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A 绪论篇1

A1.1 对流体运动的认识1

A1.2 流体力学从经典到近代的发展3

A1.2.1 经典流体力学时期3

A1.2.2 近代流体力学时期4

A1.2.3 近代流体力学的技术成就6

A1.3 应用力学的研究方法7

A1.3.1 应用力学研究步骤7

A1.3.2 技术创新中的三类人员9

A1.4 单位制10

参考文献11

B 基础篇12

B1 流体基本概念12

B1.1 连续介质模型12

B1.1.1 流体的宏观特性12

B1.1.2 流体质点与质元13

B1.1.3 连续介质模型13

B1.2 流体的易变形性14

B1.2.1 流体易变形性的表现14

B1.2.2 流体易变形的原因15

B1.3 流体的粘性16

B1.3.1 流体粘性的表现16

B1.3.2 牛顿粘性定律17

B1.3.3 粘度20

B1.4 流体的可压缩性21

B1.5 常用的流体模型23

B1.5.1 无粘性与粘性流体模型24

B1.5.2 不可压缩与可压缩流体模型25

B1.6 流体中的力26

B1.6.1 体积力与重力场27

B1.6.2 表面应力与压强场28

习题30

B2 流体静力学32

B2.1 静止液体中的压强分布32

B2.1.1 静止液体压强公式32

B2.1.2 压强的计示与计量34

B2.2 流体静力学基本方程35

B2.3 静压强测量36

B2.4 欧拉平衡方程38

B2.5 液体对平壁的总压力41

B2.5.1 平壁总压力大小42

B2.5.2 平壁总压力作用点43

B2.6 液体对曲壁的总压力45

B2.6.1 液体对二维曲壁的总压力46

B2.6.2 浮力定律48

习题50

B3 流体运动学55

B3.1 流动的数学描述55

B3.1.1 欧拉法与拉格朗日法55

B3.1.2 质点导数57

B3.1.3 控制体与雷诺输运公式60

B3.1.4 曲面流量62

B3.2 流动的分类64

B3.2.1 定常与不定常流动64

B3.2.2 三维、二维与一维流动65

B3.3 流动的几何描述67

B3.3.1 速度廓线与剖面67

B3.3.2 迹线67

B3.3.3 流线68

B3.3.4 脉线70

B3.3.5 流管、流束与总流71

B3.4 流体元的变形与旋转71

B3.4.1 线应变率71

B3.4.2 角变形率73

B3.4.3 旋转角速度74

习题76

B4 流体动力学79

B4.1 质量守恒方程79

B4.1.1 积分形式的连续性方程79

B4.1.2 微分形式的连续性方程81

B4.2 伯努利方程及其应用83

B4.2.1 伯努利方程83

B4.2.2 伯努利方程沿总流的表达式88

B4.2.3 伯努利方程的水头表达式91

B4.2.4 伯努利方程的推广形式92

B4.3 动量方程及其应用93

B4.3.1 积分形式的动量方程93

B4.3.2 定常流动量方程应用举例94

B4.4 层流与湍流98

B4.5 纳维-斯托克斯方程102

B4.5.1 流体运动微分方程102

B4.5.2 N-S方程103

B4.5.3 定解条件105

B4.5.4 N-S方程的求解与建模106

B4.6 欧拉运动方程与平面势流108

B4.6.1 欧拉运动方程108

B4.6.2 平面势流简介109

B4.7 雷诺方程与雷诺应力112

习题114

B5 量纲分析法与相似理论119

B5.1 量纲与无量纲化119

B5.2 量纲分析法122

B5.2.1 白金汉定理122

B5.2.2 量纲分析法122

B5.3 流动相似与相似准则127

B5.3.1 流动相似的概念127

B5.3.2 确定相似准则数的方法128

B5.3.3 常用的相似准则数129

B5.4 模型实验与相似理论131

B5.4.1 模型实验131

B5.4.2 相似理论简介131

习题134

C 问题导向篇136

C1 圆管流动与混合长度理论136

C1.1 问题：如何计算圆管湍流阻力136

C1.2 圆管层流流动137

C1.2.1 实验与观察：泊肃叶与哈根实验137

C1.2.2 建模与求解：速度分布抛物线律139

C1.2.3 泊肃叶定律141

C1.3 圆管湍流流动142

C1.3.1 实验与观察：湍流时均速度和脉动速度142

C1.3.2 分析与建模：混合长度理论144

C1.3.3 求解：速度分布对数律145

C1.4 圆管流动沿程损失150

C1.4.1 沿程阻力通用公式——达西公式150

C1.4.2 实验与观察：圆管阻力实验151

C1.4.3 求解：阻力系数公式155

C1.4.4 应用：穆迪图及管道水力计算160

C1.4.5 应用：非圆形管流动沿程损失164

C1.5 圆管流动局部损失166

C1.6 管路的工程计算171

C1.6.1 管路工程计算简介171

C1.6.2 管路的工程计算式173

C1.6.3 简单管路计算175

C1.6.4 串联与并联管路计算179

C1.6.5 枝状管路计算182

C1.6.6 网状管路计算183

C1.7 小结187

参考文献189

习题190

C2 缝隙流动与流体动力学润滑理论194

C2.1 问题：滑动轴承的油膜如何产生向上托力194

C2.2 实验与观察195

C2.3 平行平面缝隙流动196

C2.3.1 物理和数学建模197

C2.3.2 求解与分析198

C2.4 倾斜平面缝隙流动——流体动力学润滑理论202

C2.4.1 物理和数学建模202

C2.4.2 求解与分析204

C2.5 环形缝隙轴向流动208

C2.5.1 同心环形缝隙轴向流动208

C2.5.2 偏心环形缝隙轴向流动209

C2.6 平行圆盘缝隙径向流动210

C2.7 小结212

参考文献213

习题214

C3 气体喷管流动与一维等熵流模型217

C3.1 问题：如何获得超声速气流217

C3.2 有关超声速气流的概念218

C3.2.1 声速218

C3.2.2 超声速流场中扰动波传播规律219

C3.2.3 激波与膨胀波简介221

C3.3 实验与观察223

C3.3.1 拉伐尔喷管223

C3.3.2 斯托多拉实验和普朗特实验224

C3.4 建模与分析：完全气体模型225

C3.5 建模与分析：一维等熵流动模型228

C3.5.1 绝能流能量方程228

C3.5.2 等熵流伯努利方程229

C3.5.3 等熵流气动函数230

C3.6 应用：拉伐尔喷管流动原理232

C3.7 应用：喷管流动计算235

C3.7.1 收缩喷管流动计算235

C3.7.2 拉伐尔喷管流动计算237

C3.8 小结239

参考文献241

习题241

E 附录243

E1243

E1.1 常用流体的物理性质243

E1.2 单位换算表245

E1.3 有关数学公式247

E1.3.1 直角坐标系中的矢量运算247

E1.3.2 柱坐标系中的表达式248

E1.4 有关几何图形与公式249

E1.5 等熵流气动函数数据250

E1.6 习题答案255

参考文献261