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| 內容簡介： |
|
本书是应用型本科十三五教改规划教材。 工程流体力学是高等学校工程基础类课程。本书参考了国外工程应用型本科教材内容， 并结合国内应用型本科教改要求而编写，内容全面，侧重基础和工程的实际应用。全书共九章，主要包括流体的性质，流体静力学，流体运动的基本方程，量纲分析与相似理论，黏性流体的管内流动，明渠流动，黏性流体的绕流流动，孔口管嘴和缝隙的水力计算，气体动力学基础等内容，对工程流体力学基础知识及工程流体力学在工程上的应用进行了全面系统的介绍。本书可作为能源动力工程、机械工程、城市建筑工程、环境工程、石油和化学工程、航空航天工程以及生物工程等专业的学习教材，也可作为从事与流体传动相关研究和应用的工程技术人员、教师的参考书。
|
| 目錄：
|
第1章 流体的性质 1
1.1
流体的基本概念
1
1.2
密度、 比容和饱和蒸汽压力
2
1.3
流体的压缩性
5
1.4
流体的黏性 6
1.5
液体的表面张力
11
1.6
作用在流体上的力
13
1.7
阅读材料：工程流体力学学习导论
14
思考题 17
习题 17
第2章 流体静力学 19
2.1
流体静压力及其特性
19
2.2
静止流体平衡方程
21
2.2.1 流体平衡微分方程式的建立 21
2.2.2 等压面 22
2.2.3 静力学基本方程式 22
2.2.4 静力学基本方程式的意义 24
2.3
流体静力学基本公式及其应用
24
2.3.1 流体静力学基本公式 25
2.3.2 流体静压力的表示方法和计量单位 26
2.3.3 液柱式测压计 27
2.4
其他质量力作用下的流体平衡
29
2.4.1 等加速水平运动容器中流体的相对平衡 29
2.4.2 等角速旋转容器中流体的相对平衡 30
2.4.3 工程应用 33
2.5
平衡液体对壁面的作用力
35
2.5.1 作用在平面上液体的总压力 35
2.5.2 作用在曲面上液体的总压力 40
2.5.3 压力体 42
2.6
浮力与浮体的稳定性
45
2.6.1 浮力 46
2.6.2 浮体的稳定性 48
思考题 50
习题 50
第3章 流体运动的基本方程 55
3.1
描述流体运动的基本概念
55
3.1.1 描述流体运动的方法 55
3.1.2 描述流场的基本概念 56
3.2
连续性方程
62
3.2.1 一元定常流动的连续性方程 62
3.2.2 空间流动的连续性方程 65
3.3
理想流体的运动微分方程
66
3.3.1 欧拉运动方程 66
3.3.2 理想流体的伯努利方程 69
3.3.3 伯努利方程的意义 70
3.4
总流的伯努利方程及其应用
70
3.4.1 总流的伯努利方程 70
3.4.2 伯努利方程的应用 74
3.4.3 水力坡度与水头线 80
3.5
伯努利方程的扩展
82
3.5.1 重力、离心力联合场的伯努利方程 82
3.5.2 分流量或合流量的伯努利方程 84
3.5.3 过流断面间有能量的输入和输出的伯努利方程 85
3.6
动量和动量矩方程
87
3.6.1 定常流动量方程 88
3.6.2 动量矩方程及应用 93
3.7
流体微团运动分析
95
3.7.1 流体微团运动分解 95
3.7.2 流体微团变形和旋转的特征量 95
3.8
流体的有旋流动
98
3.8.1 强制涡流 99
3.8.2 自由涡流 100
3.8.3 组合涡流 101
3.8.4 放射流和自由涡流的组合 102
3.9
黏性流体的运动微分方程
103
3.9.1 纳维-斯托克斯方程的建立 103
3.9.2 在简单边界条件下纳维-斯托克斯方程的精确解 106
3.10 欧拉运动方程与平面势流 109
3.10.1 空间欧拉运动方程 109
3.10.2 平面势流模型 110
3.10.3 平面势流的应用 116
思考题 117
习题 117
第4章 量纲分析与相似理论 123
4.1
量纲分析
123
4.2
相似理论
127
4.3
模型实验
131
思考题 132
习题 132
第5章 黏性流体的管内流动 133
5.1
流体流动的两种流动状态
133
5.2
圆管中的层流流动
136
5.3
圆管中的紊流流动
139
