高等液體力學(xué)

內(nèi)容概要

《高等學(xué)校教材:高等流體力學(xué)》運(yùn)用運(yùn)算微積和張量分析的方法論述了粘性不可壓縮流體的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)理論。全書(shū)分7章，包括流體力學(xué)基本概念、流體力學(xué)基本運(yùn)動(dòng)方程組、理想流體力學(xué)專(zhuān)題、流體渦旋運(yùn)動(dòng)、粘性不可壓縮流體的層流運(yùn)動(dòng)和湍流運(yùn)動(dòng)?！陡叩葘W(xué)校教材:高等流體力學(xué)》第1章還安排了預(yù)備知識(shí)，為僅具備本科高等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的讀者提供了必要的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。

書(shū)籍目錄

第1章 預(yù)備知識(shí) 1.1 矢量代數(shù)概要 1.1.1 標(biāo)量和矢量 1.1.2 矢量的代數(shù)運(yùn)算 1.1.3 矢量函數(shù) 1.2 場(chǎng)分析概要（場(chǎng)論初步） 1.2.1 場(chǎng)的定義及分類(lèi) 1.2.2 標(biāo)量場(chǎng)的幾何表示 1.2.3 矢量場(chǎng)的幾何表示 1.2.4 哈密頓算子 1.3 基本運(yùn)算微積公式 1.3.1 常用的微分運(yùn)算公式 1.3.2 常用的積分運(yùn)算公式 1.4 曲線坐標(biāo)系 1.4.1 曲線坐標(biāo)系——坐標(biāo)面、坐標(biāo)線 1.4.2 曲線坐標(biāo)系中的弧微元、體微元及面微元 1.4.3 曲線坐標(biāo)系中坐標(biāo)單位矢量的偏導(dǎo)數(shù) 1.4.4 曲線坐標(biāo)系中的常用矢量分析算子 習(xí)題 1.5 張量初步 1.5.1 張量的表示及定義 1.5.2 常用的幾個(gè)特殊張量及性質(zhì) 1.5.3 張量的代數(shù)運(yùn)算 1.5.4 張量識(shí)別定理 1.5.5 二階張量  1.5.6 張量的微分運(yùn)算 1.5.7 各向同性張量 習(xí)題 第2章 流體力學(xué)基本概念 2.1 流體力學(xué)研究的對(duì)象、方法及其應(yīng)用 2.1.1 流體力學(xué)研究的對(duì)象 2.1.2 流體力學(xué)研究的主要方法及其應(yīng)用 2.2 流體的連續(xù)介質(zhì)假說(shuō) 2.2.1 物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)論 2.2.2 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 2.2.3 流體的性質(zhì)及分類(lèi) 2.3 描述流體運(yùn)動(dòng)的基本觀點(diǎn)和方法 2.3.1 拉格朗日方法 2.3.2 歐拉方法 2.3.3 拉格朗日描述方法與歐拉描述方法的相互轉(zhuǎn)換 2.3.4 軌跡和流線 2.4 流體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 2.4.1 剛性流體微團(tuán)的速度分解 2.4.2 可變形流體微團(tuán)的速度分解  2.4.3 速度梯度張量·旋度張量·變形速度張量 2.4.4 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)分類(lèi) 2.5 流體微團(tuán)的受力分析 2.5.1 質(zhì)量力（體力）·分布密度 2.5.2 面力·應(yīng)力張量 2.5.3 應(yīng)力張量的對(duì)稱性 2.5.4 理想流體和靜止流體的應(yīng)力張量 2.6 物質(zhì)元素及物質(zhì)積分的隨體導(dǎo)數(shù) 2.6.1 物質(zhì)的線元素、面元素及體元素的隨體導(dǎo)數(shù) 2.6.2 線積分、面積分和體積分的隨體導(dǎo)數(shù) 習(xí)題 第3章 流體力學(xué)基本方程組 3.1 連續(xù)性方程 3.1.1 連續(xù)性方程所依據(jù)的物理定律——質(zhì)量守恒定律  3.1.2 質(zhì)量守恒定律的量化描述——連續(xù)性方程 3.1.3 特例 3.2 運(yùn)動(dòng)方程 3.2.1 運(yùn)動(dòng)方程所依據(jù)的物理定律——?jiǎng)恿考皠?dòng)量矩定律  3.2.2 動(dòng)量定律及動(dòng)量矩定律的量化描述——運(yùn)動(dòng)方程 3.3 能量方程 3.3.1 