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第1章 流体的物理性质1

1.1 流体的力学特征和连续介质假设1

1.1.1 流体特性及其连续介质假定1

1.1.2 密度、比容、相对密度和重度2

1.1.3 流体压缩性、可压流与不可压流3

1.1.4 黏性、有黏流和无黏流5

1.2 作用在流体上的力：质量力和表面力10

1.2.1 作用在流体上的力10

1.2.2 单位与量纲10

1.3 欧拉平衡方程和等压面11

1.3.1 流体静压强及其特性11

1.3.2 流体平衡微分方程及其积分，等压面13

1.4 重力作用下大气压强随高度的变化16

1.4.1 气体等温状态下的平衡规律17

1.4.2 国际标准大气17

1.5 静止流体对固体壁面的作用力18

1.5.1 作用在平面上的总压力18

1.5.2 流体对曲面的作用力24

1.6 绝对压强，相对压强，真空度，压强的测量27

1.6.1 绝对压强，相对压强，真空度27

1.6.2 压强的测量28

1.7 流体的输运性质32

1.7.1 热能输运——热传导现象32

1.7.2 质量输运——扩散现象33

1.8 流体的表面张力和毛细现象34

习题35

第2章 流体运动学基本概念37

2.1 流体运动的描述37

2.1.1 流场和流体微团37

2.1.2 研究流体运动的两种方法38

2.1.3 随流导数、迹线、流线和流管39

2.2 流体微团运动分析45

2.2.1 流体微团的基本运动形式46

2.2.2 流体微团的平移运动、线变形及体变形、角变形和旋转运动47

2.3 流体运动分类53

2.3.1 定常流和非定常流53

2.3.2 一维流、二维流、三维流54

2.3.3 有旋流与无旋流54

2.3.4 绝热流动、等熵流动和均熵流动58

2.4 势函数与流函数58

2.4.1 势函数？58

2.4.2 平面流的流函数ψ59

2.4.3 流函数ψ的性质60

2.4.4 势函数方程和流函数方程——拉普拉斯方程61

2.4.5 等势线和等流函数线的正交性62

2.5 几种简单平面势流及其叠加势流63

2.5.1 均直流63

2.5.2 点源、点汇64

2.5.3 点涡64

2.5.4 势流的叠加原理65

2.5.5 螺旋流和偶极流66

2.5.6 无环量的圆柱绕流68

2.5.7 有环量的圆柱绕流——儒科夫斯基升力理论70

习题71

第3章 流体动力学基本方程73

3.1 经典力学的基本定律与雷诺（Reynolds）输运定理73

3.1.1 经典力学的基本定律73

3.1.2 雷诺输运定理74

3.2 连续方程76

3.2.1 用于控制体积的积分形式连续方程76

3.2.2 微分形式的连续方程78

3.3 理想流体动量方程80

3.3.1 控制体积的积分形式动量方程80

3.3.2 理想无黏流体微分形式动量方程——Euler（欧拉）运动方程85

3.4 实际有黏流体动量方程：N-S（纳维-斯托克斯）方程86

3.4.1 实际有黏流体的应力和应力形式的运动微分方程86

3.4.2 N-S（纳维-斯托克斯）方程组88

3.4.3 N-S方程的一个经典解析解——Couette流动90

3.5 不可压和可压流伯努利方程92

3.5.1 不可压流伯努利方程92

3.5.2 可压流伯努利方程93

3.6 伯努利方程的应用94

3.6.1 伯努利方程的扩展94

3.6.2 伯努利方程的应用举例95

3.7 动量矩方程99

3.8 能量方程102

3.8.1 积分形式的能量方程102

3.8.2 微分形式的能量方程106

习题106

第4章 相似原理111

4.1 相似现象113

4.1.1 几何相似113

4.1.2 运动相似114

4.1.3 动力相似115

4.2 相似理论——相似三定理115

4.2.1 相似第一定理115

4.2.2 相似第二定理117

4.2.3 相似第三定理117

4.3 相似准则的确定118

4.3.1 方程分析法118

4.3.2 量纲分析法120

4.3.3 常用相似准则的物理意义124

4.4 流体动力学的模型试验研究125

4.4.1 全面力学相似的模型试验125

4.4.2 近似相似的模型试验125

4.4.3 试验研究的基本要点126

习题131

第5章 湍流基础与不可压管流损失133

5.1 层流、湍流和流动损失分类133

5.1.1 雷诺实验和层流、湍流133

5.1.2 流态的判别134

5.1.3 水头损失与流速的关系136

5.2 湍流基础137

5.2.1 湍流的一般定义和描述137

5.2.2 湍流的统计平均和半经验理论138

5.3 圆管中的流速分布及沿程损失计算143

5.3.1 充分发展的等直圆管层流流动143

5.3.2 充分发展的圆管湍流流动146

5.4 局部损失154

5.4.1 典型局部损失区域的流动特征及损失计算154

5.4.2 减少管内局部损失的方法159

5.4.3 局部损失的利用——迷宫式篦齿封严160

5.5 管路计算基础161

5.5.1 同径串联管路161

5.5.2 异径串联管路162

5.5.3 并联管路162

5.5.4 枝状管网系统163

5.5.5 环状管网系统163

5.6 湍流射流的基本特性167

5.6.1 自由沉没射流的结构168

5.6.2 自由沉没射流的参数分布规律169

习题173

第6章 边界层理论基础176

6.1 边界层理论的历史背景176

6.2 边界层的基本概念177

6.2.1 边界层的形成177

6.2.2 边界层的发展178

6.2.3 边界层厚度参数的定义和形状因子179

6.3 边界层微分方程182

6.4 边界层的动量积分方程184

6.5 边界层的求解186

6.5.1 边界层的相似解法186

6.5.2 边界层的数值解法187

