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第1章 绪论 1

1.1流体力学的研究内容和方法 2

1.2流体力学发展简史 3

1.3流体的连续介质模型 6

1.4量纲和单位 8

1.5作用在流体上的力 10

1.5.1质量力 10

1.5.2表面力 10

工程实例 11

习题 12

第2章 流体的物理特性 13

2.1流体的重度 14

2.2流体的压缩性和膨胀性 15

2.2.1流体的压缩性 15

2.2.2流体的膨胀性 15

2.2.3可压缩流体和不可压缩流体 16

2.3流体的粘性 17

2.3.1牛顿内摩擦定律 17

2.3.2粘度 18

2.3.3牛顿流体和非牛顿流体 20

2.3.4粘性流体和理想流体 21

2.4液体的表面张力 21

2.4.1表面张力 21

2.4.2毛细现象 23

工程实例 24

习题 25

第3章 流体静力学 27

3.1流体的静压强 28

3.2流体平衡微分方程 30

3.2.1流体的平衡微分方程式 30

3.2.2压强微分方程 31

3.2.3等压面 32

3.3压强的基准 33

3.4静止流体中的压强分布 33

3.4.1流体静力学基本方程式 33

3.4.2流体静力学基本方程式的物理意义和几何意义 34

3.4.3重力场中的压强分布 35

3.4.4静压强分布图 37

3.4.5可压缩流体中的压强分布 37

3.5流体静压强的测量 39

3.5.1气压计 39

3.5.2测压管 40

3.5.3 U形管测压计 40

3.5.4差压计 40

3.5.5微压计 41

3.6流体的相对平衡 42

3.6.1等加速水平直线运动 43

3.6.2等角速转动 44

3.7静止流体对壁面的作用力 47

3.7.1静止流体作用在平面上的总压力 47

3.7.2静止流体作用在曲面上的总压力 51

3.7.3作用在液体中物体上的总压力 54

工程实例 55

习题 56

第4章 流体运动学 61

4.1描述流场的拉格朗日法和欧拉法 62

4.1.1拉格朗日法 62

4.1.2欧拉法 63

4.1.3随体导数 63

4.2速度场和加速度场 64

4.2.1速度场 65

4.2.2加速度场 65

4.3关于流场的一些基本概念 66

4.3.1一维、二维和三维流动 66

4.3.2稳定流动和非稳定流动 67

4.3.3均匀流动和非均匀流动 67

4.3.4流场的几何描述 67

4.4层流和湍流 72

4.4.1雷诺实验 72

4.4.2雷诺数 73

4.5流体微团的运动分析 74

4.5.1平动和线变形 75

4.5.2角变形运动 76

4.5.3旋转运动 77

4.6流体的无旋流动和旋涡流动 78

4.6.1无旋流动 78

4.6.2旋涡流动 79

工程实例 81

习题 82

第5章 流体动力学Ⅰ 85

5.1控制体和系统 87

5.2雷诺输运定理 88

5.3连续性方程 91

5.3.1连续性方程的推导 91

5.3.2连续性方程的特殊形式 91

5.3.3运动但不变形控制体 94

5.4动量方程 95

5.4.1惯性系中的动量方程 95

5.4.2非惯性系中的动量方程 96

5.5角动量方程 97

5.5.1惯性系中的角动量方程 97

5.5.2非惯性系中的角动量方程 98

5.6能量方程 99

5.6.1能量方程的推导 99

5.6.2伯努利方程 101

5.6.3总流的能量方程 102

工程实例 106

习题 107

第6章 流体动力学Ⅱ 113

6.1连续性方程 114

6.2粘性流体的运动微分方程 116

6.2.1运动方程的推导 116

6.2.2纳维-斯托克斯方程 118

6.3葛罗米柯-斯托克斯方程 124

6.4理想流体流动 125

6.4.1欧拉运动微分方程 125

6.4.2伯努利方程 126

6.4.3无旋流动的伯努利方程 126

6.4.4速度势函数 127

6.5平面势流 128

6.5.1流函数 128

6.5.2基本平面势流 130

6.6简单势流的叠加 134

6.6.1偶极流 135

6.6.2螺旋流 137

6.7流体对圆柱体的无环量绕流 138

6.8流体对圆柱体的有环量绕流 143

6.9流体绕圆球的流动 147

工程实例 151

习题 152

第7章 相似原理与量纲分析 155

7.1相似原理 156

7.1.1相似概念 157

7.1.2相似条件 157

7.2量纲分析 160

7.2.1量纲和谐原理 160

7.2.2量纲分析的方法 161

7.3模型试验 164

7.3.1全面力学相似模型试验 164

7.3.2近似模化法 165