能量方程所依據(jù)的物理定律——能量守恒定律  3.3.2 能量守恒定律的量化描述——連續(xù)性方程 3.4 本構(gòu)方程 3.4.1 本構(gòu)方程所依據(jù)的物理定律——牛頓內(nèi)摩擦定律  3.4.2 牛頓內(nèi)摩擦定律的量化描述——本構(gòu)方程 3.5 狀態(tài)方程 3.5.1 狀態(tài)方程所依據(jù)的物理定律 3.5.2 狀態(tài)方程 3.6 流體力學(xué)基本方程組及其定解問(wèn)題 3.6.1 微分形式的流體力學(xué)方程 3.6.2 積分形式的流體力學(xué)基本方程組  3.6.3 流體力學(xué)方程的定解問(wèn)題 習(xí)題 第4章 理想流體力學(xué)專(zhuān)題 4.1 流體靜力學(xué) 4.1.1 流體靜力學(xué)方程及邊界條件 4.1.2 流體靜力學(xué)定律 4.1.3 旋轉(zhuǎn)液體的平衡 4.1.4 表面張力及毛細(xì)現(xiàn)象 4.2 Bernoulli積分、Lagrange積分和動(dòng)量定理 4.2.1 Bernoulli積分、Lagrange積分和Bernoulli—Lagrange積分 4.2.2 動(dòng)量及動(dòng)量矩定理 4.3 理想不可壓縮流體的無(wú)旋運(yùn)動(dòng)（勢(shì)流理論） 4.3.1 勢(shì)流運(yùn)動(dòng)的基本方程 4.3.2 勢(shì)流運(yùn)動(dòng)的性質(zhì) 4.3.3 理想流體平面流動(dòng)基本理論 4.3.4 平面理想不可壓縮流體定常、無(wú)旋運(yùn)動(dòng)的基本形式  4.3.5 平面勢(shì)流問(wèn)題的基本解法 習(xí)題 第5章 流體的渦旋運(yùn)動(dòng) 5.1 渦旋的運(yùn)動(dòng)學(xué)性質(zhì) 5.2 渦旋運(yùn)動(dòng)方程——亥姆霍茲方程 5.3 理想正壓流體外力有勢(shì)條件下的渦旋動(dòng)力學(xué)——?jiǎng)P爾文定理 5.4 外力無(wú)勢(shì)、流體不正壓及粘性對(duì)渦旋運(yùn)動(dòng)的影響 5.5 渦旋場(chǎng)和散度場(chǎng)所感應(yīng)的速度場(chǎng) 習(xí)題 第6章 粘性不可壓縮流體的層流運(yùn)動(dòng) 6.1 層流和湍流 6.2 粘性不可壓縮流體的運(yùn)動(dòng)方程 6.3 粘性流體運(yùn)動(dòng)的基本性質(zhì) 6.3.1 粘性運(yùn)動(dòng)的有旋性 6.3.2 粘性流體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能的耗散性 6.3.3 粘性流體中渦旋的擴(kuò)散性 6.4 粘性流體的實(shí)驗(yàn)研究——相似律 6.4.1 物理量的相似 6.4.2 物理系統(tǒng)的狀態(tài)相似 6.4.3 物理系統(tǒng)的相似一一相似準(zhǔn)則和相似定理 6.4.4 量綱分析 6.粘性不可壓縮流體運(yùn)動(dòng)方程的解 6.5.1 無(wú)限長(zhǎng)柱形管道中的不可壓縮粘性流體的定常流動(dòng) 6.5.2 兩無(wú)窮平行平面間的粘性流體定常流動(dòng)——一庫(kù)塔流 6.5.3 無(wú)窮長(zhǎng)圓管中粘性流體的定常流動(dòng) 6.5.4 兩無(wú)窮長(zhǎng)同軸圓管間粘性流體軸向定常流動(dòng) 6.5.5 兩無(wú)窮長(zhǎng)同軸圓管間粘性流體周向定常流動(dòng) 6.5.6 小雷諾數(shù)下粘性流體的繞球流動(dòng) 6.5.7 高頻脈沖電場(chǎng)作用下液滴動(dòng)力學(xué)分析 6.6 層流邊界層理論 6.6.1 邊界層方程 6.6.2 邊界層的分離 6.6.3 平板層流邊界層 6.6.4 動(dòng)量積分關(guān)系式方法 習(xí)題 第7章 粘性不可壓縮流體的湍流運(yùn)動(dòng) 7.1 湍流的定義及雷諾方程 7.1.1 湍流概念及定義 7.1.2 平均化運(yùn)算 7.1.3 湍流運(yùn)動(dòng)方程·雷諾方程·雷諾應(yīng)力 7.2 普朗特混合長(zhǎng)理論 7.2.1 混合長(zhǎng)理論·混合長(zhǎng)度 7.2.2 無(wú)界固壁的湍流運(yùn)動(dòng) 7.3 圓管內(nèi)的湍流運(yùn)動(dòng) 7.3.1 光滑圓管中的湍流運(yùn)動(dòng) 7.3.2 粗糙圓管中的湍流運(yùn)動(dòng) 7.4 平板湍流邊界層 7.5 湍流理論研究進(jìn)展 7.5.1 湍流研究歷史的簡(jiǎn)要回顧 7.5.2 湍流統(tǒng)計(jì)理論及各態(tài)歷經(jīng)和Taylor凍結(jié)假設(shè)  7.5.3 Kolmogorov理論 7.5.4 湍流的擬序結(jié)構(gòu) 7.5.5 湍流的間歇性 7.5.6 湍流的分形特征 7.5.7 湍流譜分析和小波分析 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   2.2.2連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 雖然流體的性質(zhì)起因于流體物質(zhì)內(nèi)部分子間的耦合關(guān)系，但在工程實(shí)際問(wèn)題中涉及的都是相對(duì)宏觀的流體行為。