工程流體力學

內容概要

　　《工程流體力學》融合了國內外最新教材的特點，側重于基礎性和工程應用性。主要介紹了流體靜力學中流體靜止或相對靜止時流體內壓力分布、壓力測量、作用在平面和曲面上的靜壓力；流體運動學中流場、流線、速度分布、有旋與無旋流動、流函數(shù)、勢函數(shù)和流網(wǎng)；流體動力學中不可壓縮流體與可壓縮流體的質量、能量和動量守恒定律，以及這些定律在管道內部和物體外部流動中的實際應用?！　　?1世紀能源與動力系列教材：工程流體力學》可以作為能源動力工程、建筑環(huán)境與設備工程、環(huán)境工程、機械工程、石油和化學工程、航空航天工程以及生物工程等專業(yè)的學生學習的教材，還可以作為從事與流體流動相關的研究和應用的工程技術人員的參考資料。

書籍目錄

主要符號表0 引言0.1 流體力學的應用0.2 流體力學的內容及發(fā)展0.3 工程流體力學的學習1 流體性質1.1 流體的定義1.2 密度與可壓縮性1.3 理想氣體及狀態(tài)方程1.4 粘性1.5 表面張力1.6 液體的蒸汽壓力本章小結習題2 流體靜力學2.1 作用在流體上的力2.1.1 質量力2.1.2 表面力2.2 流體靜壓力及其特性2.2.1 流體靜壓力2.2.2 流體靜壓力的特性2.3 流體的平衡微分方程2.3.1 流體的平衡微分方程2.3.2 力的勢函數(shù)和有勢力2.3.3 等壓面2.4 重力場中流體的平衡2.4.1 靜力學基本方程式2.4.2 靜力學基本方程式的物理意義與幾何意義2.4.3 絕對壓力相對壓力真空2.5 非慣性坐標系中液體平衡2.5.1 等加速直線運動容器內液體的相對平衡2.5.2 等角速度旋轉容器中液體的相對平衡2.6 液柱式測壓計2.6.1 測壓管2.6.2 U形管測壓計2.6.3 U形管差壓計2.6.4 傾斜微壓計2.7 靜止液體作用在平面上的總壓力2.7.1 總壓力的大小2.7.2 總壓力的作用點2.8 靜止液體作用在曲面上的總壓力2.8.1 總壓力的大小和方向2.8.2 總壓力的作用點2.8.3 壓力體2.9 浮力原理本章小結習 題3 流體動力學基礎3.1 流場及其描述方法3.2 流動的分類3.2.1 按流體性質分類3.2.2 按與時間的關系分類3.2.3 按與空間的關系分類3.2.4 按運動狀態(tài)分類3.3 流體流動的基本術語和概念3.3.1 跡線3.3.2 流線3.3.3 流管、流束和總流3.3.4 過流斷面及水力要素3.3.5 流量和平均流速3.3.6 穩(wěn)定流動的類型3.4 系統(tǒng)與控制體3.4.1 系統(tǒng)與控制體的概念3.4.2 系統(tǒng)內的某種物理量對時間的全導數(shù)公式3.5 一維流動的連續(xù)性方程3.6 理想流體一維穩(wěn)定流動伯努里能量方程3.6.1 歐拉方程3.6.2 伯努里方程3.6.3 理想流體一維穩(wěn)定流動能量方程的物理意義和幾何意義3.6.4 理想流體相對運動的伯努里方程3.7 沿流線主法線方向的壓力和速度變化3.8 粘性流體總流的伯努里方程3.8.1 粘性流體微元流束的伯努里方程3.8.2 粘性流體總流的伯努里方程3.8.3 恒定氣體流動的伯努里方程3.9 伯努里方程的應用3.10 動量方程與動量矩方程3.10.1 動量方程3.10.2 動量矩方程本章小結習題4 量綱分析與相似原理4.1 單位和量綱4.2 相似性原理4.2.1 幾何相似4.2.2 運動相似4.2.3 動力相似4.3 相似準則數(shù)4.3.1 歐拉（Eu）數(shù)4.3.2 弗汝德（Fr）數(shù)4.3.3 雷諾（Re）數(shù)4.3.4 馬赫（Ma）數(shù)4.3.5 韋伯（We）數(shù)4.4 近似模型試驗4.5 量綱分析4.5.1 瑞利法4.5.2 π定理本章小結習題5 管內不可壓縮流體流動5.1 管內層流流動及粘性摩擦損失5.1.1 