工程流体力学PDF电子书下载

1.流体特性 1

1.1 流体与流体力学 1

1.1.1 流体力学的研究对象和研究方法 1

1.1.2 流体的连续介质假设 1

1.2 流体的粘滞性 2

1.3 流体的压缩性和热胀性 4

1.4 汽化压强 5

1.5 流体的状态方程 5

1.5.2 气体的状态方程 6

1.5.1 液体的状态方程 6

1.5.3 气体的状态变化过程 7

2.流体力学的基本概念 8

2.1 研究流体的运动的方法 8

2.2 流线与迹线 9

2.3 流体运动的分类 11

2.3.1 恒定流和非恒定流 11

2.3.2 均匀流和非均匀流 12

2.3.3 一维、二维、三维流动 13

2.3.4 有压流和无压流 13

2.3.5 有旋流和无旋流 13

2.4.1 质点加速度 14

2.4 流体运动的加速度、流量和断面平均流速 14

2.4.2 流量 15

2.4.3 断面平均流速 15

2.5 流体微团运动分析 15

2.5.1 平移运动 16

2.5.2 线变形速度 16

2.5.3 角变形速度(剪切变形速度) 17

2.5.4 旋转运动的平均旋转角速度 18

2.6 有涡流动和无涡流动 20

2.6.1 有涡流动 20

2.6.2 无涡流动 22

2.7.1 平面流与流函数 25

2.7 恒定平面势流 25

2.7.2 流网 28

2.7.3 几个基本的平面势流 29

2.7.4 势流的叠加原理 32

2.8 应力与应变的关系 38

2.8.1 粘性流体的应力 38

2.8.2 广义牛顿内摩擦定律 40

3.流体力学的基本方程 43

3.1 质点与控制体的概念 43

3.1.1 质点与微元控制体 43

3.2 流体运动的连续性微分方程 44

3.1.2 有限控制体 44

3.3 欧拉运动微分方程 45

3.4 粘性流体的运动微分方程 47

3.4.1 以应力形式表示的粘性流体的运动微分方程 47

3.4.2 纳维埃-斯托克司(Navier-Stokes)方程(简称N-S方程) 48

3.5 不可压缩流体一维流动的基本方程组 52

3.5.1 连续性方程 52

3.5.2 理想流体元流的伯努利方程 54

3.5.3 粘性流体无流的伯努利方程 55

3.5.4 粘性流体恒定总流的伯努利方程 56

3.5.6 伯努利方程的应用 60

3.5.5 伯努利方程的几何表示 60

3.5.7 恒定总流的动量方程 67

3.5.8 恒定总流的动量矩方程 74

4.流体静力学 77

4.1 流体静力学规律 78

4.1.1 流体平衡的微分方程式 78

4.1.2 微分方程式的积分 78

4.1.3 等压面 79

4.2 重力场中流体的平衡 80

4.2.1 重力作用下流体平衡方程 80

4.2.2 绝对压强、相对压强、真空 81

4.2.3 位置水头、压强水头、测压管水头 82

4.3 液体的相对平衡 84

4.3.1 等加速直线运动中液体的平衡 84

4.3.2 等角速转动液体的平衡 85

4.4 液体作用在平面上的总压力 87

4.4.1 压强分布图 87

4.4.2 图算法求矩形平面的总压力 87

4.4.3 解析法 88

4.4.4 流体作用在弯管上的静压力 90

4.5 液体作用在曲面上的总压力 92

4.6.1 阿基米德原理 95

4.6 潜体及浮体的平衡和稳定 95

4.6.2 物体在静止液体中的浮沉 96

4.6.3 潜体的平衡与稳定 97

4.6.4 浮体的平衡与稳定 97

4.7 可压缩流体的压强变化 99

5.相似原理理与量纳分析 102

5.1 流动相似的概念 102

5.1.1 几何相似 102

5.1.2 运动相似 103

5.1.3 动力相似 104

5.2.1 重力相似准则 105

5.2 相似准则 105

5.2.2 粘滞力相似准则 107

5.2.3 压力相似准则 109

5.2.4 弹性力相似准则 110

5.2.5 表面张力相似准则 110

5.3 准数方程 111

5.4 量纲分析 112

