流体力学 上 第2版PDF电子书下载

第一章 流体的物理性质和流体运动物理量的描述 12

1.1 流体的物理性质 12

（一）固体、液体及气体 12

（二）连续介质假设 15

（三）流体的可压缩性与热膨胀性 18

（四）流体的输运性质 21

（五）表面张力与毛细现象 30

1.2 描述流体运动的方法 34

（一）拉格朗日坐标与欧拉坐标 34

（二）拉格朗日描述 35

（三）欧拉描述 36

（四）拉格朗日描述与欧拉描述之间的关系 37

（五）随体导数 39

1.3 迹线、流线、时间线及脉线 43

（一）迹线 43

（二）流线 44

（三）时间线 46

（四）脉线 46

1.4 流场中一点邻域的相对运动分析 49

（一）速度分解 49

（二）应变率张量及旋转张量各分量的意义 51

1.5 作用于流体上的力 57

（一）质量力与表面力 57

（二）流体中任一点的应力、应力张量 59

（三）应力张量的对称性 63

（四）静止流体与无粘性流体的应力张量 64

1.6 应力张量与应变率张量之间的关系——本构方程 65

小结 68

实验中的发现 69

（一）流体的可压缩性 69

习题 71

第二章 流体的平衡 75

2.1 流体平衡时的压强 75

2.2 流体平衡的基本方程 76

2.3 均质流体的静平衡 79

2.4 非惯性系中均质流体的相对平衡 82

（一）均质流体整体地做匀加速直线运动 82

（二）均质流体整体地绕竖直轴以匀角速度旋转 83

2.5 均质流体作用在物体表面的压强合力 84

（一）均质流体作用于平壁上的压强合力 84

（二）均质流体作用于曲壁上的压强合力 87

2.6 阿基米德定律，浮体的平衡 92

2.7 大气的平衡，国际标准大气 96

2.8 大气稳定度 98

小结 100

实验中的发现 101

（二）大气的压强 101

习题 102

第三章 流体运动的基本方程组 106

3.1 系统与控制体 106

（一）系统 106

（二）控制体 107

3.2 雷诺输运定理 107

3.3 基本方程组的一般论述 111

（一）描述流体运动的基本定律 111

（二）数学表达形式 111

3.4 微分形式的连续性方程 112

3.5 微分形式的运动方程 118

（一）运动方程的推导 118

（二）几种特殊形式 121

（三）动量矩方程 131

3.6 微分形式的能量方程 131

（一）能量方程 132

（二）动能（机械能）方程 135

（三）内能方程 135

3.7 积分形式的流体力学方程组 138

（一）建立积分形式的流体力学方程组 138

（二）将积分形式的方程组转换为微分形式的方程组 141

3.8 状态方程 142

（一）状态方程 142

（二）正压流体与斜压流体 144

（三）完全气体的内能及熵 145

3.9 初始条件及边界条件 146

（一）初始条件 146

（二）边界条件 147

3.10 流体力学的理论模型 149

（一）粘性流体与无粘性流动模型 150

（二）可压缩流动与不可压缩流动模型 151

（三）非定常流动与定常流动模型 153

（四）有旋流动与无旋流动模型 154

（五）重力流体与非重力流体模型 155

（六）一维、二维与三维流动模型 155

（七）绝热流动与等熵流动模型 155

小结 157

实验中的发现 157

（三）连续性原理 157

（四）能量守恒原理 158

习题 160

第四章 流体的积分关系式及其应用 164

4.1 无粘性流体运动方程的进一步简化 164

4.2 伯努利积分及其应用 165

4.3 拉格朗日积分及其应用 173

4.4 连续性方程及其应用 179

4.5 动量定理及其应用 182

4.6 动量矩定理及其应用 188

4.7 能量方程及其应用 192

4.8 各积分关系式的综合应用 196

小结 205

实验中的发现 206

（五）托里拆里原理 206

（六）伯努利定理 207

（七）空化现象 209

习题 210

第五章 流体的涡旋运动 218

5.1 涡旋运动的基本概念和涡量输运方程 218

（一）涡旋运动的一些基本概念和运动学特性 219

