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目录 1

前言 1

第一章　绪论 1

1.1　流体力学的研究对象、任务及其应用 1

1.2　流体的主要物理性质 2

1.2.1　惯性 2

1.2.2　重力特性 2

1.2.3　流体的黏度 3

1.2.4　流体的压缩性和膨胀性 6

1.2.5　表面张力特性 10

1.3　作用在流体上的力 11

1.3.1 表面力 11

1.3.2　质量力 12

1.4　流体的力学模型 13

1.4.1　连续介质与非连续介质模型 13

1.4.2　理想流体与黏性流体（实际流体）的力学模型 13

1.4.3　不可压缩流体与可压缩流体的力学模型 13

习题 14

第二章　流体静力学 15

2.1　流体静压强及其特性 15

2.1.1　流体静压强的定义 15

2.1.2　流体静压强的特性 15

2.2　流体平衡微分方程 18

2.2.1　流体平衡微分方程 18

2.2.2　流体平衡微分方程的积分 19

2.3.1　流体静力学基本方程 20

2.3　重力场中流体静压强的分布规律 20

2.3.2 帕斯卡原理 21

2.3.3　等压面 22

2.3.4　流体静力学基本方程的意义 23

2.3.5　静水压强分布图 24

2.4　压强的表示方法和量度单位 24

2.4.1　压强的表示方法 24

2.4.2　压强的量度单位 25

2.5.3　水银压差计 26

2.5.2　水银测压计 26

2.5.1　测压管 26

2.5　液柱式测压计 26

2.5.4　金属测压计 27

2.5.5　真空计 27

2.6　作用于平面壁上的静水总压力 28

2.6.1　解析法 28

2.6.2　图算法 29

2.7 作用于曲面壁上的静水总压力 31

2.7.1　静水总压力的水平分力和铅垂分力 31

2.7.2　压力体 32

2.7.3　静水总压力的作用点 33

2.7.4　潜体、浮体的平衡和稳定性 34

2.8　流体的相对平衡 38

2.8.1　等加速直线运动容器中液体的相对平衡 38

2.8.2　等角速旋转运动容器中液体的相对平衡 40

习题 43

3.1.2　欧拉法 49

3.1.1　拉格朗日法 49

3.1　描述流体运动的方法 49

第三章　流体动力学基础 49

3.2　欧拉法的基本概念 51

3.2.1　恒定流与非恒定流 51

3.2.2　一元流动、二元流动、三元流动 51

3.2.3　流线 51

3.2.4　均匀流与非均匀流、渐变流与急变流 54

3.2.5　流管、元流、总流 55

3.2.6　过流断面、流量、断面平均流速 56

3.3　恒定总流连续性方程 57

3.4　元流能量方程 58

3.4.1　元流能量方程 58

3.4.2　元流能量方程的物理意义和几何意义 60

3.5　恒定总流能量方程 61

3.6　恒定总流能量方程的应用 63

3.6.1　能量方程的应用 63

3.6.2　毕托管原理 66

3.6.3　水头线 67

3.7.1　气流能量方程式与液体能量方程式的几点区别 68

3.7　恒定气流能量方程式 68

3.7.2　不可压缩气流能量方程 70

3.7.3　总压线和全压线 71

3.8　恒定总流动量方程 74

3.8.1　恒定总流动量方程 74

3.8.2　恒定总流动量方程的应用 76

习题 78

4.1.1　量纲 83

第四章量纲分析与相似理论 83

4.1 量纲分析的概念和原理 83

4.1.2　无量纲量 84

4.1.3　量纲和谐 85

4.2　量纲分析法 85

4.2.1　瑞利法 86

4.2.2　π定理 88

4.3　流动相似性原理 92

4.3.1　力学相似 93

7.4　水跃和跌水 1 95

4.3.2　相似准则 95

4.4.1　模型律的选择 98

4.4　模型试验设计 98

4.4.2　模型的设计 99

习题 101

第五章　流动阻力与其能量损失 103

5.1 流动阻力与能量损失的分类 103