5.4.1 量纲和量纲和谐原理 113

5.4.2 雷列法 114

5.4.3 π定理 115

5.5 相似条件 118

6.1.1 层流和紊流 121

6.流动阻力和能量损失 121

6.1 流体的两种流动型态 121

6.1.2 层流向紊流的过渡 123

6.2 沿程损失的表示式 124

6.2.1 均匀流基本方程 124

6.2.2 沿程损失的另一表示式 125

6.3 圆管内层流沿程损失的分析和计算 126

6.4 紊流运动 128

6.4.1 紊流运动要素的脉动和时均法 128

6.4.2 紊流的基本方程--雷诺方程 130

6.4.3 紊流的半经验理论 131

6.4.4 边界层概念及其分离现象 134

6.5 紊流沿程损失的分析和计算 137

6.5.1 尼古拉兹实验 137

6.5.2 光滑管区沿程阻力系数的确定 138

6.5.3 粗糙管区沿程阻力系数的确定 142

6.5.4 实用管道沿程阻力系数的确定 144

6.5.5 非圆形管道沿程损失的计算 147

6.5.6 计算沿程损失的经验公式 147

6.6 局部损失的分析和计算 148

6.6.2 局部损失的计算 149

6.6.1 局部损失的分析 149

7.边界层和绕流运动 152

7.1 边界层微分方程--普朗特边界层方程 153

7.2 边界层的动量积分方程 155

7.3 平板上的层流边界层 157

7.4 平板上的紊流边界层 160

7.4.1 光滑平板上的紊流边界层 160

7.4.2 光滑平板上的混合边界层 162

7.4.3 粗糙平板上的紊流边界层 163

7.5 绕流运动 164

7.5.1 一般分析 165

7.5.3 三维物体的阻力 166

7.5.2 二维物体的阻力 166

8.有压管中的恒定流 168

8.1 短管中的水力计算 168

8.1.1 自由出流 168

8.1.2 淹没出流 169

8.1.3 短管计算实例 170

8.2 长管的水力计算 172

8.2.1 简单管路 172

8.2.2 串联管路 177

8.2.3 并联管路 178

8.3 沿途均匀泄流的管路 180

8.4 枝状管网 181

8.4.1 干线水力计算 181

8.4.2 支线的水力计算 183

8.5 环状管网 184

8.5.1 环网水力计算原则 185

8.5.2 环网方程求解方法 185

8.5.3 哈代-克罗斯法 186

8.6 电算法求解环状管网 189

8.6.1 程序中各变量符号所代表的意义 189

8.6.2 上机前需准备的输入资料 189

8.6.3 对程序的一些说明 190

9.1 明渠均匀流的特征及基本公式 198

9.明渠恒定流 198

9.2 水力最佳断面 201

9.2.1 最佳断面的条件 201

9.2.2 梯形断面水力最佳条件 202

9.3 渠道中的允许流速 203

9.4 明渠均匀流水力计算的几类问题 204

9.4.1 校核渠道的输水能力 204

9.4.2 求渠道底坡 205

9.4.3 设计渠道断面尺寸 205

9.5.1 圆形断面的水力要素 207

9.5 无压圆管均匀流的水力计算 207

9.5.2 充满度与流速和流量的关系 208

9.6 明渠非均匀流概述 211

9.6.1 明渠非均匀流的几类现象 211

9.6.2 渠道的三种底坡 212

9.7 明渠非均匀流的水流状态 212

9.7.1 明渠中弱扰动波传播速度 212

9.7.2 急流、缓流、临界流 213

9.7.3 弗劳德数 213

9.8.1 断面比能 214

9.8.2 临界水深 214

9.8 断面比能与临界水深 214

9.8.3 临界底坡 216

9.9 明渠非均匀渐变流的基本微分方程 217

9.9.1 一些假设 217

9.9.2 一般形式的非均匀渐变流的基本微分方程 218

9.9.3 以特性流量与弗劳德数表示的渐变流基本微分方程 219

9.9.4 以断面比能e表示的基本微分方程 219

9.10 棱柱体明渠中恒定渐变流水面曲线型式的分析 219

