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1绪论 1

1.1 流体力学的发展概况、研究对象和研究方法 1

1.1.1 流体力学的发展概况 1

1.1.2 流体力学的研究任务与对象 2

1.1.3 流体力学的研究方法 2

1.2 流体质点与连续介质假设 3

1.2.1 流体质点的概念 3

1.2.2 连续介质假设 4

1.3 流体的主要物理性质 4

1.3.1 流体的密度、比体积和相对密度 4

1.3.2 流体的压缩性和膨胀性 5

1.3.3 液体的表面张力 7

1.3.4 汽化压强 7

1.4 流体的黏性 7

1.4.1 牛顿黏性实验 8

1.4.2 牛顿内摩擦定律 8

1.4.3 黏度的表示 9

1.4.4 压力、温度对黏度的影响 10

1.4.5 流体的分类 10

思考题 11

习题 11

2流体静力学 13

2.1 静止流体的作用力 13

2.1.1 质量力 13

2.1.2 表面力 13

2.1.3 流体静压强的特性 14

2.2 流体的平衡微分方程 15

2.2.1 欧拉平衡方程 15

2.2.2 压强分布函数 17

2.2.3 质量力的势函数 17

2.2.4 等压面 17

2.3 重力场中的静压分布及压强测定 18

2.3.1 重力场中的静压强 18

2.3.2 静力学基本方程的意义 18

2.3.3 静压强分布及压强表示 19

2.3.4 静压强的测量 21

2.4 流体的相对平衡 23

2.4.1 等加速水平运动容器中流体的相对平衡 23

2.4.2 等角速旋转容器中液体的相对平衡 24

2.5 静止流体对固体壁面的作用力 25

2.5.1 平面壁上的作用力 25

2.5.2 静止流体作用在曲面上的总压力及压力体 27

思考题 30

习题 31

3流体运动学 34

3.1 研究流体运动的两种方法 34

3.1.1 拉格朗日法 34

3.1.2 欧拉法 34

3.2 欧拉法的基本概念 35

3.2.1 流场分类 35

3.2.2 稳定流动和不稳定流动 35

3.2.3 迹线与流线 36

3.2.4 流管、流束、总流 37

3.2.5 有效断面、流量和断面平均流速 37

3.2.6 系统与控制体 38

3.3 连续性方程 39

3.3.1 三维连续性微分方程 39

3.3.2 一元流动（管流）的连续性方程 40

3.4 理想流体微团的运动分析 41

3.4.1 流体微团的速度分解公式 41

3.4.2 流体微团的运动类型 42

3.4.3 无旋流动与有旋流动 43

3.5 速度势函数与流函数 44

3.5.1 速度势函数 44

3.5.2 平面流函数 46

3.5.3 平面流函数与势函数的关系 47

3.6 平面势流和势流的叠加 48

3.6.1 基本的平面势流 48

3.6.2 平面势流的叠加 51

思考题 54

习题 54

4流体动力学 56

4.1 流体运动微分方程及伯努利方程 56

4.1.1 理想流体运动微分方程 56

4.1.2 理想流体的伯努利方程 57

4.1.3 伯努利方程的意义 59

4.2 实际流体的伯努利方程 59

4.2.1 实际流体微元流束的伯努利方程 59

4.2.2 实际流体总流的伯努利方程 60

4.2.3 总流伯努利方程的应用条件 61

4.3 总流伯努利方程可解决的工程实际问题 62

4.3.1 流动方向和能量损失问题 62

4.3.2 压力问题 64

4.3.3 流速与流量的测定 67

4.3.4 有流量分流或汇流的能量方程 68

4.4 稳定流的动量定理及应用 69

4.4.1 稳定流的动量定理 69

4.4.2 流体对弯管的作用力问题 70

4.4.3 自由射流的冲击力问题 71

4.5 动量矩方程及其应用 73

4.5.1 稳定流的动量矩方程 73

4.5.2 叶轮机械的欧拉方程 73

思考题 75

习题 75

5流体的阻力与水头损失 78

5.1 实际流体的流动微分方程 78

5.1.1 实际流体的受力分析 78

5.1.2 以应力形式表示的运动微分方程 79

5.1.3 广义牛顿内摩擦定律 79

5.1.4 不可压缩黏性流体的N-S方程 80

5.2 水头损失产生的原因及其分类 80

5.3 流体运动的两种状态 81

5.3.1 雷诺实验 81

5.3.2 流态的判别标准——雷诺数 82

5.3.3 非圆管路中的雷诺数 83

