目錄
第1章 流體物性及量綱 1
1.1 流體的連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 1
1.2 流體的可壓縮性和熱膨脹性 3
1.3 流體黏性 5
1.4 液體的汽化和氣化 8
1.5 液體的表面張力 10
例題 14
討論題 17
習(xí)題 17
第2章 流體靜力學(xué) 19
2.1 帕斯卡定律 19
2.2 重力場(chǎng)中靜水壓力基本方程式 20
2.3 流體壓力的測(cè)量和計(jì)算 23
2.3.1 氣壓計(jì) 23
2.3.2 測(cè)壓管 24
2.3.3 U形測(cè)壓管 24
2.4 作用于平壁面上靜水壓力的合力 25
2.5 作用于曲壁面上靜水壓力的合力 28
2.6 浮力和浮體穩(wěn)定性 29
例題 31
討論題 36
習(xí)題 37
第3章 流體運(yùn)動(dòng)學(xué) 40
3.1 描述流體運(yùn)動(dòng)的拉格朗日方法和歐拉方法 40
3.1.1 拉格朗日方法 40
3.1.2 歐拉方法 41
3.2 流體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)分析 43
3.2.1 流體微團(tuán)的位移運(yùn)動(dòng) 43
3.2.2 流體微團(tuán)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及旋轉(zhuǎn)角速度 43
3.2.3 流體微團(tuán)剪切角形變運(yùn)動(dòng)：剪切角形變率和流體黏性應(yīng)力本構(gòu)方程 45
3.2.4 流體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)膨脹率、流體線段伸縮形變運(yùn)動(dòng) 48
3.3 流體運(yùn)動(dòng)分類 49
3.3.1 不可壓縮流體運(yùn)動(dòng)和可壓縮流體運(yùn)動(dòng) 49
3.3.2 定常流動(dòng)和非定常流動(dòng) 49
3.3.3 三維空間流動(dòng)、二維平面流動(dòng)和一維管流或均流 50
3.3.4 實(shí)際流體的黏性流動(dòng)和無(wú)黏性理想流體的流動(dòng) 51
3.4 流體運(yùn)動(dòng)質(zhì)量守恒的連續(xù)性方程 51
3.5 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)邊界條件 53
例題 54
討論題 63
習(xí)題 65
第4章 流體動(dòng)力學(xué)基本方程式 68
4.1 積分形式流體動(dòng)量方程 68
4.1.1 直角坐標(biāo)系形式流體動(dòng)量方程 70
4.1.2 定常不可壓縮流體動(dòng)量方程 70
4.1.3 一維定常流動(dòng)的流體動(dòng)量方程 70
4.2 積分形式流體動(dòng)量矩方程 71
4.3 微分形式流體動(dòng)量方程 72
4.3.1 黏性系數(shù)為常數(shù)的流體 74
4.3.2 不可壓縮和黏性系數(shù)為常數(shù)的流體 74
4.3.3 無(wú)黏性流體 75
4.3.4 靜止流體平衡的微分方程 75
4.3.5 柱坐標(biāo)中流體運(yùn)動(dòng)微分方程 76
4.3.6 相對(duì)動(dòng)坐標(biāo)系的流體運(yùn)動(dòng)微分方程 77
4.4 伯努利方程 78
4.4.1 伯努利方程的幾何意義 79
4.4.2 伯努利方程的物理意義 80
4.4.3 準(zhǔn)一維定常流伯努利方程 80
4.4.4 忽略重力作用的伯努利方程 81
4.5 伯努利方程的應(yīng)用 82
4.5.1 小孔出流 82
4.5.2 畢托管（測(cè)速管） 83
4.5.3 文丘里流量計(jì) 84
4.5.4 虹吸坐便器 85
4.6 無(wú)量綱流體動(dòng)力學(xué)基本方程、相似準(zhǔn)則和量綱分析法 86
4.6.1 管流阻力水頭損失計(jì)算的達(dá)西-韋斯巴哈公式 90