9.10.1 顺坡渠道(i>0) 219

9.10.2 平坡渠道(i=0) 221

9.10.4 小结 222

9.10.3 逆坡渠道(i>0) 222

9.11 棱柱体渠道中水面曲线的计算 223

9.11.1 分段求和法 223

9.11.2 数值积分法 225

9.12 电算法求解水面曲线 226

9.12.1 电算法所使用的基本公式 226

9.12.2 程序中各变量符号所代表的意义 229

9.12.3 上机前的准备工作 230

9.12.4 对程序的一些说明 232

9.13.2 完全水跃的基本方程 236

9.13.1 水跃现象 236

9.13 水跃 236

9.13.3 共轭水深的求法 238

9.13.4 水跃能量损失与水跃长度 239

10.孔口、管嘴、闸孔出流及堰流 241

10.1 孔口出流 241

10.1.1 小孔口自由出流 241

10.1.2 大孔口自由出流 243

10.1.3 孔口淹没出流 244

10.2 管嘴出流 246

10.2.1 圆柱形外管嘴自由出流 246

10.2.2 圆柱形外管嘴淹没出流 247

10.2.3 其他类型管嘴的出流 248

10.3 闸孔出流 249

10.3.1 无底坎闸孔出流流动现象的分析 249

10.3.2 无底坎闸孔自由出流的基本公式 251

10.3.3 无底坎闸孔淹没出流的基本公式 251

10.4 堰流 254

10.4.1 宽顶堰溢流 254

10.4.2 薄壁堰溢流 259

10.4.3 实用堰溢流简介 262

10.5 水工构筑物下游的水流衔接与消能 262

10.5.1 收缩断面水深的计算 263

10.5.2 消力池的水力计算 265

11.管、渠非恒定流 269

11.1 一维非恒定流动的基本方程 269

11.1.1 连续方程 269

11.1.2 运动方程 270

11.2 孔口管嘴或短管的非恒定流 271

11.2.1 有恒定水源横断面不变的畜水池的非恒定出流 271

11.2.2 上下游水面均变化时的出流 272

11.3 水锤现象与水锤波的传播 276

11.3.1 水锤现象 276

11.3.3 水锤波的传播过程 277

11.3.2 水锤波的波速 277

11.3.4 直接水锤和间接水锤 279

11.4 水锤基本方程 280

11.4.1 水锤运动方程 280

11.4.2 水锤连续方程 280

11.4.3 水锤波动方程 282

11.5 水锤压强的计算 282

11.5.1 水锤波动方程的求解 282

11.5.2 水锤联锁方程 284

11.5.3 边界条件 285

11.5.4 水锤压强的解析计算法 286

11.6 明渠非恒定流的基本方程 289

11.6.1 明渠非恒定流的特性 289

11.6.2 明渠非恒定流动的连续方程 289

11.6.3 明渠非恒定流动的运动方程 290

12.紊动射流和紊动扩散 293

12.1 紊动射流的物性 293

12.1.1 射流边界的直线扩散 294

12.1.2 各断面轴向流速分布的相似性 294

12.1.3 动量通量的守恒性 295

12.2.2 断面流量 296

12.2.1 轴心流速 296

12.2 圆形断面淹没射流 296

12.2.3 断面平均流速 297

12.2.4 质量平均流速 297

12.2.5 极点的位置 297

12.3 平面淹没射流 299

12.4 温差或浓差射流 299

12.5 分子扩散定律--费克(Fick)定律 301

12.6 紊动扩散方程 303

12.7 简单边界条件下扩散方程的求解 304

12.7.1 一维瞬时平面源 305

12.7.2 静止流体中三维瞬时点源 306

12.7.4 均匀紊流中的二维连续源 308

12.7.3 均匀紊流中的一维瞬时平面源 308

12.8 一维剪切紊流中的离散 310

13.渗流 313

13.1 渗流模型 313

13.2 渗流基本定律--达西安律 314

13.2.1 达西定律 314

