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第1章 流体及其物理性质 1

1.1 流体力学的任务和研究对象 1

1.1.1 流体力学的任务 1

1.1.2 流体力学的研究对象 2

1.2 流体力学的发展概况和研究方法 3

1.2.1 流体力学的发展概况 3

1.2.2 流体力学的研究方法 4

1.3 流体质点与连续介质假定 5

1.4 流体的密度 6

1.5 流体的压缩性和膨胀性 7

1.5.1 流体的压缩性 7

1.5.2 流体的膨胀性 8

1.5.3 可压缩流体和不可压缩流体 8

1.6 流体的黏性 9

1.6.1 流体黏性的表现 9

1.6.2 牛顿内摩擦定律 9

1.6.3 动力黏度与运动黏度 11

1.6.4 理想流体和黏性流体 11

1.7 流体流动性 12

思考题一 13

习题一 13

第2章 流体静力学 15

2.1 作用在流体上的力 15

2.1.1 表面力 15

2.1.2 质量力 16

2.2 流体静压强及其特性 16

2.3 流体平衡微分方程及其积分 19

2.3.1 流体平衡微分方程 19

2.3.2 重力场中的流体静力学基本方程 21

2.3.3 可压缩流体中的压强分布 23

2.4 液柱式测压计 25

2.4.1 绝对压强和相对压强 25

2.4.2 单管测压计 26

2.4.3 U形管测压计 26

2.4.4 倾斜式微压计 28

2.5 压敏元件测压计 31

2.5.1 布尔登压力表 31

2.5.2 压力传感器 32

2.6 静止液体作用在平面上的总压力 32

2.7 静止液体作用在曲面上的总压力 37

2.7.1 二维曲面 37

2.7.2 三维曲面 41

2.7.3 潜体和浮体 42

思考题二 45

习题二 45

第3章 流体运动的基本概念与基本方程 48

3.1 流场及其描述方法 48

3.1.1 拉格朗日法 49

3.1.2 欧拉法 50

3.2 流体运动的基本概念 50

3.2.1 流体质点运动的加速度 50

3.2.2 迹线和流线 52

3.2.3 流管、流束与总流 55

3.2.4 流量与平均流速 55

3.2.5 缓变流与急变流 56

3.3 流体流动分类 56

3.3.1 可压缩流动与不可压缩流动模型 57

3.3.2 定常流动与不定常流动模型 57

3.3.3 一维、二维与三维流动模型 58

3.3.4 重力流体与非重力流体模型 58

3.3.5 黏性流体与理想流体模型 58

3.3.6 有旋流动与无旋流动模型 59

3.3.7 层流与湍流模型 61

3.3.8 亚声速、跨声速与超声速流动模型 61

3.3.9 其他模型 61

3.4 常用的流动分析方法 62

3.4.1 基本的物理定理 62

3.4.2 系统与控制体分析方法 63

3.4.3 微分与积分方法 64

3.4.4 量纲分析方法 64

3.5 连续性方程 65

3.5.1 微分形式的质量守恒方程——连续性微分方程 65

3.5.2 积分形式的质量守恒方程——定常总流的连续性方程 67

3.6 理想流体运动微分方程及其积分 68

3.6.1 理想流体的运动微分方程 68

3.6.2 伯努利积分 72

3.6.3 拉格朗日积分 73

3.7 伯努利方程 74

3.7.1 流线伯努利方程的物理意义和几何意义 74

3.7.2 流线伯努利方程的应用 75

3.7.3 总流伯努利方程及其应用 77

3.8 某些典型现象的伯努利方程解释 81

3.8.1 空泡形成机理及其危害 81

3.8.2 超空泡水中兵器 83

3.8.3 舰船水压场 86

3.8.4 船吸现象 87

3.9 流体速度测量 89

3.9.1 普通测速方法 89

3.9.2 热线测速仪 89

3.9.3 激光多普勒测速仪 91

3.9.4 粒子图像测速技术 93

3.10 动量方程 94

3.10.1 定常不可压缩总流的动量方程 95

3.10.2 定常不可压缩总流动量方程的适用条件和使用方法 97

3.11 动量矩方程 101

3.12 黏性流体运动微分方程 104

3.12.1 纳维-斯托克斯方程 104

3.12.2 初始条件和边界条件 105

3.12.3 纳维-斯托克斯方程应用举例 107

思考题三 112

习题三 113

第4章 不可压缩黏性流体管内流动基础 117

4.1 管内流动的层流与湍流 117

4.1.1 雷诺实验 117

4.1.2 层流与湍流流动的特点 118

4.1.3 管内流态的判别 119

4.2 黏性总流伯努利方程与水头损失 119

4.2.1 黏性总流伯努利方程 119

4.2.2 沿程损失的概念与计算 120

4.2.3 局部损失的概念与计算 121

4.3 简单管路 123

4.4 复杂管路 125