7.3.3方程分析法 168

工程实例 170

习题 170

第8章 不可压缩流体的内部流动 173

8.1流体在圆管中的层流流动 174

8.2间隙中的层流流动 177

8.2.1平行平板间隙流动 178

8.2.2倾斜平板间隙流动 180

8.2.3圆柱环形间隙流动 182

8.3入口段与充分发展段的管内流动 183

8.4流体在圆管中的湍流流动 184

8.4.1基本概念 184

8.4.2湍流流动的速度分布和切应力分布 187

8.5管流水头损失 191

8.5.1水头损失的基本概念 191

8.5.2沿程水头损失 192

8.5.3局部水头损失 193

8.6沿程损失系数和局部损失系数 194

8.6.1沿程损失系数 194

8.6.2局部损失系数 197

8.7孔口和管嘴恒定自由出流 201

8.7.1薄壁小孔口恒定自由出流 201

8.7.2圆柱外伸管嘴恒定自由出流 203

工程实例 208

习题 209

第9章 不可压缩粘性流体的外部流动 214

9.1边界层概念 215

9.1.1基本概念 215

9.1.2边界层的基本特征 217

9.2边界层微分方程 219

9.3边界层动量积分方程 222

9.4平板边界层的近似计算 224

9.4.1层流边界层的近似计算 224

9.4.2湍流边界层的近似计算 226

9.4.3混合边界层的近似计算 227

9.4.4层流边界层和湍流边界层的特性对比 229

9.5沿曲面的边界层及分离现象 230

9.5.1绕曲面流动边界层的分离 230

9.5.2卡门涡街 232

9.6粘性流体绕小圆球的蠕流流动 234

9.6.1斯托克斯阻力系数 234

9.6.2颗粒在静止流体中的自由沉降 238

9.7粘性流体绕流物体的阻力 240

9.7.1摩擦阻力和压差阻力 240

9.7.2减少粘性流体绕流物体阻力的措施 241

9.7.3粘性流体绕流物体的升力 242

工程实例 243

习题 243

第10章 可压缩流体的一维流动 245

10.1音速和马赫数 246

10.1.1音速 246

10.1.2马赫数 248

10.1.3微弱扰动波的传播 249

10.2气体一维定常流动的基本方程 250

10.2.1连续性方程 251

10.2.2能量方程 251

10.2.3运动方程 252

10.3气体一维定常等熵流动的基本特性 252

10.3.1滞止状态 253

10.3.2临界状态 253

10.3.3极限状态 254

10.4喷管中的等熵流动 255

10.4.1气流参数与截面的关系 255

10.4.2喷管 256

10.5有摩擦等截面管内的绝热流动 258

10.6激波及其形成 262

10.6.1马赫波 262

10.6.2激波的形成 262

10.6.3斜激波、正激波和脱体激波 263

工程实例 264

习题 265

第11章 流体的测量 267

11.1压强的测量 268

11.1.1静压的测量 269

11.1.2压强测量仪表 270

11.1.3动态压强的测量 273

11.2流速的测量 275

11.2.1总压管 275

11.2.2皮托管 276

11.2.3三孔圆柱形探针 277

11.2.4热线（膜）风速仪 277

11.2.5激光多普勒测速仪 279

11.3流量的测量 280

11.3.1体积（质量）流量计 280

11.3.2文丘里流量计 280

11.3.3喷嘴流量计和孔板流量计 281

11.3.4涡轮式流量计 282

11.3.5电磁式流量计 283

11.3.6容积式流量计 283

工程实例 284

习题 285

第12章 计算流体力学简介 286

12.1计算流体力学概述 287

12.1.1概述 287

12.1.2计算流体力学研究的基本思路与方法 288

12.2控制方程 290

12.2.1概述 290

12.2.2边界条件 294

12.2.3控制方程的数学特性 294

12.2.4控制方程的离散化 295

12.3有限差分法 296

12.3.1有限差分法的概念 296

12.3.2相容性、收敛性和稳定性 298

12.4模型方程的差分格式 299

12.4.1波动方程 299

12.4.2热传导方程 300

12.4.3无粘性伯格斯方程 300

12.5几种流动的差分计算方法 301

12.5.1无旋流动的差分计算 301

12.5.2平板边界层的差分解法 302

12.6有限体积法 302

12.6.1有限体积法及其网格简介 302

12.6.2求解一维稳态问题的有限体积法 303

12.7常用的CFD商用软件简介 305

工程实例 308

习题 309

参考文献 310