5.3.1 紊流的产生和脉动性 139
5.3.2 紊流附加应力和混合长度理论 140
5.3.3 圆管紊流的速度分布和紊流的结构 143
5.3.4 紊流速度分布的对数定律 144
5.3.5 紊流速度分布的指数定律 146
5.4
管路紊流的沿程水头损失
146
5.4.1 尼古拉兹实验 147
5.4.2 莫迪图 149
5.4.3 非圆形截面管流动沿程水头损失 152
5.5
局部水头损失
153
5.5.1 断面积急速变化的水头损失 153
5.5.2 断面渐扩管的水头损失 155
5.5.3 弯管的水头损失 157
5.5.4 阀门的水头损失 159
5.5.5 分支管、合流管的水头损失 161
5.6
管路的水力计算
163
5.6.1 管路工程计算简介 163
5.6.2 简单长管的水力计算 165
5.6.3 复杂管路的水力计算 167
5.6.4 短管的水力计算 171
5.7
气穴和汽蚀
174
5.8
有压管中的水击现象
176
5.9
管路的流体动力
180
思考题 181
习题 182
第6章 明渠流动 186
6.1
明渠 186
6.2
均匀流的平均速度公式
188
6.3
缓流、急流和临界水深
191
6.4
水跃和水跌
193
6.4.1 水跃 193
6.4.2 水跃 196
6.5
堰流 197
思考题 199
习题 199
第7章 黏性流体的绕流流动 201
7.1
绕流的阻力和升力
201
7.2
边界层 203
7.2.1 边界层分析 203
7.2.2 边界层的分离和压力阻力的产生 205
7.3
平板的摩擦阻力
207
7.3.1 层流边界层的摩擦阻力计算 208
7.3.2 紊流边界层的摩擦阻力计算 210
7.4
压力阻力
213
7.5
翼型及叶栅
218
*7.6 翼型绕流中环量和升力的产生 222
7.7
射流 224
7.7.1 射流的分类和形成 224
7.7.2 射流的特征和计算 225
7.7.3 温差（浓差）射流 229
思考题 229
习题 229
第8章 孔口、管嘴和缝隙的水力计算 234
8.1
孔口出流
234
8.1.1 定常水头下薄壁圆形小孔的稳定自由出流 234
8.1.2 定常水头下薄壁圆形小孔的稳定淹没出流 236
8.1.3 变水头孔口出流 237
8.2
管嘴出流
238
8.2.1 圆柱形管嘴定常出流 238
8.2.2 其他形状管嘴出流 239
8.3
缝隙流动
241
8.3.1 平行平板间的缝隙流动 241
8.3.2 圆环的缝隙流动 244
8.3.3 平行圆盘端面缝隙流动 245
思考题 247
习题 247
第9章 气体动力学基础 249
9.1
气体的状态参数
249
9.2
一元定常可压缩流动的基本方程
251
9.2.1 连续性方程 251
9.2.2 运动方程 251
9.2.3 能量方程 251
9.3
完全气体的过程方程
255
9.4
声速和马赫数
262
9.4.1 声速 262
9.4.2 马赫数 263
9.4.3 弱扰动在气流中的传播 264
9.5
一元定常等熵气流参数
265
9.5.1 滞止状态参数 265
9.5.2 极限速度和滞止声速 267
9.5.3 临界状态参数 267
9.6
气流参数与通道面积的关系
268
9.6.1 截面积的变化对气流参数的影响 268
9.6.2 收缩形喷管 270
9.6.3 缩扩形喷管拉伐尔喷管 273
9.7
激波简介
274
9.8
等截面摩擦管流
276
9.9
等截面换热管流
279
思考题 283
习题 284
附录A 压力的测量 285
附录B 流速和流量的测量 288
附录C 工程流体力学常用量及单位换算表 293
习题答案 295
参考文献 300
第1章 流体的性质
1
1.1
流体的基本概念 1
1.2
密度、 比容和饱和蒸汽压力 2
1.3
流体的压缩性 5
1.4
流体的黏性 6
1.5
液体的表面张力 11
1.6
作用在流体上的力 13
1.7
阅读材料：工程流体力学学习导论 14
思考题
17
习题
17
第2章
流体静力学 19
2.1
流体静压力及其特性 19
2.2
静止流体平衡方程 21
2.2.1 流体平衡微分方程式的建立
21
2.2.2 等压面
22
2.2.3 静力学基本方程式
