲得飛速發(fā)展，并滲透到現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個領域，例如在航空航天工業(yè)、造船工業(yè)、電力工業(yè)、水資源利用、水利工程、核能工業(yè)、機械工業(yè)、冶金工業(yè)、化學工業(yè)、采礦工業(yè)、石油工業(yè)、環(huán)境保護、交通運輸、生物醫(yī)學等廣泛領域，都應用到現(xiàn)代流體力學的有關知識。土木工程專業(yè)各個領域與流體力學的關系也非常密切，例如城市和工業(yè)用水，從開拓水渠、取水121布置、水的凈化與消毒、水泵選擇到水塔修建、管路布置等，都面臨一系列的流體力學問題。在公路與橋梁工程、地下建筑、巖土工程、水工建筑、礦井建筑等土木工程各個分支中，也只有掌握好流體的各種力學性質(zhì)和運動規(guī)律，才能有效地、正確地解決工程實際中所遇到的各種流體力學問題。 上面已經(jīng)提及，現(xiàn)代流體力學的研究方法是理論計算與實驗并重。20世紀60年代以來，新型電子計算機不斷涌現(xiàn)，數(shù)值模擬方法不斷創(chuàng)新。與此同時，現(xiàn)代量測技術（如激光、同位素和電子儀器）的應用，以及計算機在實驗數(shù)據(jù)和資料的監(jiān)測、采集和處理上所起的巨大作用，都使得現(xiàn)代流體力學的各種研究方法更加相輔相成、如虎添翼?？梢灶A見，在21世紀里，繼續(xù)采用這些先進的研究方法，流體力學的發(fā)展與應用必將大大超過20世紀的水平。

編輯推薦

《普通高等學校土木工程專業(yè)新編系列教材:流體力學(第4版)》可作為高等學校土木工程、道路橋梁工程、市政工程、環(huán)境工程、地質(zhì)工程等專業(yè)的流體力學或水力學教材，也可作為相關專業(yè)工程技術人員的參考書。

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