5.2　层流与紊流、雷诺数 104

5.2.1　雷诺实验 105

5.2.2　流态的判别准则——临界雷诺数 106

5.3　均匀流基本方程及沿程水头损失通用公式 107

5.3.1　均匀流基本方程 108

5.3.2　沿程损失的通用公式 109

5.4 圆管中的层流流动 110

5.4.1　断面流速分布特征 110

5.4.2　沿程损失与沿程阻力系数 111

5.5.1　紊流的成因 113

5.5　紊流流动 113

5.5.2　紊流的特征 114

5.5.3　紊流的时均化描述 115

5.5.4　紊流切应力和混合长度假说 116

5.5.5　层流底层 117

5.5.6　圆管紊流核心区的流速分布 119

5.6　紊流的沿程损失 121

5.6.1　尼古拉兹实验 121

5.6.2　λ的计算公式 123

5.6.3　工业管道的沿程损失 124

5.6.4　明渠流的沿程损失 125

5.7.1　局部水头损失的一般分析 129

5.7.2　突扩圆管的局部水头损失 129

5.7　流动的局部损失 129

5.7.3　其他类型的局部水头损失 131

5.8　减少阻力的措施 132

习题 134

6.1.1 薄壁小孔口自由出流 138

6.1 孔口及管嘴的恒定出流 138

第六章 孔口、管嘴出流与有压管道流 138

6.1.2　大孔口出流 140

6.1.3　薄壁孔口的淹没出流 141

6.1.4　管嘴出流 141

6.2 孔口及管嘴的非恒定出流 143

6.3　短管的水力计算 144

6.3.1　有压短管水力计算 145

6.3.2　常见短管的水力计算问题 146

6.4　长管的水力计算 151

6.4.1　简单长管的水力计算 151

6.4.2　复杂管道 153

6.4.3　沿程均匀泄流管路 154

6.5　管网水力计算基础 156

6.5.1　枝状管网 156

6.5.2　环状管网 158

6.6　水击 160

6.6.1　水击现象 161

6.6.2　水击压强计算 163

6.6.3　防止水击危害的措施 165

6.7.1　离心式水泵工作原理 166

6.7.2　离心泵性能参数 166

6.7　离心式水泵及其水力计算 166

6.7.3　水力计算 167

习题 169

第七章　明渠流动 174

7.1 明渠的分类 174

7.2.1 明渠均匀流的特征及形成条件 175

7.2　明渠均匀流 175

7.2.2　明渠均匀流的基本公式 176

7.2.3　明渠的水力最佳断面和冲淤流速 178

7.2.4　明渠均匀流水力计算的基本问题和方法 180

7.3 明渠恒定非均匀流动的若干基本概念 187

7.3.1　断面单位能量 189

7.3.2　临界水深 190

7.3.3　临界坡度 191

7.3.4　缓流、急流、临界流及其判别 192

7.4.1　水跃 195

7.4.2　跌水 198

7.5　明渠恒定非均匀渐变流的基本微分方程 199

7.6　棱柱形渠道中恒定非均匀渐变流的水面曲线分析 200

7.6.1　水流的渐变流段与局部现象 200

7.6.2　渐变流水面曲线的变化规律 201

7.6.3　水面曲线分析的一般原则 204

7.7　棱柱形渠道中恒定非均匀渐变流水面曲线的计算 206

7.7.1　分段求和法 206

7.7.2　数值积分法 207

7.7.3　计算机在水面曲线计算中的应用 208

习题 211

第八章　堰流 216

8.1　堰流的定义及分类 216

8.1.1　堰和堰流 216

8.1.2　堰的分类 217

8.2　堰流基本公式 218

8.3　宽顶堰 219

8.3.1　流量公式及流量系数 219

8.3.2　侧收缩系数 220

8.3.3　淹没条件及淹没系数 220

8.4　薄壁堰和实用断面堰 222

8.4.1　薄壁堰 222

8.4.2　实用断面堰 225

8.5　小桥孔径水力计算 226

8.5.1　小桥孔径的水力计算公式 226

8.5.2　小桥孔径的水力计算 227