22
2.2.4 静力学基本方程式的意义
24
2.3
流体静力学基本公式及其应用 24
2.3.1 流体静力学基本公式
25
2.3.2 流体静压力的表示方法和计量单位
26
2.3.3 液柱式测压计
27
2.4
其他质量力作用下的流体平衡 29
2.4.1 等加速水平运动容器中流体的相对平衡
29
2.4.2 等角速旋转容器中流体的相对平衡
30
2.4.3 工程应用
33
2.5
平衡液体对壁面的作用力 35
2.5.1 作用在平面上液体的总压力
35
2.5.2 作用在曲面上液体的总压力
40
2.5.3 压力体
42
2.6
浮力与浮体的稳定性 45
2.6.1 浮力
46
2.6.2 浮体的稳定性
48
思考题
50
习题
50
第3章
流体运动的基本方程 55
3.1
描述流体运动的基本概念 55
3.1.1 描述流体运动的方法
55
3.1.2 描述流场的基本概念
56
3.2
连续性方程 62
3.2.1 一元定常流动的连续性方程
62
3.2.2 空间流动的连续性方程
65
3.3
理想流体的运动微分方程 66
3.3.1 欧拉运动方程
66
3.3.2 理想流体的伯努利方程
69
3.3.3 伯努利方程的意义
70
3.4
总流的伯努利方程及其应用 70
3.4.1 总流的伯努利方程
70
3.4.2 伯努利方程的应用
74
3.4.3 水力坡度与水头线
80
3.5
伯努利方程的扩展 82
3.5.1 重力、离心力联合场的伯努利方程
82
3.5.2 分流量或合流量的伯努利方程
84
3.5.3 过流断面间有能量的输入和输出的伯努利方程
85
3.6
动量和动量矩方程 87
3.6.1 定常流动量方程
88
3.6.2 动量矩方程及应用
93
3.7
流体微团运动分析 95
3.7.1 流体微团运动分解
95
3.7.2 流体微团变形和旋转的特征量
95
3.8
流体的有旋流动 98
3.8.1 强制涡流
99
3.8.2 自由涡流
100
3.8.3 组合涡流
101
3.8.4 放射流和自由涡流的组合
102
3.9
黏性流体的运动微分方程 103
3.9.1 纳维-斯托克斯方程的建立 103
3.9.2 在简单边界条件下纳维-斯托克斯方程的精确解 106
3.10 欧拉运动方程与平面势流
109
3.10.1 空间欧拉运动方程
109
3.10.2 平面势流模型
110
3.10.3 平面势流的应用
116
思考题
117
习题
117
第4章
量纲分析与相似理论 123
4.1
量纲分析 123
4.2
相似理论 127
4.3
模型实验 131
思考题
132
习题
132
第5章
黏性流体的管内流动 133
5.1
流体流动的两种流动状态 133
5.2
圆管中的层流流动 136
5.3
圆管中的紊流流动 139
5.3.1 紊流的产生和脉动性
139
5.3.2 紊流附加应力和混合长度理论
140
5.3.3 圆管紊流的速度分布和紊流的结构
143
5.3.4 紊流速度分布的对数定律
144
5.3.5 紊流速度分布的指数定律
146
5.4
管路紊流的沿程水头损失 146
5.4.1 尼古拉兹实验
147
5.4.2 莫迪图
149
5.4.3 非圆形截面管流动沿程水头损失
152
5.5
局部水头损失 153
5.5.1 断面积急速变化的水头损失
153
5.5.2 断面渐扩管的水头损失
155
5.5.3 弯管的水头损失
157
5.5.4 阀门的水头损失
159
5.5.5 分支管、合流管的水头损失
161
5.6
管路的水力计算 163
5.6.1 管路工程计算简介
163
5.6.2 简单长管的水力计算
165
5.6.3 复杂管路的水力计算
167
5.6.4 短管的水力计算
171
5.7
气穴和汽蚀 174
5.8
有压管中的水击现象 176
5.9
管路的流体动力 180
思考题
181
习题
182
第6章
明渠流动 186
6.1
明渠 186
6.2
均匀流的平均速度公式 188
6.3
缓流、急流和临界水深 191
6.4
水跃和水跌 193
6.4.1 水跃
193
6.4.2 水跃
196
6.5
堰流 197
思考题
199
习题
199
第7章
黏性流体的绕流流动 201
7.1
绕流的阻力和升力 201
