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第一章 流体运动概述 1

1.1 流体的物理属性 2

1.连续介质假定 2

2.压缩性 4

3.粘性，牛顿流体 4

动量传递，流体中的内摩擦 4

牛顿粘性定律 6

粘度 7

4.粘性，非牛顿流体 10

幂律流体 11

粘塑性流体 12

5.导热性，导热系数 13

傅立叶定律 13

6.扩散性，扩散系数 14

费克定律 15

传递现象的类似 15

7.表面张力 16

毛细压力 16

表面张力与温度及浓度的关系，表面活性物质 17

内部问题(管流) 20

外部问题(绕流) 20

1.流体运动问题的分类 20

1.2 流动空间的几何特征，流动问题分类 20

2.化工设备中的流动问题，典型化工设备 23

搅拌槽 24

塔设备 24

固定床 25

流化床 26

1.3 流体运动的动力学条件，流动状态 27

1.化工设备中流动的发生 27

2.两种流动状态：层流与湍流 27

流动状态的判别，雷诺数 29

1.4 流体运动的表示方法 31

1.拉格朗日法 31

流体坐标 31

轨线 32

2.欧拉法 33

流线 33

流管 35

随体导数 35

3.定常流动与非定常流动 37

4.一维流动 38

1.理论解析法 43

1.5 流体运动规律研究的基本途径 43

2.实验观测法 44

3.数值计算法 45

本章主要符号 47

演习题 47

参考书刊 49

第二章 流体静力学 50

2.1 静止流体的应力状态 50

1.表面力和彻体力 50

3.应力、应力状态 51

2.内力和外力 51

4.静止流体的应力状态，静压力的特性 53

2.2 流体静力学基本方程 54

1.流体平衡微分方程 54

2.流体静力学基本方程 56

3.静压力和位能--静力学基本方程中各项的物理意义 57

4.旋转圆筒中液体的静压力分布 57

5.可压缩流体中的静压力分布 59

2.3 流体静力学基本方程的应用 61

1.压力的表示方法 61

2.压力的测量 62

3.静力学基本方程的其它应用 71

本章主要符号 74

演习题 74

参考书刊 76

第三章 流体流动中的守恒原理 77

3.1 应用守恒原理的控制体和控制面方法 77

3.2 物质守恒 78

1.流量与平均速度 78

2.一维流动的物料衡算式--一维连续性方程 79

3.3 能量守恒 82

1.流动系统的机械能衡算--伯努利方程 82

2.粘性流体的机械能衡算 84

3.可压缩流体的机械能衡算 87

4.伯努利方程的物理意义和几何意义 88

5.伯努利方程的应用 89

重力射流 90

缩脉 90

压力射流 91

驻点压力 92

3.4 动量守恒 97

1.管流中的动量守恒 98

2.动量守恒定律的应用 98

弯管受力 99

管的突然扩大 102

多孔板的机械能损耗 104

射流吸入 106

3.5 守恒原理在流量测量中的应用 109

1.毕托管 109

2.孔板流量计 113

3.文丘里流量计 118

4.转子流量计 121

本章主要符号 125

演习题 125

参考书刊 131

第四章 理想流体的无旋及有旋运动 132

4.1 流体微团运动的分析 132

1.流体微团运动的分解 133

2.流体微团变形和旋转运动的特征量 138

线变形(长度变化) 139

角变形(切变率) 140

旋转 141

4.2 理想流体运动的基本方程 145

1.连续性方程 145

2.理想流体的运动方程--欧拉方程 148

3.欧拉运动方程沿流线的积分--伯努利方程 149

4.无旋条件下欧拉运动方程的积分 151

4.3 二维运动，流函数 156

1.流函数的定义 157

2.流函数方程 159

有旋运动 159

无旋运动 159

3.流函数的应用 159

4.4 涡旋运动 163

1.涡旋运动的性质 163

涡管强度 164

涡线，涡管 164

速度环量及其与涡管强度的关系 165

涡管强度守恒原理 168

2.环量守恒定理，涡管强度保持性定理 169

凯尔文环量守恒原理 169

涡旋的产生与消失 170

涡管强度保持性定理 171

3.涡旋的形成，叶片旋转时的尾涡 171

间断面、涡旋的形成 171

平板后面的间断面 172

搅拌槽中涡轮桨叶片后的尾涡 173

4.5 无旋运动 174

1.无旋运动的特性 175

速度势，势流 175

二维无旋运动中流函数与势函数的关系 176

2.势流基本方程 176

3.基本无旋流 178

均匀流 178

径向流：点源和点汇 178

环流 179