8.6　消力池水力计算 230

8.6.1　水工建筑物下游的水流衔接与消能 230

8.6.2　消力池水力计算 231

习题 233

9.1.2　地下水的状态 235

9.1.1　渗流理论的实用意义 235

第九章　渗流 235

9.1　渗流基本定律 235

9.1.3　土的渗流特性 236

9.1.4　渗流模型 236

9.1.5　渗流的基本定律——达西定律 237

9.1.6　流沙和管涌 240

9.2　地下水的均匀流与非均匀流 241

9.2.1　恒定均匀渗流和非均匀渐变渗流的断面流速分布 241

9.2.3　渐变渗流浸润曲线 242

9.2.2　渐变渗流基本微分方程 242

9.3　集水廊道和井 245

9.3.1　集水廊道 245

9.3.2　井 246

9.4　井群 249

9.4.1　潜水完整井群 250

9.4.2　承压完整井群 251

9.5　流网及其在渗流计算中的应用 252

9.5.1　平面有压渗流流网的绘制 252

9.5.2　利用流网进行渗流计算 253

习题 255

第十章　可压缩流体在管中的流动 257

10.1　理想气体一元稳定流动的伯努利方程 257

10.1.1　气体一元等温流动 257

10.1.2　气体一元定容流动 258

10.1.3　气体一元绝热流 258

10.2　音速、滞止参数和马赫数 261

10.2.1　音速 261

10.2.2　滞止参数 262

10.2.3　马赫数 263

10.3　气体一元稳定流动的连续性方程 264

10.3.1　连续性微分方程 264

10.3.2　气流速度与断面的关系 265

10.4　绝热管流 266

10.4.1　气体管路运动微分方程 266

10.4.2　绝热管路运动方程 267

10.5　等温管流 268

10.6　速度系数 269

习题 272

第十一章　边界层与绕流流动 273

11.1　边界层概念 273

11.1.1　边界层的形成及其性质 273

11.1.2　边界层的厚度和流态 274

111.3　管流边界层 274

11.1.4　曲面边界层的分离现象 275

11.1.5　卡门涡列 276

11.2　边界层动量方程 277

11.3　平板上层流边界层 279

11.4　平板上紊流边界层 281

11.5　绕流阻力和升力 284

11.5.1　绕流阻力 284

11.5.2　绕流升力 286

11.5.3　悬浮速度 287

习题 289

12.1.2　紊流射流的形成 291

12.1.1　射流的分类 291

第十二章　气体射流 291

12.1　紊流射流特征 291

12.1.3　射流的几何特征 292

12.1.4　运动特征 293

12.1.5　动力特征 294

12.2 圆断面射流的运动分析 294

12.2.1　轴心速度 295

12.2.3　断面平均流速 296

12.2.4　质量平均流速 296

12.2.2　断面流量 296

12.2.5　起始段核心长度Sn及核心收缩角β 297

12.2.6　起始段流量Qn 297

12.2.7　起始段截面平均流速vn1 298

12.2.8 起始段质量平均流速vn2 299

12.3 平面射流 300

12.4 温差或浓差射流 301

12.4.1 轴心温差△Tm 302

12.4.3 起始段质量平均温差△Tn2 303

12.4.2 质量平均温差△T2 303

12.4.4 射流弯曲 304

12.5　紊流射流计算方法的改进 308

12.5.1　射流结构 308

12.5.2　动量修正系数βo 309

12.5.3　射流半径R 309

12.5.4　轴心速度vm 310

12.5.5　平面射流 311

12.5.6　温差（或浓差）射流及轴轨迹 311

12.6　有限空间射流简介 312

12.6.1　射流结构 312

12.6.2　动力特性 313

12.6.3　半经验公式 313

习题 314

习题答案 316

主要参考文献 322