流体力学

序
前言

第1章流体的物理性质及流体静力学1
1 1流体的定义及连续介质假定1
1 1 1流体的定义1
1 1 2连续介质假定1
1 2流体的密度和黏性2
1 2 1流体的密度2
1 2 2流体的黏性2
1 3流体的其他性质5
1 3 1可压缩性与膨胀性5
1 3 2液体的汽化和空化6
1 3 3表面张力与毛细现象7
1 4作用在流体上的力8
1 4 1表面力8
1 4 2质量力8
1 5流体静压特性及静止流体的压力分布9
1 5 1流体静压特性9
1 5 2静止流体的压力分布10
1 5 3压力测量17
1 6静止流体作用在壁面上的力19
1 6 1作用在平板上的流体总压力19
1 6 2作用在曲面上的流体总压力21
1 6 3关于压力体22
1 6 4阿基米德浮力原理24
习题24

第2章流体力学的基本方程30
2 1描述流体运动的两种方法30
2 1 1拉格朗日法30
2 1 2欧拉法31
2 2流体运动中的基本概念34
2 2 1定常流动和非定常流动34
2 2 2迹线和流线34
2 2 3流管、流束、流量和平均流速36
2 2 4均匀流动和非均匀流动37
2 2 5一元流动、二元流动和三元流动37
2 3连续性方程38
目录流 体 力 学2 3 1连续性微分方程38
2 3 2连续性积分方程40
2 4运动微分方程41
2 4 1理想流体的运动微分方程41
2 4 2黏性不可压缩流体的运动微分方程43
2 5伯努利方程45
2 5 1理想流体沿流线的伯努利方程45
2 5 2理想流体总流的伯努利方程47
2 5 3实际流体总流的伯努利方程48
2 5 4理想流体相对运动的伯努利方程49
2 5 5伯努利方程的应用50
2 6动量积分方程和动量矩积分方程及其应用52
2 6 1动量积分方程52
2 6 2动量矩积分方程52
2 6 3动量积分方程和动量矩积分方程的应用53
习题57

第3章管流和边界层概述61
3 1黏性流体运动的两种流态61
3 2管流水头损失63
3 2 1沿程水头损失64
3 2 2局部水头损失64
3 2 3总能量损失64
3 3圆管中的层流运动65
3 3 1过流断面上流速的分布规律65
3 3 2流量计算66
3 3 3切应力分布67
3 3 4沿程阻力损失67
3 4圆管中的湍流流动68
3 4 1湍流脉动现象及时均化68
3 4 2湍流的速度结构与水力光滑管和水力粗糙管69
3 4 3湍流切应力分布及断面速度分布70
3 4 4圆管内湍流运动的沿程损失72
3 5局部阻力系数的确定74
3 5 1断面突然扩大的局部阻力系数74
3 5 2常见障碍的局部阻力系数75
3 6管流水力计算76
3 6 1串联管路76
3 6 2并联管路77
3 7管路中的水击现象79
3 7 1水击波的传播79
3 7 2水击产生的第一压强升高值δp和水击波的传播速度c80
3 8边界层概述82
3 8 1边界层的概念82
3 8 2平板边界层的近似计算83
3 8 3曲面边界层的分离84
3 8 4物体的阻力85
3 8 5管道进口流动和充分发展的流动86
习题88

第4章孔口出流与缝隙流动91
4 1孔口出流的分类91
4 2薄壁孔口的定常自由出流92
4 3厚壁孔口的定常自由出流94
4 4各种孔口出流性能的比较95
4 5平行平板之间的缝隙流动97
4 5 1两固定平行平板间的缝隙流动97
4 5 2具有相对运动的两平行平板间的缝隙流动99
4 5 3具有相对运动的两平行平板的第一缝隙高度99
4 6圆环间隙的缝隙流动100
4 6 1同心圆环间的缝隙流动100
4 6 2偏心圆柱环形缝隙流动100
4 7平行圆板间的径向层流流动103
4 7 1压差流动103
4 7 2挤压流动104
4 8倾斜平板之间的缝隙流动105
习题107

第5章相似理论和量纲分析110
5 1相似理论110
5 1 1力学相似110
5 1 2相似准则112
5 2量纲分析114
5 2 1单位和量纲114
5 2 2量纲分析法114
习题117

第6章可压缩气体的一元流动119
6 1声速和马赫数119
6 1 1声速119
6 1 2马赫数121
6 2可压缩气体一元流动的基本方程式122
6 2 1可压缩气体总流的连续性方程式123
6 2 2可压缩气体的能量方程式123
6 3一元气流的基本特性125
6 3 1滞止状态和滞止参数125
6 3 2第一速度状态126
6 3 3临界状态和临界参数127
6 4气体在变截面管（喷管）中的流动128
6 4 1流动参数和截面面积的关系128
6 4 2渐缩喷管和拉瓦尔喷管130
6 5在等截面管中有摩擦的绝热流动134
6 5 1有摩擦时管道截面面积与速度变化的关系134
6 5 2有摩擦等截面管流的第一管长136
习题137

第7章旋涡基本理论139
7 1旋涡运动的基本概念139
7 1 1涡量和平均旋转角速度139
7 1 2涡线、涡面和涡管141
7 1 3涡管强度和速度环流142
7 2速度环流定理143
7 3汤姆孙定理145
7 4拉格朗日定理146
7 5亥姆霍兹定理147
7 6旋涡的诱导速度148
7 6 1毕奥萨伐尔定律149
7 6 2诱导速度公式150
7 7兰金涡153
7 7 1速度分布153
7 7 2压力分布154
7 7 3有自由面的情形154
习题155

第8章不可压缩势流157
8 1速度势和流函数157
8 1 1速度势函数157
8 1 2流函数158
8 2不可压缩势流的基本方程和边界条件160
8 2 1不可压缩势流的质量守恒方程160
8 2 2欧拉方程的积分160
8 2 3边界条件和解法概述162
8 3复势与复速度163
8 4几种基本的平面势流及其叠加165
8 4 1均匀流165
8 4 2点源和点汇166
8 4 3点涡167
8 4 4势流的叠加167
8 5圆柱体绕流170
8 5 1圆柱体无环流绕流170
8 5 2圆柱体有环流绕流172
8 6布拉休斯公式174
8 7库塔茹科夫斯基定理175
8 7 1库塔茹科夫斯基定理的证明175
8 7 2决定环量的后缘条件177
8 8映像法177
8 8 1直壁的干扰178
8 8 2圆形壁的干扰180
8 8 3地面效应181
8 8 4风洞壁和水池壁产生的映像181
8 9附加质量182
8 9 1基本概念和公式182
8 9 2第一速度势、相对速度势和牵连速度势184
8 9 3圆柱体的附加质量184
8 9 4一般情形185
习题186

第9章波浪理论189
9 1波浪的概念189
9 2微振幅波的基本方程和边界条件191
9 3无限水深中的进行波193
9 4有限水深中的进行波198
9 5波的能量和兴波阻力的概念202
9 6波群和群速度206
9 7不规则波的概念207
习题209

第10章机翼理论210
10 1有限翼展机翼210
10 1 1机翼的几何参数和术语210
10 1 2有限翼展机翼210
10 1 3下洗和诱导阻力211
10 2升力线理论213
10 2 1有限翼展机翼的升力模型213
10 2 2升力线理论的一般公式214
10 2 3无扭转机翼214
10 3展弦比换算式215
习题217

附录部分习题参考答案218

参考文献223