（二）粘性流体涡量输运方程 223

（三）粘性流体运动中速度环量的变化 224

5.2 无粘性流体的涡量输运方程及涡旋运动性质 225

（一）开尔文定理 226

（二）拉格朗日涡保持性定理 226

（三）亥姆霍兹涡面及涡管保持性定理 227

（四）亥姆霍兹涡管强度保持性定理 228

5.3 涡旋在无粘性不可压缩流体中所引起的速度场 230

（一）涡旋场感生的速度场 230

（二）涡线感生的速度场比奥－萨瓦尔公式 231

（三）直涡线感生的速度场 233

5.4 涡旋运动的产生，扩散及衰减 246

（一）无粘性非正压流体的情况 246

（二）无粘性与体力无势流体的情况 248

（三）粘性流体的情况 250

小结 258

实验中的发现 259

（八）二次流 259

习题 261

第六章 无粘性不可压缩流体的无旋运动 265

6.1 无粘性不可压缩流体无旋运动的基本方程组 265

（一）无粘性不可压缩流体无旋运动的速度势函数及基本方程组 266

（二）速度势函数和无旋运动的某些性质 269

6.2 平面运动和空间轴对称运动的流函数 271

（一）不可压缩流体平面运动的流函数 272

（二）不可压缩流体空间轴对称运动的流函数 280

6.3 平面定常无旋运动的复势 281

（一）复势 282

（二）平面基本流动的复势 283

6.4 定常绕流中柱体受力的复势表示 290

（一）布拉修斯定理 290

（二）儒可夫斯基升力定理 292

6.5 奇点分布法解平面势流问题 294

（一）无环量圆柱定常绕流 295

（二）有环量圆柱定常绕流 299

6.6 镜像法解平面势流问题 303

（一）圆定理 304

（二）平面定理 305

6.7 共形映射法解平面势流问题 307

（一）基本思想 307

（二）儒可夫斯基假定及环量的确定 310

（三）儒可夫斯基变换及其应用 312

（四）施瓦茨－克里斯托弗尔变换及其应用 317

6.8 无粘性不可压缩流体的空间轴对称流动 322

（一）基本流动 322

（二）定常无旋绕流问题 325

（三）非定常圆球绕流问题附加质量 331

小结 337

实验中的发现 338

（九）达西定律 338

（十）附加质量 339

习题 340

第七章 液体表面波 1

7.1 基本方程组、边界条件及初始条件 2

（一）基本方程 2

（二）边界条件 3

（三）初始条件 5

7.2 量级估计与线性近似 6

7.3 平面小振幅简谐进行波 8

7.4 驻波、波的反射 13

7.5 有限等深度液体中的波动 16

（一）有限等深度液体中的进行波 16

（二）有限等深度液体中的驻波 17

（三）浅水情况 18

7.6 界面波 20

（一）基本方程及边界条件 20

（二）求解 21

（三）讨论 23

7.7 群速度 24

7.8 波动的能量、波阻 27

（一）波动的动能 27

（二）波动的势能 28

（三）能量的传递 28

（四）波阻 30

7.9 初始扰动引起的波动 30

7.10 斯托克斯波简介 31

7.11 浅水长波 35

（一）浅水波方程 36

（二）线性长波解 37

（三）KdV方程及孤立波 38

7.12 水波对竖桩的作用 41

（一）莫里森公式 41

（二）应用举例 43

小结 44

实验中的发现 45

（十一）孤立波 45

习题 46

第八章 粘性不可压缩流体的层流运动 49

8.1 粘性不可压缩流动的基本方程组 49

8.2 相似律 55

8.3 粘性流动的一般性质 63

（一）粘性流体运动的有旋性 63

（二）粘性流体运动机械能的耗散性 65

（三）粘性流体运动中涡旋的扩散性 66

8.4 粘性流体的流动图案 68

8.5 层流流动的精确解 73

（一）两平行平板间的粘性流动 74

（二）无限长直圆管中的粘性流动 78

（三）平板在自身平面内振动所引起的流动 84

8.6 低雷诺数流动 86

（一）斯托克斯流动 87

（二）斯托克斯阻力公式 88

（三）斯托克斯近似的局限性和奥森近似 93

（四）润滑理论 95

8.7 边界层的概念和它的厚度 98

（一）位移厚度 99

（二）动量厚度 100