層流與湍流流動5.1.2 等截面管道內沿程能量損失5.1.3 圓管道內切應力分布5.1.4 圓管道內層流流動及粘性摩擦損失5.1.5 層流流動入口段長度5.2 湍流流動及沿程摩擦阻力計算5.2.1 湍流旋渦粘度與混合長度理論5.2.2 湍流流動中的粘性底層5.2.3 湍流流動中的速度分布5.2.4 沿程摩擦阻力系數(shù)計算5.2.5 摩擦系數(shù)曲線圖（莫迪Moody圖）5.3 簡單管道內流動計算5.4 局部阻力損失5.4.1 管道進口損失5.4.2 突然擴大損失5.4.3 漸擴管損失5.4.4 管道出口損失5.4.5 漸縮管損失5.4.6 彎管損失5.4.7 其他局部阻力構件損失5.5 管路流動計算5.5.1 簡單管路流動阻力計算5.5.2 管道中有泵、風機和水輪機時的管路計算5.6 管路及管網(wǎng)阻力計算5.6.1 串聯(lián)管路5.6.2 并聯(lián)管路5.6.3 分叉管路系統(tǒng)5.6.4 管網(wǎng)計算5.7 管路中的水錘現(xiàn)象本章小結習題6 繞流流動與邊界層6.1 繞流流動阻力與邊界層6.1.1 繞流流動阻力6.1.2 邊界層6.2 平板邊界層的摩擦阻力6.2.1 平板邊界層動量方程6.2.2 平板層流邊界層的摩擦阻力6.2.3 平板湍流邊界層的摩擦阻力6.2.4 平板邊界層具有過渡區(qū)時的摩擦阻力6.3 曲面物體繞流阻力6.3.1 邊界層分離和壓差阻力6.3.2 流體繞流曲面物體的阻力6.3.3 流體繞流長柱體的阻力6.4 升力6.5 氣體射流6.5.1 射流結構與特征6.5.2 圓斷面射流參數(shù)計算6.6 納維爾—斯托克斯方程（N—S方程）及其求解6.6.1 粘性應力分析6.6.2 粘性力6.6.3 N—S方程6.6.4 N—s方程的求解本章小結習題7 理想流體流動7.1 連續(xù)性方程7.2 非旋轉流動7.3 速度環(huán)量與旋渦量7.4 流函數(shù)7.5 基本流動的流場與流場疊加7.5.1 均勻直線流動7.5.2 源流或匯流7.5.3 流場疊加7.6 速度勢7.7 流網(wǎng)本章小結習題8 流體測量8.1 流體物性測量8.2 靜壓測量8.3 用畢托（Pitot）管測量流速8.4 測量速度的其他方法8.4.1 水流計和風速儀8.4.2 熱線風速儀8.4.3 漂浮測量8.4.4 照相和光學測量8.4.5 激光技術8.4.6 其他測速儀器與方法8.5 流量測量8.6 孔口、噴嘴和管嘴出流8.6.1 出流的定義8.6.2 出流系數(shù)8.6.3 自由出流的水頭損失8.6.4 淹沒出流的水頭損失8.7 文丘里（Venturi）流量計8.8 噴嘴流動8.9 孔板流量計8.10 可壓縮流體的流量測量8.11 測量流量的其他方法本章小結習題9 可壓縮流體的流動9.1 音速馬赫數(shù)9.1.1 音速9.1.2 馬赫數(shù)（Ma數(shù)）9.1.3 微弱擾動在氣體中的傳播9.2 氣體一維定常等熵流動9.2.1 基本方程9.2.3 三種特定狀態(tài)9.2.4 速度系數(shù)9.3 噴管中的等熵流動9.3.1 氣流參數(shù)與通道截面的關系9.3.2 噴管9.4 有摩擦的絕熱管流9.4.1 有摩擦管流流動分析9.4.2 有摩擦管流中氣流參數(shù)的計算9.5 在等截面管中有摩擦的等溫流動9.6 超音速氣流的繞流與激波9.6.1 激波的產(chǎn)生及分類9.6.2 正激波的形成及傳播速度9.6.3 膨脹波9.6.4 斜激波9.7 激波前后氣流參數(shù)的關系9.7.1 正激波前后氣流參數(shù)的關系9.7.2 斜激波前后氣流參數(shù)的關系9.7.3 波阻的概念9.8 變截面管流變工況流動分析9.8.1 收縮噴管變工況流動分析9.8.2 噴管出口處的流速、流量及面積比9.8.3 縮放噴管變工況流動分析本章小結習題習題答案參考文獻