4.6.2 物體在流體中運(yùn)動(dòng)阻力計(jì)算的通用公式的推導(dǎo) 91
例題 92
討論題 109
習(xí)題 112
第5章 流體渦旋運(yùn)動(dòng)理論基礎(chǔ) 118
5.1 渦特性和渦流 118
5.2 斯托克斯定理 120
5.3 湯姆孫定理 122
5.3.1 理想流體中機(jī)翼升力產(chǎn)生 123
5.3.2 盆池渦現(xiàn)象解釋 123
5.3.3 非正壓流體產(chǎn)生的環(huán)流 124
5.4 亥姆霍茲渦定理 125
5.4.1 亥姆霍茲**渦定理的證明 125
5.4.2 亥姆霍茲第二渦定理的證明 126
5.4.3 亥姆霍茲第三渦定理的證明 126
5.5 蘭金渦 127
5.6 畢奧-薩伐爾定律 129
5.6.1 無(wú)窮長(zhǎng)直線渦（或渦束）的誘導(dǎo)速度 129
5.6.2 半無(wú)窮長(zhǎng)直線渦（或渦束）的誘導(dǎo)速度 130
5.6.3 對(duì)有限長(zhǎng)度直線渦截段的誘導(dǎo)速度 131
5.6.4 渦環(huán)的自誘導(dǎo)速度和相互作用 131
例題 132
討論題 137
習(xí)題 138
第6章 勢(shì)流理論基礎(chǔ) 141
6.1 速度勢(shì) 141
6.2 二維不可壓縮流動(dòng)的流函數(shù) 144
6.3 二維平面勢(shì)流基本解 145
6.3.1 均流 145
6.3.2 線源和線匯 146
6.3.3 偶極子 147
6.3.4 環(huán)流或線渦（點(diǎn)渦） 148
6.4 均流繞圓柱體以流動(dòng) 達(dá)朗貝爾佯謬 149
6.5 均流繞旋轉(zhuǎn)圓柱體流動(dòng)勢(shì)流解 馬格努斯效應(yīng) 152
6.6 機(jī)翼升力：庫(kù)塔-茹科夫斯基定理 154
例題 157
討論題 162
習(xí)題 163
第7章 黏性流體動(dòng)力學(xué) 165
7.1 層流和湍流 165
7.1.1 雷諾實(shí)驗(yàn) 165
7.1.2 湍流主要特征 166
7.1.3 邊界層中的層流和湍流 168
7.2 層流流動(dòng)理論解 170
7.2.1 等直徑圓管中定常層流 170
7.2.2 庫(kù)埃特流 172
7.3 圓管內(nèi)湍流場(chǎng)的時(shí)均速度分布 173
7.3.1 內(nèi)層區(qū) 174
7.3.2 外層區(qū) 175
7.3.3 重疊區(qū)的對(duì)數(shù)律 175
7.3.4 壁面粗糙度效應(yīng) 176
7.4 管流水頭損失 177
7.4.1 沿程水頭損失 177
7.4.2 局部水頭損失 179
7.5 管道水力計(jì)算概述 182
7.5.1 管路總水頭損失和耗能功率 182
7.5.2 管路直徑的選擇及水錘現(xiàn)象 183
7.5.3 通過(guò)管路的流量 185
7.6 管流減阻的湍流減阻效應(yīng) 185
7.7 邊界層理論 186
7.7.1 邊界層方程 186
7.7.2 邊界層動(dòng)量積分方程 188
7.7.3 邊界層排擠厚度 191
7.8 邊界層分離 192
7.8.1 邊界層分離概念 192
7.8.2 圓柱體繞流和馮?卡門渦街 194
7.8.3 球的空氣動(dòng)力學(xué) 196
7.8.4 機(jī)翼在大攻角時(shí)的失速 198
7.9 物體在流體中運(yùn)動(dòng)的阻力 199
7.9.1 流體摩擦阻力 200
7.9.2 潛沒(méi)物體和鈍體的阻力 200
7.10 Gray悖論：物體在流體中的減阻 202
7.10.1 流線體減阻 202
7.10.2 柔順物面減阻 203
7.10.3 物面分泌滑液或涂料減阻 203
7.10.4 物面微槽減阻 203
7.10.5 微氣泡和氣膜減阻 204
7.11 湍流理論概述 206
7.11.1 湍流特征 206
7.11.2 雷諾平均N-S方程求解法 207
7.11.3 柯?tīng)柲�哥洛夫湍流理論和湍流尺�?209
7.11.4 求解湍流問(wèn)題的直接數(shù)值模擬方法 213