例如，用探針測(cè)量流場(chǎng)中某點(diǎn)的速度，盡管我們力求把探針做得很小很小，但其測(cè)試的測(cè)量體相對(duì)于物質(zhì)分子來(lái)說(shuō)則是大量分子的集合體。因此，盡管我們?cè)诹黧w力學(xué)中也提流體微團(tuán)、微元等概念，但這決不是指數(shù)學(xué)上嚴(yán)格的幾何概念，而是大量分子組成的流體微團(tuán)的宏觀概念，是宏觀小、微觀大；我們所指的某點(diǎn)物理參數(shù)值也是指在這點(diǎn)的微團(tuán)上的大量分子所表征的物理參數(shù)的平均值；同時(shí)，極限過(guò)程也是基于物理參數(shù)在宏觀意義上的連續(xù)和可微性而言的。 總之，連續(xù)介質(zhì)假說(shuō)有3個(gè)方面的含義：①物質(zhì)體介質(zhì)的連續(xù)性是宏觀意義上的連續(xù)，它是指表征大量分子團(tuán)的平均物理參數(shù)在空間上的連續(xù)性；②物質(zhì)體介質(zhì)在某點(diǎn)的物理參數(shù)值是指位于該點(diǎn)的宏觀微團(tuán)上大量分子的相應(yīng)物理參量的平均值；③所謂極限過(guò)程也是指宏觀尺度上的無(wú)限逼近。 需要聲明的是，連續(xù)介質(zhì)假設(shè)不適用于稀薄氣體的情況，因?yàn)檫@時(shí)候氣體分子的自由程與問(wèn)題所涉及的物理尺度相比較已是不可忽略的了。 2.2.3流體的性質(zhì)及分類(lèi) 流體的宏觀性質(zhì)主要是流動(dòng)性、粘性及壓縮性?，F(xiàn)分別來(lái)加以討論。 1）流動(dòng)性 我們知道，當(dāng)固體受到剪切力的作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生微小的剪切變形，當(dāng)達(dá)到平衡以后，固體內(nèi)部則承受著當(dāng)前切應(yīng)力的作用并維持當(dāng)前的變形而處于靜止?fàn)顟B(tài)。因此，固體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)可以抵抗剪切力的作用，或者說(shuō)靜止固體內(nèi)部可以有切應(yīng)力。而流體在靜止時(shí)則不能承受任何切向應(yīng)力，不論這個(gè)切向應(yīng)力多么的小，只要持續(xù)地施加，都會(huì)使流體產(chǎn)生任意大的變形，流體的這個(gè)宏觀性質(zhì)就是流動(dòng)性。 流體的宏觀流動(dòng)性從分子運(yùn)動(dòng)論的觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)就是指流體的分子間不能形成任何對(duì)偶結(jié)構(gòu)（氣體）或不能形成穩(wěn)定對(duì)偶結(jié)構(gòu)（液體），這樣，物質(zhì)體就不能保持宏觀的固定不變的外部形狀。 2）粘性——理想流體和粘性流體 前面說(shuō)到流體在靜止時(shí)不能承受切應(yīng)力，但在運(yùn)動(dòng)時(shí)，相鄰兩層流體間將發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這時(shí)流體對(duì)于兩層流體間的相對(duì)滑動(dòng)速度則是存在抵抗或阻力的，這種抵抗或阻力稱為粘性阻力或粘性應(yīng)力。流體的這種對(duì)于相鄰兩層流體間相對(duì)滑動(dòng)速度抵抗的性質(zhì)稱為粘性。

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《高等學(xué)校教材:高等流體力學(xué)》是為工學(xué)碩士研究生學(xué)位課程編寫(xiě)的教材，可作為工學(xué)碩士的流體力學(xué)課程的教學(xué)用書(shū)，也可供高年級(jí)學(xué)生和工程技術(shù)人員參考和自學(xué)。

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