工程流体力学PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 流体与流体力学概念 1

1.2 流体力学发展简史 2

1.3 知识体系与应用领域 3

1.4 流体力学研究方法 4

1.5 学习中应注意的几个问题 5

思考与练习 6

第2章 流体的基本性质 7

2.1 流体的密度与可压缩性 7

2.2 流体的分散性与连续介质假设 9

2.3 流体的黏性与理想流体模型 10

2.4 表面张力与毛细现象 16

2.5 流体的受力 18

思考与练习 19

第3章 流体静力学 20

3.1 问题的提出 20

3.2 静止流体的应力特征 20

3.3 静止流体的力平衡微分方程 21

3.4 静止液体的压强 23

3.4.1 静压的物理概念 23

3.4.2 等压面 23

3.4.3 静止液体内的压强分布 24

3.5 静止大气的压强分布 25

3.6 压强的测量 26

3.6.1 压强的单位 26

3.6.2 绝对压强、相对压强、真空度 27

3.6.3 压强测量方法 28

3.7 静止液体作用在壁面上的总压力 32

3.7.1 静止液体作用在平面壁上的压力 32

3.7.2 静止液体作用在曲面壁上的压力 34

3.8 非惯性系中流体的相对平衡 36

3.8.1 流体作匀加速直线运动 36

3.8.2 流体绕竖直轴作匀角速度旋转运动 37

3.9 浮力及浮体的平衡 39

思考与练习 40

第4章 理想流体运动基本方程 43

4.1 问题的提出 43

4.2 描述流体运动的两种方法 43

4.2.1 拉格朗日法 44

4.2.2 欧拉法 44

4.2.3 随体导数 45

4.2.4 流动分类 46

4.3 流体运动的基本概念 47

4.3.1 迹线与流线 47

4.3.2 流管与流束 48

4.3.3 过流断面与流量 49

4.3.4 系统与控制体 50

4.4 连续性方程 50

4.4.1 微分形式的连续性方程 50

4.4.2 连续性方程的简化形式 51

4.5 理想流体运动微分方程 52

4.6 伯努利方程 54

4.6.1 微元流束伯努利方程 54

4.6.2 流线法线方向的压强变化 55

4.6.3 总流伯努利方程 56

4.7 伯努利方程的扩展应用 57

4.7.1 分流或汇流 57

4.7.2 有能量输入或输出的情形 58

4.7.3 非定常流 58

4.7.4 毕托管测量流速 59

4.7.5 文丘里流量计 60

4.8 动量方程与动量矩方程 61

4.8.1 动量方程 61

4.8.2 动量矩方程 62

4.8.3 动量方程与动量矩方程的应用举例 63

4.9 叶轮机械基本方程 67

4.9.1 涡轮机械内相对运动的伯努利方程 67

4.9.2 涡轮机内流体的动量方程与动量矩方程 68

思考与练习 69

第5章 不可压缩黏性流体一元流动 72

5.1 问题的提出 72

5.2 黏性流体管内流动的伯努利方程及能量损失 72

5.2.1 黏性流体总流的伯努利方程 72

5.2.2 沿程阻力损失 73

5.2.3 局部阻力损失 74

5.2.4 流体输送系统的能量方程 74

5.3 两种流动形态 75

5.4 圆管中层流流动分析 77

5.5 管内湍流的分区特征与速度分布 79

5.5.1 分区特征 79

5.5.2 湍流的速度分布 80

5.6 管内湍流的沿程阻力系数 82

5.6.1 经验公式 82

5.6.2 尼古拉兹试验 83

5.6.3 莫迪图 84

5.7 非圆形管道沿程损失的计算 85

5.8 局部阻力系数 86

5.9 工程实例分析 89

5.9.1 虹吸管 89

5.9.2 管嘴（厚壁孔口）定常出流 90

5.9.3 烟囱 90

5.9.4 管路计算 91

5.9.5 管流中的水击 96

思考与练习 97

第6章 可压缩气体一元流动 100

6.1 问题的提出 100

6.2 压缩性气流的能量方程 100

6.3 压缩性气流的连续性方程 102

6.4 压缩性气流中各参数的变化规律 103

6.4.1 滞止参数 103

6.4.2 临界参数 105

6.5 压缩性气体经喷管的流动 106

6.5.1 收缩型喷管（或孔口出流） 106

6.5.2 经拉伐尔喷管的流动 107

6.6 压缩性气体的等温管流 109

6.6.1 基本公式 109

6.6.2 压降公式 110

6.6.3 流量公式 111

6.7 气体激波 112

6.7.1 小扰动波的传播及声速 112

6.7.2 膨胀波 114

6.7.3 激波 114

6.7.4 激波前后的参数关系 116

6.7.5 拉伐尔喷管的非设计工况流动分析 117

思考与练习 119

第7章 理想流体平面运动 121

7.1 问题的提出 121

7.2 理想流体微团运动分析 121

7.2.1 理想流体运动分解 122

7.2.2 有旋流动与无旋流动 123

7.3 速度环量与涡量 123

7.3.1 速度环量 123

7.3.2 旋涡强度 124

7.3.3 斯托克斯定理 124

7.4 速度势与流函数 125

7.4.1 速度势函数 125

7.4.2 流函数 127

7.4.3 势函数与流函数的关系 128

7.5 复位势及其性质 129

7.5.1 复位势的概念 129

7.5.2 复位势的性质 129

7.6 基本的平面势流 130

7.6.1 均匀直线流 130

