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1 绪论 1

1.1 流体力学的概念与发展简史 1

1.1.1 流体力学概念 1

1.1.2 流体力学的发展历史 1

1.1.3 流体力学的研究方法 2

1.2 流体的连续介质模型 3

1.2.1 流体质点的概念 3

1.2.2 流体的连续介质模型 4

1.3 量纲和单位 4

1.3.1 量纲 5

1.3.2 单位 5

1.4 流体的主要物理性质 6

1.4.1 流体的基本特征 6

1.4.2 流体的密度 7

1.4.3 黏性 9

1.4.4 压缩性和膨胀性 13

1.4.5 表面张力 16

习题1 18

2 流体静力学 20

2.1 流体静压强及其特性 20

2.1.1 流体静压强 20

2.1.2 流体静压强的特性 21

2.2 流体的平衡微分方程 22

2.2.1 流体平衡微分方程 22

2.2.2 流体平衡微分方程的积分 23

2.2.3 等压面 24

2.3 流体静力学基本方程 24

2.3.1 静止液体中的压强分布规律 24

2.3.2 静止液体中的压强计算和等压面 25

2.3.3 绝对压强、相对压强和真空度 26

2.3.4 流体静力学基本方程的几何意义与能量意义 27

2.4 测压仪表、液体的相对平衡 28

2.4.1 静压强的单位 28

2.4.2 测压仪表 29

2.5 静止液体作用在壁面上的总压力 32

2.5.1 作用在平面壁上的总压力 33

2.5.2 作用在曲面壁上的总压力 36

习题2 39

3 流体动力学基础 42

3.1 流体运动要素及研究流体运动的方法 42

3.1.1 流体运动要素 42

3.1.2 研究流体运动的两种方法 42

3.2 流体流动的一些基本概念 44

3.2.1 定常流动和非定常流动 44

3.2.2 流线与迹线 44

3.2.3 流管、流束与总流 46

3.2.4 过水断面、流量及流速 47

3.3 流体流动的连续性方程 48

3.3.1 直角坐标系中的连续性方程 48

3.3.2 微元流束的连续性方程 49

3.3.3 总流的连续性方程 49

3.4 理想流体的运动微分方程及伯努利积分 51

3.4.1 理想流体的运动微分方程 51

3.4.2 理想流体运动微分方程的伯努利积分 51

3.5 理想流体微元流束的伯努利方程 52

3.5.1 质量力只有重力 53

3.5.2 质量力为重力与离心力共同作用 53

3.6 实际流体的伯努利方程及其工程应用 54

3.6.1 实际流体运动的微分方程 54

3.6.2 实际流体微元流束的伯努利方程 55

3.6.3 实际流体总流的伯努利方程 56

3.6.4 伯努利方程的应用 59

3.7 伯努利方程式的意义 60

3.7.1 物理意义（能量意义） 60

3.7.2 几何意义 61

3.8 定常流动总流的动量方程及其工程应用 62

3.8.1 定常流动总流的动量方程 62

3.8.2 动量方程的应用 63

习题3 65

4 流体的流动阻力计算 69

4.1 流体运动与流动阻力 69

4.1.1 过水断面上影响流动阻力的主要因素 69

4.1.2 流体运动与流动阻力的两种形式 69

4.2 流体运动的两种状态 70

4.2.1 雷诺实验 70

4.2.2 流动状态与水头损失的关系 71

4.2.3 流动状态判别准则——雷诺数 72

4.3 流体在圆管中的层流运动 73

4.3.1 分析层流运动的两种方法 73

4.3.2 圆管层流中的速度分布规律 75

4.3.3 圆管层流中切应力分布 75

4.3.4 圆管层流中的流量和平均速度 76

4.3.5 圆管层流中的沿程损失 76

4.3.6 层流起始段 77

4.4 流体在圆管中的湍流运动 78

4.4.1 湍流的特征 78

4.4.2 湍流运动要素的时均化 78

4.4.3 湍流中的摩擦阻力 79

4.4.4 湍流运动中的速度分布 80

4.4.5 湍流核心与层流底层 80

4.4.6 水力光滑管和水力粗糙管 81

4.4.7 圆管湍流中的水头损失 81

4.5 沿程阻力系数的确定 82

4.5.1 尼古拉兹实验 82

4.5.2 计算λ的经验或半经验公式 83

4.5.3 莫迪图 84

4.6 非圆形截面均匀湍流的阻力计算 87

4.6.1 利用原有公式计算 87

4.6.2 用蔡西公式计算 88

4.7 边界层理论基础 89

4.7.1 边界层的基本概念 89

4.7.2 边界层分离 89

4.8 管路中的局部损失 91

4.8.1 圆管突然扩大处的局部损失 91

4.8.2 局部损失计算的一般公式 92

4.8.3 能量损失叠加原则 95