例題 214
討論題 232
習(xí)題 232
第8章 液體噴射和霧化的理論基礎(chǔ) 240
8.1 液體噴射和霧化引論 240
8.1.1 噴射圖形或類型 240
8.1.2 噴射流量 241
8.1.3 噴射沖擊力 241
8.1.4 噴射角和噴射覆蓋范圍 241
8.1.5 噴射流中液滴大小 242
8.2 霧化形成過(guò)程及其機(jī)理概述 245
8.2.1 滴落狀態(tài) 246
8.2.2 瑞利狀態(tài) 246
8.2.3 **風(fēng)誘導(dǎo)狀態(tài) 246
8.2.4 第二風(fēng)誘導(dǎo)狀態(tài) 246
8.2.5 霧化狀態(tài) 247
8.3 開(kāi)爾文-亥姆霍茲不穩(wěn)定性 248
8.4 瑞利-泰勒不穩(wěn)定性 251
8.5 測(cè)定噴霧滴徑分布的經(jīng)驗(yàn)方法 257
8.5.1 羅辛-拉姆勒分布方程 258
8.5.2 撥山-柵澤分布方程 259
8.6 利用熵原理預(yù)測(cè)噴射流中滴徑大小分布和速度分布 262
8.6.1 熵原理簡(jiǎn)述 262
8.6.2 利用熵原理預(yù)測(cè)液體噴射流中滴徑大小分布和速度分布的概率 264
8.7 兩種不同流體交界面上表面張力的幾個(gè)公式 268
8.7.1 楊-拉普拉斯公式 268
8.7.2 兩種不同流體交界面上沿切割線的表面張力的線積分轉(zhuǎn)化為面積分后的一個(gè)公式 269
8.7.3 曲率的散度公式 270
8.8 兩種不同流體交界面上流體邊界條件 270
8.8.1 兩種不同流體交界面上流體運(yùn)動(dòng)學(xué)邊界條件 270
8.8.2 兩種不同流體交界面上法向和切向的流體應(yīng)力邊界條件 271
例題 272
討論題 275
習(xí)題 276
第9章 一維可壓縮流動(dòng) 278
9.1 氣體流動(dòng)熱力學(xué)基本知識(shí) 278
9.1.1 氣體狀態(tài)方程 278
9.1.2 完全氣體 279
9.1.3 熱力學(xué)**定律 279
9.1.4 熱力學(xué)第二定律：熵方程 281
9.2 聲速 馬赫數(shù) 282
9.3 一維氣流基本方程 284
9.3.1 連續(xù)性方程 284
9.3.2 動(dòng)量方程 285
9.3.3 能量方程 285
9.3.4 等熵方程 285
9.4 一維定常等熵流動(dòng) 286
9.5 正激波理論 290
9.5.1 激波的概念 290
9.5.2 正激波理論 291
9.6 縮放管中氣體流動(dòng) 295
9.7 范諾流 296
9.7.1 范諾流的概念 296
9.7.2 范諾關(guān)系式 297
9.7.3 摩擦（黏性）堵塞效應(yīng) 300
9.8 瑞利流 301
9.8.1 瑞利流的概念 301
9.8.2 瑞利關(guān)系式 303
9.8.3 熱的堵塞效應(yīng) 304
9.9 一維非定常流等截面管道中壓力波和特征線求解方法 304
9.9.1 特征線概念 305
9.9.2 特征線關(guān)系式 306
9.9.3 波的反射 307
9.9.4 特征線方法 309
9.10 斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)引射器設(shè)計(jì) 310
例題 314
討論題 330
習(xí)題 330
參考文獻(xiàn) 333
附錄1 單位和量綱 334
附錄2 常用矢量運(yùn)算公式及標(biāo)記法 336
附錄3 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下水的物理性質(zhì)表 339
附錄4 龍卷風(fēng)分級(jí)（F0～F6） 340
附錄5 一維定常等熵流動(dòng)氣動(dòng)函數(shù)表（=1.4） 341
附錄6 正激波氣動(dòng)函數(shù)表（=1.4） 346
附錄7 范諾流動(dòng)函數(shù)表（=1.4） 349
附錄8 瑞利流動(dòng)函數(shù)表（=1.4） 354