工程流体力学 第2版PDF电子书下载

主要符号表 1

0 引言 1

0.1　流体力学的应用 1

0.2　流体力学的内容及发展 1

0.3　工程流体力学的学习 2

1 流体性质 4

1.1　流体的定义 4

1.2　密度与可压缩性 4

1.3　理想气体及状态方程 8

1.4　粘性 9

1.5　表面张力 13

1.6　液体的蒸汽压力 16

本章小结 17

习题 17

2 流体静力学 19

2.1　作用在流体上的力 19

2.1.1　质量力 19

2.1.2　表面力 19

2.2　流体静压力及其特性 20

2.2.1　流体静压力 20

2.2.2　流体静压力的特性 20

2.3　流体的平衡微分方程 21

2.3.1　流体的平衡微分方程 21

2.3.2　力的势函数和有势力 22

2.3.3　等压面 23

2.4　重力场中流体的平衡 23

2.4.1　静力学基本方程式 23

2.4.2　静力学基本方程式的物理意义与几何意义 24

2.4.3　绝对压力　相对压力　真空 25

2.5　非惯性坐标系中液体平衡 27

2.5.1　等加速直线运动容器内液体的相对平衡 27

2.5.2　等角速度旋转容器中液体的相对平衡 28

2.6　液柱式测压计 33

2.6.1　测压管 33

2.6.2 U形管测压计 33

2.6.3 U形管差压计 34

2.6.4　倾斜微压计 34

2.7　静止液体作用在平面上的总压力 36

2.7.1　总压力的大小 37

2.7.2　总压力的作用点 37

2.8　静止液体作用在曲面上的总压力 39

2.8.1　总压力的大小和方向 40

2.8.2　总压力的作用点 41

2.8.3　压力体 41

2.9　浮力原理 43

本章小结 46

习题 47

3 流体动力学基础 54

3.1　流场及其描述方法 54

3.2　流动的分类 56

3.2.1　按流体性质分类 56

3.2.2　按与时间的关系分类 56

3.2.3　按与空间的关系分类 56

3.2.4　按运动状态分类 57

3.3　流体流动的基本术语和概念 57

3.3.1　迹线 57

3.3.2　流线 57

3.3.3　流管、流束和总流 58

3.3.4　过流断面及水力要素 59

3.3.5　流量和平均流速 59

3.3.6　稳定流动的类型 60

3.4　系统与控制体 61

3.4.1　系统与控制体的概念 61

3.4.2　系统内的某种物理量对时间的全导数公式 61

3.5　一维流动的连续性方程 63

3.6　理想流体一维稳定流动伯努里能量方程 65

3.6.1　欧拉方程 65

3.6.2　伯努里方程 66

3.6.3　理想流体一维稳定流动能量方程的物理意义和几何意义 67

3.6.4　理想流体相对运动的伯努里方程 67

3.7　沿流线主法线方向的压力和速度变化 68

3.8　粘性流体总流的伯努里方程 70

3.8.1　粘性流体微元流束的伯努里方程 70

3.8.2　粘性流体总流的伯努里方程 70

3.8.3　恒定气体流动的伯努里方程 72

3.9　伯努里方程的应用 72

3.10　动量方程与动量矩方程 76

3.10.1　动量方程 76

3.10.2　动量矩方程 77

本章小结 82

习题 84

4 量纲分析与相似原理 90

4.1　单位和量纲 90

4.2　相似性原理 91

4.2.1　几何相似 91

4.2.2　运动相似 92

4.2.3　动力相似 92

4.3　相似准则数 93

4.3.1　欧拉（Eu）数 93

4.3.2　弗汝德（Fr）数 93

4.3.3　雷诺（Re）数 94

4.3.4　马赫（Ma）数 94

4.3.5　韦伯（We）数 94

4.4　近似模型试验 95

4.5　量纲分析 97

4.5.1　瑞利法 98

4.5.2 π定理 99

本章小结 101

习题 102

5 管内不可压缩流体流动 104

5.1　管内层流流动及粘性摩擦损失 104

5.1.1　层流与湍流流动 104

5.1.2　等截面管道内沿程能量损失 105

5.1.3　圆管道内切应力分布 107

5.1.4 圆管道内层流流动及粘性摩擦损失 107

5.1.5　层流流动入口段长度 109

5.2　湍流流动及沿程摩擦阻力计算 110

5.2.1　湍流旋涡粘度与混合长度理论 110

5.2.2　湍流流动中的粘性底层 112

5.2.3　湍流流动中的速度分布 114

5.2.4　沿程摩擦阻力系数计算 116

5.2.5　摩擦系数曲线图（莫迪Moody图） 118

5.3　简单管道内流动计算 118

