流体力学 吴静萍,刘艾明 编 大中专 文轩网

前言
第0章 绪论 1
0.1 流体力学的研究内容、研究对象及应用 1
0.2 流体力学的研究方法 1
0.3 流体力学的解题思路 2
0.4 流体力学的发展简史 3
0.5 流体力学课程的特点 3
第1章 流体及其物理特性 4
1.1 流体连续介质模型 4
1.2 作用于流体上的力 8
1.3 流体的易流动性及特点 11
1.3.1 易流动性 11
1.3.2 液体的气化和汽化 12
1.4 流体的密度和重度 13
1.4.1 流体的密度 13
1.4.2 流体的重度 14
1.5 流体的压缩性和膨胀性 14
1.5.1 流体的压缩性 14
1.5.2 流体的膨胀性 15
1.5.3 可压缩性判断标准 15
1.5.4 几个可压缩流体概念 16
1.5.5 正压流体和斜压流体 16
1.6 流体的黏性 17
1.6.1 流体黏性的表现 17
1.6.2 牛顿内摩擦定律 18
1.6.3 流体的黏度 20
1.6.4 雷诺数 23
1.7 液体的表面张力 24
1.7.1 表面张力的产生 24
1.7.2 润湿现象 25
1.7.3 毛细现象 26
1.7.4 韦伯数 26
1.8 例题选讲 26
测试题1 28
习题1 28
拓展题1 29
第2章 流体静力学 30
2.1 静止流体的静压强特性 30
2.2 重力场中的流体静力学基本方程 32
2.2.1 欧拉平衡微分方程 32
2.2.2 流体静力学基本方程 33
2.2.3 重力场中的流体静压分布规律 35
2.2.4 帕斯卡原理的应用 36
2.3 流体压强的测量和计算 36
2.3.1 压强的三种表示方法 37
2.3.2 压强的测量和计算 37
2.4 静止流体作用于平壁面上的合力 39
2.4.1 静压强合力的大小和方向 40
2.4.2 静压强合力的作用点 41
2.5 静止流体作用于曲壁面上的合力 42
2.5.1 曲壁面上静压强的合力大小和方向 42
2.5.2 静压强合力的作用点 44
2.5.3 压力体 44
2.6 浮力和浮体稳定性 45
2.6.1 阿基米德浮力定律 45
2.6.2 浮体稳定性 46
2.7 例题选讲 47
测试题2 49
习题2 49
拓展题2 50
第3章 流体运动学 51
3.1 流体运动分类 51
3.1.1 定常流动与非定常流动 51
3.1.2 无限流场、半无限流场和有限流场 52
3.1.3 内流与外流 52
3.1.4 一维流、二维流和三维流 52
3.1.5 均匀流动与非均匀流动 54
3.2 描述流体运动的两种方法 54
3.2.1 拉格朗日法 54
3.2.2 欧拉法 55
3.2.3 拉格朗日法和欧拉法的转换 58
3.3 描述流场的几个概念 60
3.3.1 迹线 60
3.3.2 流线 61
3.3.3 脉线 62
3.3.4 流管、流量与总流 63
3.4 流体微团的运动分析 64
3.4.1 亥姆霍兹速度分解定理 65
3.4.2 各速度的物理意义 67
3.4.3 无旋流动与速度势 70
3.4.4 本构方程 71
3.5 流体运动连续性方程 73
3.5.1 积分形式连续性方程 73
3.5.2 微分形式连续性方程 75
3.6 例题选讲 77
测试题3 84
习题3 85
拓展题3 85
第4章 流体动力学 86
4.1 理想流体的运动微分方程 86
4.1.1 理想流体的运动微分方程推导 86
4.1.2 方程组的封闭性 88
4.1.3 柱坐标系和球坐标系下的欧拉运动微分方程 89
4.2 理想流体拉格朗日方程 89
4.3 理想流体伯努利方程 91
4.3.1 伯努利方程推导 91
4.3.2 伯努利方程的几何意义和物理意义 93
4.3.3 其他形式的伯努利方程 95
4.4 伯努利方程的应用 97
4.5 黏性流体的运动微分方程 103
4.5.1 黏性流体的表面应力 103
4.5.2 纳维-斯托克斯方程 105
4.6 初始条件与边界条件 108
4.6.1 初始条件 108
4.6.2 几种基本的流场边界 108
4.6.3 边界条件 110
4.7 积分形式的动量方程 112
4.7.1 定常流动的积分形式动量方程 112
4.7.2 一维定常不可压缩流动的积分形式动量方程 113
4.7.3 非定常流动的积分形式动量方程 114
4.8 例题选讲 115
测试题4 119
习题4 120