4.理想流体绕物体的运动，绕圆柱、球的流动 182

兰金体的运动，源汇叠加，偶极流 182

绕圆柱体的流动 186

圆柱形测速管原理，三孔探针 190

绕球的流动 196

5.附加质量，视质量 197

4.6 有环量的无旋流动 198

1.有环量的绕圆柱体流动 199

升力的产生 199

速度分布 199

压力分布 201

柱体表面上的作用力--升力 202

马格努斯效应及其应用 202

压力分布 203

2.兰金涡 203

速度分布 203

4.7 旋风分离器中的涡旋运动 205

1.速度分布 206

切向速度 206

径向速度 208

轴向速度 208

2.压力分布 208

3.旋风分离器中的双层旋转流结构 209

演习题 211

本章主要符号 211

参考书刊 213

第五章 粘性流体运动的基本方程 214

5.1 粘性流体的运动方程 215

1.粘性流体运动的应力状态 215

应力分量 215

应力对称 216

2.以应力表示的运动方程 217

3.广义牛顿定律 218

切应力与应变率的关系 219

法向应力与应变率的关系 219

4.粘性流体的运动方程--奈维-斯托克斯方程 220

粘性流体中的压力 220

5.粘性流体运动时的初始条件和边界条件 221

5.2 粘性流体运动的性质与方程求解 222

1.粘性流体运动的性质 222

2.运动方程的求解 224

准确解 224

近似解 231

数值解 231

5.3 湍流运动的基本方程，雷诺方程 232

1.湍流运动的主要特征 232

不规则性 232

有旋性，三维性 233

扩散性 233

耗能性 234

2.湍流运动研究的基本途径 235

3.湍流运动的瞬时速度与时均速度 235

连续介质运动 235

4.时均连续性方程 238

5.雷诺方程 239

6.动量传递与湍流附加应力 240

7.湍流附加应力与时均运动的关系，湍流运动的半经验理论 241

涡流粘度 242

混合长理论 243

5.4 能量方程 246

1.能量方程 247

2.粘性流体中的能量耗散 249

3.湍流能量方程式 251

5.5 扩散方程 254

1.层流扩散方程 255

2.湍流扩散方程 257

5.6 流体动力相似与因次分析 258

1.流动现象相似 258

2.相似准数 260

速度分布 262

4.因次分析 264

物理方程的齐次性和无因次化 264

3.流体动力相似原理 264

变量的无因次化 265

待定函数的无因次化 266

5.相似理论和因次分析方法的应用 269

本章主要符号 270

演习题 270

参考书刊 273

第六章 绕物体的运动 274

压力分布 275

1.低雷诺数下绕球运动的特征 275

速度分布 275

6.1 低雷诺数下绕物体的流动，斯托克斯公式 275

流线 276

2.阻力公式--斯托克斯公式 277

阻力系数 279

3.斯托克斯公式的进一步讨论 280

非球形物体 280

颗粒间相互作用 280

器壁的影响 282

4.斯托克斯公式的应用 283

5.极慢运动方程及其求解 283

绕球流动 285

进口段边界层的发展 287

6.2 高雷诺数下的绕流，边界层 290

1.边界层概念，平面上的边界层 291

边界层的发展，厚度的增长 292

边界层中的流动状态 292

边界层中的流型 293

边界层厚度的估计 293

摩擦阻力 294

2.曲面上的边界层，分离现象 296

具有压力梯度的边界层 296

边界层分离，涡旋的形成 297

分离条件 298

低雷诺数下的绕流 299

6.3 圆柱绕流，涡旋诱发振动 299

1.流型随雷诺数的变化 299

中等雷诺数下的绕流 300

大雷诺数下的绕流 301

单圆柱体后涡旋的发射频率与运动速度 303

管排涡旋发射 303

2.卡门涡街 303

3.涡旋诱发振动 304

4.涡旋流量计 305

6.4 绕圆球流动，数值方法的应用 305

1.球坐标系的涡-流函数方程 305

2.有限差分解法 307

计算框图 308

网格设计 309

基本有限差分公式 310

涡旋传输方程的差分计算 312

流函数方程的差分计算 313

3.差分计算的稳定性和收敛性 314

4.初始条件和边界条件 316

5.流线、涡线的确定，球表面压力分布和阻力系数的计算 317

6.计算结果，绕球流动的特征 320

6.5 流体阻力的理论与实践 321

1.阻力产生的机理及其影响因素 321

摩擦阻力 321

压差阻力 322

2.阻力公式，阻力系数 323

绕圆球流动的阻力系数 324

绕圆柱流动的阻力系数 331