4.4.1 串联管路 125

4.4.2 并联管路 127

4.4.3 分支管路 128

思考题四 130

习题四 130

第5章 不可压缩黏性流体外部流动基础 133

5.1 边界层概念 133

5.1.1 边界层概念的提出 133

5.1.2 边界层的特点 135

5.2 平板摩擦阻力计算方法 137

5.2.1 平板层流边界层摩擦阻力计算 137

5.2.2 平板湍流边界层摩擦阻力计算 140

5.2.3 平板混合边界层摩擦阻力计算 140

5.3 边界层分离与压差阻力 142

5.3.1 曲面边界层的分离现象 143

5.3.2 压差阻力 146

5.3.3 减阻方法 147

5.4 卡门涡街 148

5.4.1 卡门涡街 148

5.4.2 卡门涡街诱发振动 149

思考题五 151

习题五 151

第6章 相似理论基础 153

6.1 量纲分析方法 153

6.1.1 量纲的概念 153

6.1.2 基本量纲与导出量纲 154

6.1.3 量纲一致性原理 154

6.1.4 π定理 155

6.2 流动相似与相似准则 158

6.2.1 流动相似 158

6.2.2 相似准则 161

6.3 模型实验与相似原理 162

6.3.1 模型实验 162

6.3.2 实验设备简介 163

6.3.3 相似原理 165

思考题六 169

习题六 170

第7章 低速机翼理论基础 171

7.1 机翼的几何参数 171

7.1.1 翼型的几何参数 171

7.1.2 美国NACA翼型 172

7.1.3 机翼的平面形状与翼型沿展向配置 173

7.2 翼型的低速流体动力特性 174

7.2.1 升力产生的原理 174

7.2.2 翼型的升阻力特性 176

7.2.3 翼型的力矩特性 178

7.3 有限翼展直机翼的低速流体动力特性 180

7.3.1 绕有限翼展机翼流动的特点 180

7.3.2 下洗现象 181

7.3.3 有限翼展机翼的升力及诱导阻力 182

思考题七 183

习题七 183

第8章 不可压缩理想流体平面势流 185

8.1 速度环量及理想流体中的旋涡定理 185

8.1.1 速度环量 185

8.1.2 斯托克斯定理 185

8.1.3 涡线与涡管 187

8.1.4 汤姆孙定理 189

8.1.5 亥姆霍兹定理 189

8.2 不可压缩理想流体流动的基本方程和边界条件 190

8.2.1 基本方程 190

8.2.2 初始条件和边界条件 190

8.2.3 方程的特点 191

8.3 外部势流的基本方程和边界条件 191

8.3.1 基本方程 191

8.3.2 以速度势形式表示的边界条件 192

8.3.3 势流基本方程的特点 192

8.3.4 速度势方程的求解方法 193

8.4 平面势流的基本方程、边界条件、流函数与基本解 193

8.4.1 平面势流的基本方程、边界条件 193

8.4.2 流函数 193

8.4.3 平面势流的基本解 196

8.5 简单势流叠加举例 200

8.5.1 兰金半体绕流 200

8.5.2 兰金体绕流 202

8.5.3 无环量圆柱绕流 203

8.5.4 有环量圆柱绕流 206

8.5.5 库塔-儒可夫斯基升力定理 208

8.6 附加质量及附加惯性力 209

8.6.1 附加质量和附加惯性力的概念 209

8.6.2 附加质量系数 210

8.6.3 附加质量的测量 211

8.6.4 简单物体附加质量的计算 212

8.7 二维对称物体绕流的数值计算 212

8.7.1 线段上均匀分布的线源 212

8.7.2 对称机翼绕流的数值计算 213

8.7.3 有限差分方法简介 214

8.7.4 有限元法的基本思想 217

思考题八 222

习题八 222

第9章 波浪理论基础 224

9.1 波浪的概念 224

9.2 波浪运动问题的数学描述 225

9.2.1 波浪运动的基本方程 226

9.2.2 波浪运动的边界条件 227

9.2.3 波浪运动问题的数学提法及其简化 228

9.3 微幅波的速度势 229

9.4 微幅波的波动要素 230

9.4.1 波长和波数 231

9.4.2 周期和圆频率 231

9.4.3 波速 231

9.5 微幅波液体质点的运动特性与压强分布 232

9.5.1 液体质点的运动速度 233

9.5.2 无限水深行进波中液体质点的运动轨迹 233

9.5.3 有限水深行进波中液体质点的运动轨迹 234

9.5.4 波动液体中的压强分布 236

9.6 波能及其传递 237

9.6.1 波能 237

9.6.2 波能的传递 238

9.7 波群和群速度 239

9.8 兴波阻力概念 241

9.9 不规则波的概念 242

思考题九 247

习题九 247

习题答案 248

参考文献 252