13.2.2 达西定律的运用范围 315

13.2.3 渗流系数及其确定方法 315

13.3.1 地下明渠中的恒定均匀渗流 316

13.3 地下明渠中的恒定均匀渗流和非均匀渐变渗流 316

13.3.2 恒定非均匀渐变渗流基本公式--裘布依公式 317

13.4 棱柱体地下明渠中恒定渐变渗流浸润曲线型式的分析和计算 317

13.4.1 渐变渗流的基本微分方程 318

13.4.2 渐变渗流侵润曲线型式的分析和计算 318

13.5 集水廊道和单井的渗流 322

13.5.1 集水廊道 322

13.5.2 潜水井 323

13.5.3 承压井 325

13.5.4 渗井 327

13.5.5 大口井 327

13.6.1 渗流阻力的表达式 328

13.6 涌流运动的微分方程 328

13.6.2 渗流的运动方程 329

13.6.3 渗流的连续性方程 329

13.6.4 渗流的流速势和拉普拉斯方程 330

13.6.5 恒定无压渐变渗流运动的微分方程 330

13.7 井群 332

13.8 河边井的渗流 334

14. 可压缩流体的流动 336

14.1 无粘性可压缩流体一维恒定流基本方程 336

14.1.1 连续方程 336

14.1.2 运动微分方程 336

14.1.3 能量方程 337

14.2 音速、马赫数 339

14.2.1 音速 339

14.2.2 音速与流速的关系 341

14.2.3 马赫数 343

14.3 气流速度与断面的关系 344

14.3.1 亚音速流 345

14.3.2 临界流 345

14.3.3 超音速流 345

14.4 气体经喷嘴的外射流动 346

14.4.1 亚音速气流经收缩式喷嘴的外射流动 346

14.4.2 气流经拉伐尔管的流动 350

14.5 可压缩流体在等温管道中的流动 351

14.6 可压缩流体在绝热管道中的流动 354

15.两相流动 358

15.1 固体颗粒的主要性质 358

15.1.1 固体颗粒的密度、容重和比重 358

15.1.2 固体颗粒的粒径 358

15.2 固体颗粒的沉降速度 359

15.2.1 圆球形颗粒在静止流体中的自由沉降末速 359

15.2.2 非球形固体颗粒自由沉降末速 361

15.2.3 浓度对沉降末速的影响 362

15.2.4 运动流体中的固体颗粒沉降 364

15.3.1 混合液主要的物理性质 366

15.3 料渣的水力输送 366

15.3.2 圆管两相流的水力计算 367

15.3.3 明槽两相流的水力计算 371

15.4 变态液体的有压流动 373

15.4.1 圆管结构流的沿程水头损失 373

15.4.2 圆管变态液体紊流的沿程水头损失 376

15.4.3 圆管变态液体紊流的局部水头损失 376

15.5 液、固两相流的悬移质运动 378

15.5.1 固体颗粒的悬浮 378

15.5.2 悬移质浓度沿水深的分布 378

15.6.1 床面颗粒的临界推动力与起动流速 381

15.6 液、固两相流动的推移质运动 381

15.5.3 悬移质对水流速度分布的影响 381

15.6.2 泥石流的计算 384

15.7 液、气两相流动 385

15.7.1 液、气两相流运动参数及其意义 385

15.7.2 均流模型的基本方程式 386

16.流体量测 391

16.1 压强量测 391

16.1.1 液柱式测压计 391

16.2 流速量测 395

16.2.1 毕托管测流速 395

16.1.2 金属压力表 395

16.2.2 旋浆式小流速仪 396

16.2.3 超声波测速仪 396

16.2.4 激光多善勒流速计 397

16.3 流量的量测 398

16.3.1 节流流量计 398

16.3.2 量水堰测量流量 400

16.3.3 量水槽测流量 400

16.3.4 浮子流量计 401

16.3.5 翼轮式流量计 402

16.3.6 电磁式流量计 403

16.3.7 体积法或重量法 404