5.4 圆管中的层流 85

5.4.1 层流的起始 85

5.4.2 层流内部的受力分析 85

5.4.3 层流的速度分布及应力分布 86

5.4.4 圆管层流的沿程损失水头 87

5.5 圆管中的紊流 89

5.5.1 紊流运动的基本特征 89

5.5.2 断面上的速度分布 91

5.5.3 紊流切应力 92

5.5.4 紊流的沿程损失水头 92

5.6 管路中的局部损失水头与计算 98

5.6.1 局部损失产生的原因 98

5.6.2 管径突然扩大的局部损失 99

5.6.3 局部损失水头的计算公式 99

5.6.4 管路中的总水头损失 101

5.7 边界层理论 102

5.7.1 边界层的概念 103

5.7.2 边界层的基本特征 103

5.7.3 边界层的分离与绕流阻力 104

思考题 105

习题 105

6有压管路与孔口、管嘴出流 108

6.1 有压管路概述 108

6.1.1 有压管路的分类 108

6.1.2 有压管路特性 109

6.1.3 有压管路恒定流的水力计算问题 109

6.2 简单管路的水力计算 110

6.2.1 简单短管的水力计算 110

6.2.2 简单长管的水力计算 111

6.2.3 虹吸管和倒虹吸管的水力计算 113

6.2.4 离心泵管路系统的水力计算 114

6.3 复杂管路的水力计算 115

6.3.1 串联管路的水力计算 115

6.3.2 并联管路的水力计算 115

6.3.3 管网的水力计算 116

6.3.4 连续均匀出流管路的水力计算 117

6.4 管路中的水击 118

6.4.1 水击波的产生和传播过程 118

6.4.2 水击压力的计算 120

6.4.3 水击危害的预防 121

6.5 孔口出流 122

6.5.1 薄壁小孔口的出流 122

6.5.2 大孔口的出流 124

6.5.3 非恒定水头下的孔口出流 125

6.6 管嘴出流 126

6.6.1 圆柱形管嘴的出流 126

6.6.2 管嘴的真空度 127

6.6.3 其他常用管嘴的出流 128

思考题 129

习题 130

7明渠均匀流与堰流 133

7.1 明渠流的概念 133

7.1.1 明渠的横断面 133

7.1.2 渠道的底坡 134

7.1.3 渠道的允许流速 135

7.2 明渠均匀流的水力特征 135

7.2.1 明渠均匀流的水力特征及其形成条件 135

7.2.2 明渠均匀流的基本公式 136

7.3 梯形断面明渠均匀流的水力计算 138

7.3.1 水力最优断面 138

7.3.2 梯形断面明渠均匀流的三类基本问题 139

7.4 复式断面明渠均匀流的水力计算 142

7.5 堰流 144

7.5.1 堰流的水力特征 144

7.5.2 堰流的分类 145

7.5.3 堰流的基本公式 146

思考题 146

习题 147

8气体的一元流动 148

8.1 声速与马赫数 148

8.1.1 声速 148

8.1.2 马赫数 150

8.2 气体的一维定常等熵流动 151

8.2.1 气体一维定常流动的基本方程 151

8.2.2 滞止参数 153

8.3 气体一维定常等熵变截面管流 155

8.3.1 气流速度与密度的关系 155

8.3.2 气流速度与通道截面的关系 155

8.3.3 喷管 156

思考题 159

习题 159

9量纲分析与相似理论 160

9.1 量纲及量纲分析法 160

9.1.1 量纲 160

9.1.2 量纲和谐原理 162

9.1.3 瑞利法 162

9.1.4 π定理 163

9.2 相似理论 165

9.2.1 流动相似 165

9.2.2 相似准则 167

9.3 模型实验与近似模型法 170

9.3.1 模型实验 170

9.3.2 近似模型法 171

9.3.3 模型实验的应用 173

思考题 174

习题 175

10计算流体力学基础 177

10.1 CFD基础知识 177

10.1.1 CFD的概念与作用 177

10.1.2 CFD的特点 177

10.1.3 CFD仿真的基本步骤 178

10.2 常用CFD软件介绍 179

10.2.1 PHOENICS 179

10.2.2 CFX 180

10.2.3 STAR-CD 181

10.2.4 FLUENT 181

10.3 工程实例分析 182

思考题 188

习题 188

参考文献 189