拓展题4 121
第5章 涡旋理论 122
5.1 涡旋流动的基本概念 122
5.1.1 有旋流动 无旋流动 涡流 122
5.1.2 涡线 涡管 124
5.1.3 涡旋强度 速度环量 125
5.2 几种简单无旋、有旋流动 126
5.2.1 均匀流动 126
5.2.2 平行剪切流动 126
5.2.3 强制涡流 127
5.2.4 自由涡流 128
5.3 斯托克斯定理 128
5.3.1 斯托克斯定理概述 128
5.3.2 斯托克斯定理的修正 130
5.3.3 斯托克斯定理的推论 131
5.4 汤姆孙定理 131
5.5 亥姆霍兹涡定理 133
5.5.1 亥姆霍兹第一定理 133
5.5.2 亥姆霍兹第二定理 134
5.5.3 亥姆霍兹第三定理 134
5.6 毕奥-萨伐尔定律 点涡诱导速度 135
5.6.1 直涡线的诱导速度场 135
5.6.2 有限长直涡索的诱导速度场 135
5.6.3 点涡诱导速度 137
5.7 兰金组合涡 137
5.7.1 兰金组合涡模型 137
5.7.2 有自由面的涡流 140
5.7.3 龙卷风和台风 140
5.8 例题选讲 141
测试题5 143
习题5 144
拓展题5 145
第6章 势流理论 146
6.1 速度势与流函数 146
6.1.1 速度势函数 146
6.1.2 流函数 148
6.1.3 势流理论求解思路 150
6.2 几种简单的平面势流 151
6.2.1 均匀流 151
6.2.2 点源和点汇 152
6.2.3 偶极子 153
6.2.4 点涡 156
6.2.5 螺旋流动 156
6.3 圆柱体无环量绕流 达朗贝尔佯谬 157
6.3.1 边界条件 158
6.3.2 速度势和流函数 158
6.3.3 验证边界条件 159
6.3.4 物面速度变化特点 160
6.3.5 物面压强分布 161
6.3.6 圆柱体所受流体作用力 161
6.4 圆柱体有环量绕流 马格努斯效应 162
6.4.1 速度势和流函数 162
6.4.2 圆柱面速度分布 163
6.4.3 驻点位置 163
6.4.4 圆柱面压强分布 164
6.4.5 圆柱体所受的流体作用力 164
6.4.6 马格努斯效应 165
6.5 非定常运动物体的附加质量 166
6.5.1 附加惯性力和附加质量 167
6.5.2 附加质量计算 单位速度势 167
6.5.3 绝对运动的速度势 169
6.5.4 非匀速圆柱绕流的附加质量 170
6.5.5 六自由度摇荡运动的附加质量 170
6.6 例题选讲 171
测试题6 174
习题6 174
拓展题6 175
第7章 波浪理论 176
7.1 概述 176
7.2 水波的势流解求解方程式 177
7.3 Airy线性波理论 179
7.4 Airy线性波波动特性 181
7.4.1 Airy水波的波形分析 181
7.4.2 Airy水波的色散关系式 181
7.4.3 水波的分类 182
7.4.4 Airy水波中流体质点速度和加速度 182
7.4.5 Airy水波中流体质点轨迹 183
7.4.6 Airy水波中流体压力分布 184
7.5 波群与波群速 186
7.6 波能及波能传播 187
7.6.1 波浪的能量 187
7.6.2 波能流 188
7.6.3 船舶兴波阻力 189
7.7 有限振幅波（非线性波）理论 189
7.7.1 有限振幅斯托克斯波理论 189
7.7.2 斯托克斯波的二阶解 192
7.7.3 三阶斯托克斯波浪理论 195
7.7.4 五阶斯托克斯波浪理论 196
7.7.5 极限波陡 199
7.8 不规则波的理论基础 199
7.8.1 不规则波的基本概念 199
7.8.2 随机过程 200
7.9 波浪谱基础知识 201
7.9.1 波浪谱的概念 201
7.9.2 常用的波浪谱公式 203
7.10 波浪能的利用 206
7.10.1 波浪能的储备 206
7.10.2 波浪能的应用 206
7.10.3 波浪能的主要利用方式 206
7.10.4 波浪能的发电装置 207
7.10.5 波浪能的发展前景 209
7.11 例题选讲 210
测试题7 211
习题7 212
拓展题7 212
第8章 管路、孔口和管嘴的黏性流动 213
8.1 管道层流流动和湍流流动 213
8.1.1 雷诺实验 213
8.1.2 层流流动与湍流流动状态判断 214