3.减小阻力的措施 332

6.6 沿平板的流动，边界层方程及其求解 334

1.边界层方程 334

量级比较 334

边界层方程 338

边界条件 339

问题的形成 341

2.不可压缩流体纵向绕平板时的层流边界层 341

相似解 342

相似变换 342

级数解或数值解 343

摩擦阻力 345

位移厚度，动量厚度 346

3.边界层动量积分关系式 347

6.7 绕物体流动时的湍流边界层 353

1.湍流边界层的多层结构 353

粘性底层 354

对数律层 355

内层的统一表达式 356

过渡层 356

外层速度分布 358

粘性顶层 358

2.平板湍流边界层 359

边界层厚度 359

阻力系数 360

粘性底层 361

3.具有压力梯度的湍流边界层 362

切应力分布 364

6.8 伴有传热、传质时的绕流，传热、传质边界层 365

1.传质边界层 365

传质边界层方程 366

传质边界层的厚度 367

传质边界层的积分关系式 367

2.传热边界层 373

演习题 381

本章主要符号 381

参考书刊 384

第七章 管内流动 386

7.1 圆管层流流动 387

1.进口段流动 387

进口段的流动状态 388

进口段长度 389

进口段压降 389

2.定常圆管层流运动 389

简化运动方程法 390

薄“壳”流体动量平衡法 391

速度分布 393

平均速度 394

阻力公式 394

壁面上的切应力 395

哈根-泊稷方程的应用 395

3.周期性圆管层流运动 397

低频脉动 398

高频脉动 398

4.套管环隙中的轴向流动 400

同心套管 400

偏心套管 402

1.光滑管的实验研究结果 406

实验阻力公式 406

7.2 圆管湍流运动 406

速度分布的七分之一次方定律 407

2.光滑管内湍流通用速度分布与一般阻力定律 409

速度分布 410

阻力定律 410

3.管内涡流粘度分布 413

涡流粘度与速度分布的关系 414

涡流粘度的分布 414

粗糙管实验结果 417

4.粗糙管中的速度分布与阻力定律 417

绝对粗糙度和相对粗糙度 417

速度分布与阻力公式 418

相当砂粒糙度，工业管道的实验结果 421

5.光滑管、粗糙管通用阻力公式 423

7.3 非直管、非圆管中的流动 426

1.弯曲管，分离现象 427

2.弯曲管，第一类次流 429

3.弯曲管中流动的数值计算结果 431

次流 431

压力分布 433

轴向流 433

4.弯管阻力计算 434

5.非圆管中的流动，第二类次流，水力直径 435

层次时矩形管中流与压降的关系 435

湍流，第二类次流 436

阻力计算，水力直径 437

7.4 变截面管中的流动 441

1.两相交平壁间的流体定常运动 443

简化方程，确立边界条件 443

特性参数？ 445

收缩流 446

扩张流 447

2.二维扩张管中的流动状态 447

无明显分离的流动 449

不稳定的分离流 449

充分发展的分离流 449

射流状态 450

3.无分离时扩张管中速度分布的特征 451

4.变截面管阻力计算 453

摩擦阻力的计算 455

7.5 流量分配管中的流体流动 456

1.分配管中流动的总体衡算方法 457

动量衡量法 458

能量衡算法 458

侧流 458

2.分配管计算 460

3.管内流量变化时摩擦阻力的计算 461

7.6 管内流动与传热 464

1.变物性时的管内流动 465

粘性对流动的影响 465

密度对流动的影响 467

2.进口段内的传热特点 470

3.管内层流传热 472

方程的建立 472

恒热流 473

流体平均温度 474

传热系数 474

恒壁温 474

4.管内湍流传热--热量传递与动量传递的类似律 475

热量与动量传递类似的物理基础 475

雷诺类似律 477

普朗特类似律 479

本章主要符号 480

温度分布 480

演习题 482

参考书刊 483

第八章 射流 485

8.1 自由射流 486

1.自由射流的发展 486

起始段(流动发展区) 487

2.射流运动状态：层流与湍流 488

3.卷吸机理 488

基本段 488

过渡段 488

4.自由射流特性参数的估计 489

自由湍流中的混合长 490

射流宽度的增长 491

射流中心速度的衰减 491

5.自由射流的实验观测 492

势流核心区的长度 492

射流宽度 492

速度分布 493

速度比尺和长度比尺 493

卷吸速度与卷吸系数 495

密度差的影响 496

8.2 复杂射流 499