7.2
边界层 203
7.2.1 边界层分析
203
7.2.2 边界层的分离和压力阻力的产生
205
7.3
平板的摩擦阻力 207
7.3.1 层流边界层的摩擦阻力计算
208
7.3.2 紊流边界层的摩擦阻力计算
210
7.4
压力阻力 213
7.5
翼型及叶栅 218
*7.6 翼型绕流中环量和升力的产生
222
7.7
射流 224
7.7.1 射流的分类和形成
224
7.7.2 射流的特征和计算
225
7.7.3 温差（浓差）射流
229
思考题
229
习题
229
第8章
孔口、管嘴和缝隙的水力计算 234
8.1
孔口出流 234
8.1.1 定常水头下薄壁圆形小孔的稳定自由出流
234
8.1.2 定常水头下薄壁圆形小孔的稳定淹没出流
236
8.1.3 变水头孔口出流
237
8.2
管嘴出流 238
8.2.1 圆柱形管嘴定常出流
238
8.2.2 其他形状管嘴出流
239
8.3
缝隙流动 241
8.3.1 平行平板间的缝隙流动
241
8.3.2 圆环的缝隙流动
244
8.3.3 平行圆盘端面缝隙流动
245
思考题
247
习题
247
第9章
气体动力学基础 249
9.1
气体的状态参数 249
9.2
一元定常可压缩流动的基本方程 251
9.2.1 连续性方程
251
9.2.2 运动方程
251
9.2.3 能量方程
251
9.3
完全气体的过程方程 255
9.4
声速和马赫数 262
9.4.1 声速
262
9.4.2 马赫数
263
9.4.3 弱扰动在气流中的传播
264
9.5
一元定常等熵气流参数 265
9.5.1 滞止状态参数
265
9.5.2 极限速度和滞止声速
267
9.5.3 临界状态参数
267
9.6
气流参数与通道面积的关系 268
9.6.1 截面积的变化对气流参数的影响
268
9.6.2 收缩形喷管
270
9.6.3 缩扩形喷管拉伐尔喷管
273
9.7
激波简介 274
9.8
等截面摩擦管流 276
9.9
等截面换热管流 279
思考题
283
习题
284
附录A 压力的测量
285
附录B 流速和流量的测量
288
附录C 工程流体力学常用量及单位换算表
293
习题答案 295
参考文献 300
|
| 內容試閱：
|
随着工程学的发展，工程流体力学在能源动力工程、机械工程、建筑环境与能源应用工程、环境工程、石油和化学工程、航空航天工程以及生物工程等领域得到了广泛的应用与发展。工程流体力学是高等学校工程基础类课程。本书面向高等学校的学生和现场的技术人员尽可能地深入浅出讲解相关内容，使读者在具备基础高等数学和物理学的知识后，就能阅读和正确理解本书的内容。在本书的写作中，特别注重了以下几个方面：（1） 本书统一使用SI国际单位制。书中的符号进行严格的规定，便于读者在学习中更加容易保持概念的一致性。关于压力和压强的说法，因工程上习称为压力，又由于流体在工程概念上是没有强度的，所以本书作为工程流体力学，使用的是压力概念。（2） 流体流动是相当复杂的物理现象，除不得已情况外， 均以一元流动理论为主来讲解。书中的楷体字部分设置稍微详细的说明，以帮助理解。（3） 利用各种实验资料和实验数据解决工程上的一些实际问题，这种应用在第3、5、6、7章很明显，从而避免了繁琐的数学推导，使其计算结果很容易得到。（4） 书中通过例题帮助读者理解重要的概念和定律， 在各章末附有测试练习， 以提高解决问题的能力。对理论性较强的内容，比如平面势流问题等，通过联系实际应用，加深读者的理解，提高读者的学习兴趣。（5） 本书丰富了绕流的阻力和升力计算、浮体稳定性计算、局部阻力计算、明渠计算等内容，弥补了目前国内教材在该部分出现的短缺，为后续专业课的学习、技术开发和应用打下丰厚的基础。编著者一直从事流体传动和工程流体力学课程教学与科研工作，具有丰富的教学和现场工作经验。在编写本书时， 参考了国内外前辈许多贤人的著作和论文， 并得到了专业同事的支持与帮助。本书由重庆科技学院向伟编写完成，并绘制本书中的所有插图。限于水平，本书的不足之处在所难免，敬请读者批评指正。
编著者 向伟2016.9.29于重庆科技学院
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