（三）温度与浓度边界层的名义厚度 101

8.8 平面层流速度与温度边界层方程组 102

8.9 动量与热量之间的雷诺类比 107

8.10 相似性解的概念和它的存在条件 109

8.11 沿半无穷加热恒温平板的层流速度与温度边界层 114

（一）速度边界层 116

（二）温度边界层 122

8.12 垂直半无穷加热恒温平板层流自由对流的速度与温度边界层 128

8.13 不存在相似性解的层流边界层 133

8.14 定常平面层流边界层的动量与能量积分关系式 135

（一）动量积分关系式 136

（二）能量积分关系式 139

小结 140

实验中的发现 141

（十二）流体的粘性剪应力 141

（十三）雷诺数 143

习题 144

第九章 粘性不可压缩流体的湍流运动 152

9.1 层流运动的稳定性和它向湍流运动的过渡 152

9.2 湍流运动的雷诺方程组 157

9.3 混合长理论 161

9.4 湍流的统计理论和模式理论简介 166

（一）湍流统计理论 166

（二）湍流模式理论 168

（三）湍流的高级数值模拟 171

（四）湍流实验研究 172

9.5 光滑圆管中的湍流运动 172

9.6 粗糙圆管中的湍流运动 179

9.7 平面湍流速度与温度边界层方程组 186

9.8 平面湍流速度边界层的多层模型和它的时均速度分布 189

9.9 平面湍流速度边界层内一些重要湍流特性的实验结果 191

（一）相对湍流度 191

（二）雷诺应力 193

（三）湍流（或涡）动量扩散率（或系数）Vt 193

（四）间歇因子 194

（五）拟序运动 195

9.10 沿半无穷加热恒温平板的湍流速度与温度边界层 197

（一）速度边界层 198

（二）温度边界层 202

9.11 平面湍流速度与温度边界层的连续壁律模型 204

9.12 沿半无穷平板的层流－湍流组合边界层 207

（一）普朗特法 208

（二）朱考斯卡斯法 209

9.13 层流边界层的稳定性和它向湍流边界层的过渡 210

9.14 边界层的分离 218

9.15 自由湍流和它的一些性质 223

9.16 平面湍射流 226

小结 230

实验中的发现 231

（十四）湍剪切流的拟序结构 231

习题 232

第十章 气体动力学初步 236

10.1 无粘性可压缩流体运动方程组 236

10.2 小扰动在可压缩流体中的传播声速和马赫数 238

（一）小扰动在可压缩流体中的传播和声速 238

（二）马赫数 242

10.3 伯努利方程和气体动力学函数 243

（一）无粘性可压缩流体定常等熵流动的伯努利方程 243

（二）气体动力学函数（一维等熵关系式） 245

（三）速度系数λ 249

10.4 一维定常等熵管流 251

（一）变截面管道内流动分析 252

（二）管截面积和流动马赫数的关系 254

（三）流量函数 255

10.5 正激波 257

（一）激波现象 257

（二）正激波基本方程组 259

（三）静止正激波 259

（四）运动正激波 263

10.6 拉瓦尔喷管内的流动 268

小结 271

*实验中的发现 272

（十五）声障现象 272

（十六）激波 273

习题 274

第十一章 传质理论初步 278

11.1 质量传递的基本概念和它的主要传递方式 278

11.2 混合物系统中的浓度、速度和单位面积的质量（或摩尔）流量 280

（一）浓度 280

（二）速度 281

（三）单位面积的质量（或摩尔）流量 281

11.3 菲克第一定律与质量扩散率（或系数） 282

11.4 双组分混合物的连续性方程 283

11.5 扩散方程的应用 288

11.6 湍流扩散方程 295

11.7 污染物在大气中的扩散 296

11.8 层流与湍流的浓度边界层方程 298

11.9 热量与质量之间的雷诺类比 300

11.10 沿半无穷平板的层流浓度边界层 302

（一）第一施米特数Sc=1 303

（二）第一施米特数Sc≠1 304

11.11 质量积分关系式 306

11.12 沿半无穷平板的湍流浓度边界层 307

小结 309

习题 310

回顾与展望 312

结束语 327

附录 328