1.并流射流 499

速度分布 500

强射流与强射流 500

速度比尺与长度比尺 501

势流核心区的长度 503

2.错流射流 505

基本流型 506

偏折射流边界 508

轴向速度衰减 509

速度分布 510

倾斜射流 512

逆流射流 512

3.管内射流 518

基本流型 518

环流区的判别 519

中心速度衰减 523

外流速度变化 523

压力变化 524

4.射流撞击与径向壁射流 527

撞击区流型 527

撞击区中心速度衰减 528

径向压力分布 529

壁射流 531

8.3 射流计算 534

1.平面射流 534

运动方程 534

涡流粘度 536

相似变换 537

速度分布 538

射流宽度 538

射流流量 539

2.圆射流 539

1.颗粒悬浮 547

8.4 射流的工程应用 547

最低动量 548

颗粒大小与流动状态 548

2.传热强化 551

本章主要符号 552

演习题 553

参考书刊 555

第九章 湍流与混和 557

9.1 层流稳定性与湍流起源 557

2.剪切流的不稳定性 558

1.流动稳定性问题 558

3.层流向湍流状态的转变 560

4.影响状态转变的因素 562

压力梯度 562

表面弯曲，离心力影响 563

壁面加热或冷却 563

吸入 565

基本原理 566

5.线性稳定性理论--小扰动法 566

稳定性方程 567

表面粗糙度 568

拇指曲线 570

平板边界层的计算结果 571

6.猝发现象与拟序结构 572

湍剪流内层结构 573

猝发过程 574

猝发现象与热量和物质的传递 575

搅拌槽中湍流的拟序结构 576

9.2 湍流的物理模型 577

1.涡旋拉伸 577

3.大雷诺数湍流 581

充分发展的湍流的物理图象 581

2.能量梯级 581

能量耗散 582

脉动速度 583

9.3 湍流的统计特性 584

1.湍流脉动的简化分析：均匀性和各向同性 585

均匀湍流 585

各向同性湍流 585

2.湍流强度 586

3.相关函数和相关函数 587

相关系数 587

欧拉空间相关 588

各向同性湍流中的纵向相关和横向相关 590

欧拉时间相关 591

三阶相关 591

4.相关函数的性质和湍流尺度 592

积分尺度 595

微分尺度 595

6.湍流能谱 599

能谱函数 599

相关系数与能谱函数之间的相互关系 600

泰勒假定 602

能谱函数与湍流尺度 603

波谱 603

横向相关与能谱函数的关系 604

湍流能谱表示湍流特征 605

一维与三维谱 606

9.4 各向同性湍流 607

1.各向同性湍流的动力学方程--卡门-霍华斯方程 608

2.能谱方程 609

3.各向同性湍流中的能量耗散 611

4.能谱曲线的一般形状 612

5.能谱区段 613

较高波数区(含能涡旋区) 614

低、中波数区 614

最高波数区(统计平衡区) 615

惯性子区 616

湍流特征雷诺数 617

6.能谱方程的封闭--海森堡解 618

9.5 湍流脉动的测量方法和若干测量结果 621

1.热丝(热膜)流速仪 621

2.激光多普勒流速仪 623

3.管流实验结果 625

脉动强度 625

能谱 627

4.射流实验测定 629

相关系数与湍流尺度 629

5.搅拦槽中的湍流参数 633

9.6 湍流与混和 638

1.混和机理 639

2.混和特性 641

分隔尺度 641

分隔强度 643

3.各向同性湍流场中的混和 643

谱函数 644

混和时间 646

高施密特数 647

低施密特数 647

混和装置放大 648

4.湍流、混和对化学反应的影响 648

本章主要符号 654

演习题 655

参考书刊 656

第十章 液滴与气泡的运动 658

10.1 气泡与液滴的形成 659

1.孔口气泡的生成 659

气泡形成过程 659

影响气泡大小的因素 665

2.连续气体射流 668

3.液体射流的不稳定性；分裂与雾化 673

射流稳定曲线 674

表面张力不稳定性，对称扰动 675

空气动力不稳定性，雾化现象 676

10.2 液滴与气泡运动概述 678

1.气泡(液滴)形态 678

基本形状 678

决定滴、泡形状的无因次数 678

2.内部环流 681

毛细现象 682

3.表面张力推动的相际界面上的流动 682

玛兰哥尼(Marangoni)效应 683

4.界面湍流 684

10.3 液滴运动(一) 685

1.低雷诺数下球形液滴的运动 685

运动方程与边界条件 686