习题4 96

5 有压管流与孔口、管嘴出流 99

5.1 简单管路的水力计算 99

5.1.1 短管的水力计算 99

5.1.2 长管的水力计算 100

5.2 管网的水力计算基础 103

5.2.1 串联管路 103

5.2.2 并联管路 104

5.2.3 连续均匀出流管路 105

5.2.4 管网的类型及水力计算 105

5.3 孔口出流 108

5.3.1 薄壁小孔口定常出流 108

5.3.2 大孔口定常自由出流 110

5.3.3 孔口非定常出流 110

5.4 管嘴出流 111

5.4.1 圆柱形外管嘴定常出流 111

5.4.2 管嘴的真空度与使用条件 112

5.4.3 其他形状的管嘴出流 114

习题5 115

6 渗流力学基础 119

6.1 渗流基本概念 119

6.1.1 渗流和渗流力学 119

6.1.2 多孔介质及孔隙性 119

6.1.3 多孔介质的压缩性 121

6.2 渗流基本定律 121

6.2.1 达西定律及渗透率 122

6.2.2 达西定律的理论基础 123

6.2.3 达西定律适用范围 124

6.2.4 渗透率或渗透系数的确定 124

6.3 单相液体渗流 126

6.3.1 渗流数学模型的建立 126

6.3.2 稳态渗流数学模型的解 130

6.3.3 非稳态渗流数学模型描述 134

6.4 两相渗流基本知识 134

6.4.1 流体饱和度 134

6.4.2 相对渗透率 135

习题6 136

7 流体机械之泵与风机 137

7.1 离心式泵 137

7.1.1 离心式泵的构造与工作原理 137

7.1.2 泵的扬程 138

7.1.3 叶轮 141

7.1.4 泵中的能量损失 141

7.1.5 泵的吸上扬程与气蚀现象 143

7.1.6 离心式泵的性能曲线 146

7.1.7 泵在管路中的工况点 147

7.1.8 离心式泵的选择 148

7.2 离心式通风机 148

7.2.1 通风机的风压、风量和效率 148

7.2.2 离心式风机的性能与工况 151

7.2.3 离心式通风机的选择 151

7.3 轴流式通风机 152

7.3.1 轴流式通风机的构造和工作原理 152

7.3.2 轴流式压气机 154

习题7 155

8 相似原理与量纲分析 156

8.1 相似原理 156

8.1.1 力学相似的基本概念 156

8.1.2 相似准则 158

8.1.3 近似模型法 160

8.2 量纲分析及其应用 163

8.2.1 量纲分析 163

8.2.2 量纲分析法的应用 165

习题8 167

9 大气污染扩散基础及应用 170

9.1 气体污染物的扩散及控制 170

9.1.1 湍流扩散的基本理论 170

9.1.2 大气扩散模式 171

9.1.3 气体污染物的控制策略 175

9.2 大气环境预测 175

9.2.1 大气环境的概念 175

9.2.2 大气环境预测的意义 176

9.2.3 运用流体力学软件对大气环境进行预测 176

习题9 180

10 海洋石油污染运移分析及控制 181

10.1 海洋石油污染现状及危害 181

10.1.1 海洋石油污染的现状 181

10.1.2 海洋石油污染的原因 182

10.1.3 海洋石油污染的危害 182

10.2 石油在海洋中的迁移与转化规律 183

10.2.1 溢油的迁移转化过程 183

10.2.2 溢油风化过程的综合作用 186

10.3 海洋石油污染物扩散运移特征研究 186

10.3.1 平滑海岸线特征 186

10.3.2 海洋溢油模型建立 187

10.3.3 海洋石油污染物扩散运移模拟结果及分析 187

习题10 193

11 CO2封存流动理论基础及应用 194

11.1 CCS技术现状和概况 194

11.1.1 CO2地质封存 194

11.1.2 CO2-EOR和CO2-ECBM技术 196

11.1.3 CO2海洋封存概述 197

11.2 地下咸水层CO2封存数学模型的建立及求解 197

11.2.1 CO2-盐水两相驱替模型 197

11.2.2 CO2-盐水两相驱替数学模型建立 199

11.2.3 CO2-咸水两相驱替界面移动 201

11.2.4 波及效率及其影响因素 204

11.3 CO2封存量评价 208

11.3.1 封存量的概念划分 208

11.3.2 CO2封存量估算 209

11.4 CO2封存量的风险 211

11.4.1 CO2封存的环境风险 211

11.4.2 CO2地质封存的泄漏风险 212

11.4.3 CO2泄漏的环境影响 212

习题11 215

习题答案 216

参考文献 220