7.6.2 点源和点汇 130

7.6.3 点涡 132

7.7 有势流动的叠加 134

7.7.1 螺旋流 134

7.7.2 偶极子流 135

7.7.3 均匀等速流绕圆柱体无环量流动 138

7.7.4 均匀等速流绕圆柱体有环量流动 139

7.8 理想流体的旋涡运动 141

7.8.1 涡线、涡管、涡束和涡通量 141

7.8.2 汤姆逊定理 142

7.8.3 亥姆霍兹定理 143

7.8.4 涡丝的诱导速度 144

思考与练习 145

第8章 黏性流体运动方程及其基本解 147

8.1 问题的提出 147

8.2 雷诺输运定理与连续性方程 148

8.3 变形率张量与亥姆霍兹定理 151

8.4 黏性流体的受力分析 155

8.5 动量方程 156

8.6 本构方程 157

8.7 纳维-斯托克斯方程 159

8.8 运动方程组的封闭性与定解条件 160

8.8.1 基本方程组的封闭性讨论 160

8.8.2 定解条件 161

8.8.3 求解方法 162

8.9 二维平面层流解 162

8.10 二维轴对称层流解 166

8.11 低雷诺数流动解 168

思考与练习 172

第9章 边界层流动 174

9.1 问题的提出 174

9.2 边界层流动的基本特征 175

9.3 边界层运动方程 178

9.4 边界层方程的相似性解 180

9.5 平板边界层的布拉修斯精确解 183

9.6 边界层积分方程解法 186

9.6.1 边界层动量积分方程 186

9.6.2 边界层能量积分方程 187

9.6.3 平板边界层的积分近似解法 188

9.6.4 绕流问题的积分近似解法 191

思考与练习 193

第10章 湍流与湍流理论 195

10.1 问题的提出 195

10.2 湍流的形成及特征 196

10.2.1 黏性运动的有旋性与湍流特征 196

10.2.2 层流的稳定性 197

10.2.3 猝发现象与涡的迁移 198

10.2.4 湍流的拟序结构 199

10.3 湍流描述方法 200

10.4 湍流运动基本方程 201

10.4.1 连续性方程 201

10.4.2 动量方程（雷诺方程） 202

10.4.3 平均动能方程 203

10.4.4 涡量方程 204

10.5 湍流模式理论 205

10.5.1 湍流运动基本方程的封闭性讨论 205

10.5.2 湍流模式理论分类及特点 205

10.5.3 涡黏度与布辛涅斯克假设 206

10.5.4 0方程模式 206

10.5.5 单方程模式 207

10.5.6 双方程模式 208

10.5.7 雷诺应力与代数应力模型简介 209

思考与练习 211

第11章 工程湍流的半经验解法 213

11.1 问题的提出 213

11.2 混合长度与流速分布律 214

11.3 圆管内湍流 216

11.3.1 时均运动方程 216

11.3.2 流速分布律 218

11.3.3 光滑管流动阻力 218

11.3.4 粗糙管流动阻力 219

11.4 平壁湍流速度边界层 220

11.4.1 基本方程 220

11.4.2 分区特征 221

11.4.3 壁面律 222

11.4.4 速度边界层 222

11.4.5 层流—湍流组合边界层 224

11.5 射流与尾流 225

11.5.1 基本特征 225

11.5.2 流速衰减规律 226

11.5.3 相似解法 227

思考与练习 230

第12章 量纲分析与相似原理 232

12.1 问题的提出 232

12.2 单位与量纲 233

12.3 量纲分析法 234

12.3.1 瑞利法 234

12.3.2 П定理 236

12.4 相似原理 238

12.5 相似准则 239

12.6 基本方程的相似变换 241

12.6.1 由基本方程导出相似准则数 241

12.6.2 局部相似 243

12.6.3 基本方程组的化简 244

12.7 模型试验设计 245

思考与练习 246

第13章 计算流体力学基础 248

13.1 问题的提出 248

13.2 基本方程与定解条件 249

13.2.1 流体运动的基本方程组 249

13.2.2 定解条件 250

13.2.3 解的确定性问题 251

13.3 数值求解的一般步骤 251

13.3.1 前处理 251

13.3.2 计算过程 253

13.3.3 后处理 253

13.4 离散化方法 253

13.4.1 泰勒级数展开法 254

13.4.2 控制容积法 254

13.4.3 显式方法和隐式方法 255

13.4.4 有限差分方程 255

13.5 单变量代数方程组的求解 257

13.5.1 直接求解法 257

13.5.2 迭代法 259

13.5.3 松弛法 260

13.6 多变量联立代数方程组的求解 260

13.6.1 流函数—涡量法 260

13.6.2 交错网格的原始变量法 261

13.7 SIMPLE算法 262

13.7.1 计算方法与步骤 262

13.7.2 压强校正方程的讨论 264

13.8 通用CFD软件简介 265

思考与练习 267

附录 268

附录A 常见流体的物理性质 268

附录B 工业管道的粗糙度与常用局部阻力系数表 269

附录C 向量代数 271

附录D 张量初步 275

附录E 柱坐标系与球坐标系中的流体力学基本方程组 279

参考文献 283