8.2 圆管中的层流流动 216
8.2.1 流速分布 216
8.2.2 流量计算 217
8.2.3 切应力分布 218
8.3 圆管中的湍流流动 218
8.3.1 时均速度 218
8.3.2 圆管湍流速度 219
8.3.3 圆管湍流应力 220
8.3.4 水力光滑管 水力粗糙管 221
8.4 黏性总流伯努利方程与水头损失 222
8.4.1 黏性总流伯努利方程 222
8.4.2 能量损失水头 222
8.5 管流水头损失系数 223
8.5.1 沿程水头损失系数 223
8.5.2 局部水头损失系数 225
8.6 复杂管路水力计算 228
8.6.1 管路分类 228
8.6.2 串联管路 229
8.6.3 并联管路 229
8.7 孔口和管嘴出流 229
8.7.1 孔口出流的分类 230
8.7.2 薄壁孔口的定常自由出流 231
8.7.3 厚壁孔口的定常自由出流 232
8.7.4 各类型孔口出流性能比较 233
8.8 缝隙流动 234
8.8.1 两固定平行平板间的缝隙流动 234
8.8.2 具有相对运动的两平行平板间的缝隙流动 235
8.9 管路中的水击现象 236
8.9.1 水击波的传播 237
8.9.2 优选压力和传播速度 238
8.10 例题选讲 239
测试题8 242
习题8 243
拓展题8 244
第9章 黏性流体绕流流动 245
9.1 边界层基本概念及特征 245
9.2 边界层微分方程 247
9.3 平板边界层流动 248
9.4 边界层的排挤厚度及动量损失厚度 250
9.5 边界层积分方程 251
9.6 平板层流边界层 252
9.7 平板湍流边界层 253
9.8 平板混合边界层 255
9.9 边界层分离 257
9.9.1 边界层分离的概念 257
9.9.2 圆柱体绕流和卡门涡街 258
9.9.3 球的空气动力学 260
9.10 绕物体流动的阻力 263
9.10.1 钝体阻力 263
9.10.2 流线型物体阻力 264
9.11 减阻方法 264
9.11.1 流线型设计 264
9.11.2 避免尖点 265
9.11.3 加导流片 265
9.11.4 边界层控制 266
9.11.5 采用层流翼型 266
9.11.6 聚合物溶液的减阻作用 267
9.12 减阻技术简介 267
9.12.1 对海豚外形的研究 267
9.12.2 仿生表面微结构减阻 267
9.12.3 利用微气泡、气膜润滑和人工气腔减阻 268
9.13 例题选讲 269
测试题9 270
习题9 271
拓展题9 271
第10章 机翼理论 272
10.1 概述 272
10.1.1 翼型的几何参数及其定义 272
10.1.2 机翼的平面图形 274
10.1.3 机翼的流动特性定义 275
10.2 翼剖面升力 库塔-茹科夫斯基定理 276
10.2.1 翼剖面绕流环量形成的物理过程 276
10.2.2 库塔-茹科夫斯基定理 278
10.2.3 库塔条件 279
10.2.4 有攻角的平板翼剖面的理论解 279
10.3 实用翼型的流体动力特性 281
10.3.1 升力系数 281
10.3.2 阻力系数 282
10.3.3 极曲线282
10.3.4 俯仰力矩系数 282
10.4 有限翼展机翼 283
10.4.1 有限翼展机翼绕流三维效应 283
10.4.2 升力线理论 284
10.5 例题选讲 291
测试题10 291
习题10 292
拓展题10 292
第11章 模型实验理论基础 293
11.1 相似的基本概念 293
11.1.1 几何相似 293
11.1.2 运动相似 294
11.1.3 动力相似 294
11.2 无量纲流体动力学基本方程和相似准则数 296
11.2.1 不可压缩N-S方程无量纲化 296
11.2.2 相似准则数 297
11.3 量纲分析法 298
11.3.1 基本量和导出量 298
11.3.2 量纲齐次性原理 299
11.3.3 π定理 300
11.4 相似准则与实验 301
11.5 例题选讲 302
测试题11 304
习题11 305
拓展题11 305
参考文献 306
附录1 常用矢量公式及标记法 308
附录2 双曲函数及其渐近值 312
附录3 标准大气压下不同温度时空气和水的黏度以及水的汽化压力和表面张力 313