6.5.3 边界层的近似解法187

6.5.4 平板边界层近似求解187

6.6 边界层的分离及控制191

6.6.1 边界层的分离现象描述191

6.6.2 分离前后边界层内的速度分布192

6.6.3 湍流边界层的分离193

6.6.4 边界层的控制193

6.7 高超声速流边界层简介197

习题199

第7章 气体动力学的基本概念201

7.1 微弱扰动在气流中的传播201

7.1.1 声速和马赫数201

7.1.2 微弱扰动在气流中的传播规律202

7.1.3 亚声速气流和超声速气流的差别203

7.2 理想气体流动的基本方程组和边界条件204

7.2.1 基本方程204

7.2.2 熵方程和声速方程205

7.2.3 状态方程206

7.2.4 气体动力学方程206

7.2.5 初始条件和边界条件206

7.3 几个重要的气流参数207

7.3.1 滞止参数207

7.3.2 极限速度210

7.3.3 临界参数210

7.3.4 速度系数211

7.4 气体动力学函数及其应用212

7.4.1 函数τ、π、ε213

7.4.2 流量函数214

7.4.3 冲量函数216

习题220

第8章 膨胀波、压缩波和激波221

8.1 超声速气流中的扰动波221

8.2 膨胀波、压缩波的形成及其特点222

8.2.1 几何边界产生的膨胀波222

8.2.2 压力边界产生的膨胀波223

8.2.3 等熵压缩波224

8.3 普朗特-梅耶（Prandtl-Meyer）膨胀波的计算224

8.4 膨胀波的反射和相交228

8.4.1 膨胀波在固体壁面上的反射229

8.4.2 异族膨胀波的相交230

8.4.3 膨胀波在自由边界上的反射232

8.4.4 膨胀波和压缩波的相交233

8.5 激波的形成和正激波235

8.5.1 激波的形成235

8.5.2 激波的分类236

8.5.3 正激波的计算236

8.6 斜激波前后参数的计算240

8.6.1 斜激波和正激波的关系240

8.6.2 斜激波的激波角β和气动参数计算241

8.7 激波的反射和相交243

8.7.1 斜激波在固体壁面上的反射244

8.7.2 斜激波在自由边界上的反射244

8.7.3 异族斜激波的相交246

8.7.4 同族斜激波的相交247

8.8 锥形激波249

8.8.1 锥形激波的特点250

8.8.2 锥形激波气动参数的计算251

习题252

第9章 一维定常可压缩管流256

9.1 变截面管流256

9.1.1 截面变化对气流参数的影响257

9.1.2 喷管和扩压器259

9.2 收缩喷管260

9.2.1 喷管出口流速Ve及临界压强比βcr260

9.2.2 收缩喷管三种流态（亚临界、临界、超临界）262

9.2.3 收缩喷管流动壅塞状态265

9.3 拉瓦尔（Laval）喷管266

9.3.1 拉瓦尔喷管等熵流面积比与马赫数的关系266

9.3.2 压强比对拉瓦尔喷管流动的影响267

9.4 等截面摩擦管流273

9.4.1 摩擦对等截面管流气流参数的影响274

9.4.2 摩擦管流气流参数的计算275

9.4.3 摩擦壅塞279

9.4.4 反压对摩擦管流影响280

9.5 等截面换热管流281

9.5.1 换热对气流参数的影响281

9.5.2 换热管流气流参数计算283

9.5.3 加热壅塞285

9.5.4 反压对加热管流的影响285

9.5.5 冷凝波286

9.6 变流量管流287

9.6.1 变流量管流基本方程287

9.6.2 流量变化对气流参数的影响288

9.6.3 变流量超声速喷管288

9.6.4 垂直于主流的变质量流289

习题292

第10章 二维定常超声速流特征线法与基本概念295

10.1 特征线理论的引入295

10.1.1 气体动力学中特征线的物理背景295

10.1.2 数学上的特征线概念296

10.2 特征线理论基础297

10.2.1 气体动力学中常用的拟线性偏微分方程297

10.2.2 气体动力学常用的拟线性偏微分方程一般形式298

10.3 二维定常无旋超声速气流的特征线法299

10.3.1 控制方程299

10.3.2 特征线方程300

10.3.3 相容方程301

10.4 二维定常平面有旋超声速气流的特征线法305

10.4.1 基本方程305

10.4.2 二维定常平面有旋超声速气流的特征线306

10.5 二维定常无旋超声速气流特征线法的数值计算308

10.5.1 用特征线法计算流程的基本思路308

10.5.2 典型单元过程310

习题317

第11章 气体动力学的某些工程应用319

11.1 流场静压强（简称静压）测量319

11.1.1 壁面静压测量319

11.1.2 空间静压探针测量320

11.2 流场总压测量322

11.3 气流方向测量323

11.3.1 低速气流方向测量323

11.3.2 热线风速仪测量气流速度与方向325

11.4 孔板流量计、文丘里管流量计及米字耙测流量327

11.4.1 孔板（orifice plate）流量计327

11.4.2 文丘里管（Venturi tube）流量计328

11.4.3 “米”字耙测流量330

11.5 风洞331

11.5.1 低速风洞331

11.5.2 跨声速风洞332

11.5.3 高超声速风洞332

11.6 进气道334

11.6.1 亚声速进气道334

11.6.2 超声速进气道334

11.7 引射器337

11.8 尾喷管338

11.9 气动激光窗339

11.10 航空发动机试车台340

11.10.1 地面试车台341

11.10.2 高空试车台341

11.10.3 飞行试车台342

11.11 超燃冲压发动机地面自由射流试验台342

习题343

主要参考文献345