5.4　局部阻力损失 124

5.4.1　管道进口损失 124

5.4.2　突然扩大损失 125

5.4.3　渐扩管损失 126

5.4.4　管道出口损失 127

5.4.5　渐缩管损失 127

5.4.6　弯管损失 128

5.4.7　其他局部阻力构件损失 128

5.5　管路流动计算 129

5.5.1　简单管路流动阻力计算 129

5.5.2　管道中有泵、风机和水轮机时的管路计算 130

5.6　管路及管网阻力计算 132

5.6.1　串联管路 132

5.6.2　并联管路 134

5.6.3　分叉管路系统 136

5.6.4　管网计算 139

5.7　管路中的水锤现象 140

本章小结 143

习题 143

6 绕流流动与边界层 147

6.1　绕流流动阻力与边界层 147

6.1.1　绕流流动阻力 147

6.1.2　边界层 148

6.2　平板边界层的摩擦阻力 148

6.2.1　平板边界层动量方程 148

6.2.2　平板层流边界层的摩擦阻力 150

6.2.3　平板湍流边界层的摩擦阻力 151

6.2.4　平板边界层具有过渡区时的摩擦阻力 153

6.3 曲面物体绕流阻力 153

6.3.1　边界层分离和压差阻力 153

6.3.2　流体绕流曲面物体的阻力 155

6.3.3　流体绕流长柱体的阻力 159

6.4　升力 160

6.5　气体射流 161

6.5.1　射流结构与特征 161

6.5.2 圆断面射流参数计算 162

6.6　纳维尔-斯托克斯方程（N-S方程）及其求解 163

6.6.1　粘性应力分析 164

6.6.2　粘性力 165

6.6.3 N-S方程 165

6.6.4 N-S方程的求解 166

本章小结 168

习题 169

7 理想流体流动 171

7.1　连续性方程 171

7.2　非旋转流动 172

7.3　速度环量与旋涡量 174

7.4　流函数 174

7.5　基本流动的流场与流场叠加 175

7.5.1　均匀直线流动 175

7.5.2　源流或汇流 176

7.5.3　流场叠加 176

7.6　速度势 178

7.7 流网 179

本章小结 181

习题 182

8 流体测量 184

8.1　流体物性测量 184

8.2　静压测量 186

8.3　用毕托（Pitot）管测量流速 187

8.4　测量速度的其他方法 188

8.4.1　水流计和风速仪 188

8.4.2　热线风速仪 188

8.4.3　漂浮测量 188

8.4.4　照相和光学测量 188

8.4.5　激光技术 188

8.4.6　其他测速仪器与方法 189

8.5　流量测量 189

8.6　孔口、喷嘴和管嘴出流 189

8.6.1　出流的定义 189

8.6.2　出流系数 190

8.6.3 自由出流的水头损失 190

8.6.4　淹没出流的水头损失 191

8.7　文丘里（Venturi）流量计 193

8.8　喷嘴流动 194

8.9　孔板流量计 195

8.10　可压缩流体的流量测量 197

8.11　测量流量的其他方法 199

本章小结 199

习题 200

9 可压缩流体的流动 202

9.1　音速 马赫数 202

9.1.1　音速 202

9.1.2　马赫数（Ma数） 203

9.1.3　微弱扰动在气体中的传播 204

9.2　气体一维定常等熵流动 205

9.2.1　基本方程 205

9.2.3　三种特定状态 206

9.2.4　速度系数 208

9.3　喷管中的等熵流动 209

9.3.1　气流参数与通道截面的关系 209

9.3.2　喷管 210

9.4　有摩擦的绝热管流 213

9.4.1　有摩擦管流流动分析 213

9.4.2　有摩擦管流中气流参数的计算 214

9.5　在等截面管中有摩擦的等温流动 216

9.6　超音速气流的绕流与激波 217

9.6.1　激波的产生及分类 217

9.6.2　正激波的形成及传播速度 218

9.6.3　膨胀波 220

9.6.4　斜激波 221

9.7　激波前后气流参数的关系 222

9.7.1　正激波前后气流参数的关系 222

9.7.2　斜激波前后气流参数的关系 226

9.7.3　波阻的概念 229

9.8　变截面管流变工况流动分析 230

9.8.1 收缩喷管变工况流动分析 230

9.8.2　喷管出口处的流速、流量及面积比 231

9.8.3　缩放喷管变工况流动分析 232

本章小结 234

习题 235

习题答案 237

参考文献 243