章節(jié)摘錄

1 流體性質流體的宏觀性質取決于其分子結構，有些性質對流體受力和流體運動有著非常顯著的影響，所以學習流體力學及工程應用時必須首先了解流體的性質。本章介紹與流體運動密切相關的主要的流體性質。1.1 流體的定義從物理學的觀點來看，流體與其他物體一樣，都是由分子組成，分子間存在一定的間隙，而且每個分子都作不規(guī)則的熱運動，相互碰撞，產(chǎn)生動量交換和能量交換，所以從微觀的角度來看，流體是不連續(xù)的。但是，流體力學研究宏觀的非單個分子的流體質點或微團的運動。流體質點是一定體積內一定數(shù)量分子的集合，密度、壓力和粘度等流體性質是許多分子的平均作用。因為流動尺度比分子平均自由程大得多，所以流體流動可以看做是連續(xù)的，流體一般也認為是連續(xù)介質。連續(xù)介質是一種力學模型，它不僅符合物質運動本身的規(guī)律，更是為了適應工程實際問題的需要。流體包括液體和氣體。流體與固體不同，固體分子通常比較緊密，分子問吸引力很大而使其保持形狀。而流體分子間吸引力小，分子間粘附力小，不能夠將流體的不同部分保持住，因此流體沒有一定的形狀。流體在非常微小的切向力作用下將流動并且只要切向力存在流動必將持續(xù)，流動性是流體的最基本特征。流體中氣體分子間距比液體大，氣體容易壓縮，當外部壓力去除時，氣體將不斷膨脹。因此，氣體只有在完全封閉時才能保持平衡。液體相比較而言是不可壓縮的，如果去除所有的壓力，除了其自身具有的蒸汽壓力外，分子間粘附力使其保持在一起，因此，液體不是無限膨脹的。液體有自由表面，即只有其蒸汽壓力的表面。蒸汽是一種氣體，其壓力和溫度接近于液相的壓力和溫度。水蒸氣看作為蒸汽，是因為其狀態(tài)通常接近于水的狀態(tài)。氣體可以定義為高度過熱的蒸汽，即它的狀態(tài)遠離了液相狀態(tài)。因此，空氣通常認為是氣體，因為其狀態(tài)通常遠離了液態(tài)空氣的狀態(tài)。氣體和蒸汽的容積顯著地受到了壓力或溫度或壓力與溫度同時變化的影響，因此，在處理氣體和蒸汽時，通常必須考慮容積和溫度的變化。若氣體和蒸汽的溫度和相發(fā)生顯著變化時，其性質和流動規(guī)律在很大程度上還取決于熱現(xiàn)象。因此，流體力學與熱力學及傳熱學是相互交叉的。

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《21世紀能源與動力系列教材?工程流體力學》由東南大學出版社出版。

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