基本流型 687

表面速度 688

阻力 689

终端速度 689

表面活性物质的影响 690

2.H-R公式的实验检验。表面活性物质对液滴运动的影响 690

表面粘度模型 691

表面张力梯度模型 691

3.阻力曲线及速度曲线 695

阻力曲线 695

速度曲线 696

10.4 液滴运动(二) 699

1.中等雷诺数下球形液滴的运动 699

流线 699

阻力 700

表面速度 700

2.空气中液滴的运动 701

终端速度 701

内循环 702

液滴的变形 704

变形液滴的终端速度 705

3.大液滴的运动 706

4.变形液滴的尾流 708

5.次运动 710

10.5 气泡运动 711

2.中等尺寸气泡的运动 713

气泡表面上的边界层 713

1.小气泡的运动 713

气泡运动阻力 714

终端速度 716

3.大气泡的运动 718

大气泡的形状--球帽形 718

终端速度 720

尾流 721

上升气泡周围流体的运动 721

10.6 液滴、气泡的分裂与合并 726

1.液体中气泡的分裂 726

2.液滴的分裂与合并 727

最大稳定液滴 728

最小稳定液滴 729

本章主要符号 735

演习题 736

参考书刊 737

第十一章 液膜流动 740

11.1 液膜流动特性 740

1.液膜流动的基本状态 741

2.液膜运动方程 742

边界条件 743

11.2 液膜层流运动 744

1.垂直平壁上等厚度液膜层流运动 745

液膜自由流动 746

液膜厚度 746

2.垂直圆柱面上光滑薄膜的层流运动 748

3.有冷凝(或蒸发)时液膜的层流运动 749

11.3 物体从液体中抽出时表面上的滞留膜 758

1.物体表面上滞留液膜流动的一般特性 758

2.滞留液膜流量与厚度的计算 759

11.4 液体波动运动特性 764

1.波动产生的原因 764

重力波 764

2.重力波的特性 765

毛细波 765

无限深液体表面上的波动 766

有限深液体表面上的波动 767

3.粘性对波动的影响，波的衰减 768

4.表面张力对波动的影响，涟波 769

5.表面活性物质对波动的影响，消波作用 771

11.5 波动层薄膜运动 773

1.波动层流薄膜流动分析的经典方法--卡彼查方法 774

波动薄膜运动方程的建立 774

薄膜波动特性 777

速度分布 778

2.波动薄膜流动的统计特性 779

波动的随机性 780

双波系统 782

11.6 液膜湍流运动 783

1.自由面附近的湍流特性--列维奇的分析 783

2.自由面附近湍流参数的测定 785

光滑表面 786

粗糙表面 787

11.7 垂直降膜纵向流动特征 789

1.界面波 790

波动性质 790

最大和最小膜厚 791

大幅波的频率和间距 792

波的传播速度 793

界面积 793

2.平均液膜厚度 794

平均膜厚的纵向分布 795

临界雷诺数沿纵向的变化 796

本章主要符号 798

演习题 799

参考书刊 800

第十二章 非牛顿流体的流动 802

1.管流的“剪切稀化” 803

12.1 高分子流体的流动特性 803

2.爬杆 804

3.挤出胀大 806

4.搅拌槽中的反向次流 807

5.回复 808

6.无管虹吸 809

7.尤伯拉效应 810

8.减阻，汤姆斯效应 811

12.2 非牛顿流体的剪切粘度 812

粘度的剪切依赖性理论 813

1.假塑性流体的剪切粘度 813

幂律模型的局限性 814

埃利斯模型 815

米特模型 815

卡雷模型 816

2.粘塑性流体的剪切粘度 817

凯森模型 817

赫谢尔-布尔克利模型 818

12.3 高分子流体的拉伸流动与拉伸粘度 819

1.拉伸流动 819

2.拉伸粘度 820

12.4 假塑性流体的流动 822

3.拉伸应力增长函数 822

1.圆管中的流动 823

层流状态 823

从层流到湍流的过渡 825

湍流状态 827

阻力定律 828

2.平板上的流动，边界层 835

12.5 粘塑性流体的流动 841

1.管内流动 841

2.同心圆筒间的切向流 843

12.6 粘弹性流体的流变特性与流动 846

1.法向应力差 847

2.粘弹性流体的动态特性，复数粘度 850

3.由粘性数据估计弹性 853

4.描述弹性行为的无因次数群 858

5.马克斯威尔方程--线性粘弹性的模型 860

本章主要符号 863

演习题 864

参考书刊 865

附录 866

Ⅰ.基本运动方程和牛顿流体应力与应变率的关系式 866

Ⅱ.各章例题名称 872