工程流体力学 第4版PDF电子书下载

1 绪论 1

1.1 流体力学的研究对象、发展概况和研究方法 1

1.1.1 流体力学的研究对象 1

1.1.2 流体力学的发展概况 2

1.1.3 流体力学的研究方法 3

1.2 流体质点与连续介质的概念 3

1.2.1 流体质点的概念 3

1.2.2 连续介质的概念 4

1.3 流体的主要物理性质 4

1.3.1 流体的密度与重度（density＆specific weight） 4

1.3.2 黏性（viscosity） 6

1.3.3 压缩性和膨胀性（compressibility＆distensibility） 11

1.3.4 表面张力（surface tension） 14

流体力学实验发现1 16

习题1 17

2 流体静力学 19

2.1 静止流体上的作用力 19

2.1.1 质量力 19

2.1.2 表面力 19

2.2 流体的平衡微分方程及其积分 21

2.2.1 欧拉平衡微分方程 21

2.2.2 平衡微分方程的积分 22

2.2.3 等压面 23

2.3 流体静力学基本方程 23

2.3.1 静止液体中的压强分布规律 24

2.3.2 静止液体中的压强计算和等压面 24

2.3.3 绝对压强、相对压强、真空度 25

2.3.4 流体静力学基本方程的几何意义与能量意义 26

2.4 流体静压强的测量 26

2.4.1 静压强的单位 26

2.4.2 静压强的测量 27

2.5 静止流体对平面壁的作用力 31

2.5.1 平面壁上的总压力 31

2.5.2 总压力的作用点 32

2.6 静止流体对曲面壁的作用力 35

2.6.1 总压力的大小、方向、作用点 35

2.6.2 浮力 36

流体力学实验发现2 37

习题2 38

3 流体动力学基础 44

3.1 研究流体运动的两种方法 44

3.1.1 拉格朗日法 44

3.1.2 欧拉法 45

3.1.3 质点导数 46

3.2 研究流体运动时的一些基本概念 47

3.2.1 迹线和流线 47

3.2.2 定常流动和非定常流动 48

3.2.3 流面、流管、流束与总流 49

3.2.4 过流断面、流速、流量 49

3.3 流体运动的连续性方程 50

3.3.1 直角坐标系中的连续性方程 50

3.3.2 微元流束与总流的连续性方程 52

3.4 无黏性流体的运动微分方程 53

3.5 无黏性流体运动微分方程的伯努利积分 55

3.6 黏性流体的运动微分方程及伯努利方程 57

3.6.1 黏性流体的运动微分方程 57

3.6.2 黏性流体运动的伯努利方程 57

3.6.3 伯努利方程的能量意义和几何意义 59

3.7 黏性流体总流的伯努利方程 61

3.7.1 急变流和缓变流 61

3.7.2 动量校正系数和动能校正系数 61

3.7.3 总流的伯努利方程 62

3.7.4 其他几种形式的伯努利方程 64

3.7.5 伯努利方程的应用举例 65

3.8 测量流速和流量的仪器 66

3.8.1 毕托管 66

3.8.2 文丘里流量计 67

3.9 定常流动总流的动量方程及其应用 68

3.9.1 定常流动总流的动量方程 69

3.9.2 动量方程的应用 70

流体力学实验发现3 73

习题3 74

4 黏性流体运动及其阻力计算 80

4.1 流体运动与流动阻力的两种形式 80

4.1.1 流动阻力的影响因素 80

4.1.2 流体运动与流动阻力的两种形式 80

4.2 流体运动的两种状态——层流与紊流 81

4.2.1 雷诺实验 81

4.2.2 流动状态的判别标准——雷诺数 82

4.2.3 不同流动状态的水头损失规律 83

4.3 圆管中的层流 85

4.3.1 分析层流运动的两种方法 85

4.3.2 圆管层流的速度分布和切应力分布 86

4.3.3 圆管层流的流量和平均速度 87

4.3.4 圆管层流的沿程损失 88

4.3.5 层流起始段 88

4.4 圆管中的紊流 89

4.4.1 运动要素的脉动与时均化 89

4.4.2 混合长度理论 91

4.4.3 圆管紊流的速度分布 92

4.4.4 圆管紊流的水头损失 94

4.5 圆管流动沿程阻力系数的确定 95

4.5.1 尼古拉兹实验 95

4.5.2 莫迪图 97

4.6 非圆形截面管道的沿程阻力计算 99

4.6.1 利用原有公式进行计算 99

4.6.2 用蔡西（Chezy）公式进行计算 100

4.7 边界层理论基础 100

4.7.1 边界层的概念 100

4.7.2 平板边界层的厚度 101

4.7.3 边界层分离 102

4.8 管路中的局部损失 103

4.8.1 管径突然扩大的局部损失 103

4.8.2 其他类型的局部损失 104

4.8.3 水头损失的叠加原则 107

流体力学实验发现4 雷诺数 109

习题4 110

5 有压管流与孔口、管嘴出流 114

5.1 简单管路的水力计算 114

5.1.1 短管的水力计算 114

5.1.2 长管的水力计算 115

5.2 管网的水力计算基础 118

5.2.1 串联管路 118

5.2.2 并联管路 119

5.2.3 连续均匀出流管路 120

5.2.4 管网的类型及水力计算 120

5.3 孔口出流 123

5.3.1 薄壁小孔口定常出流 123

5.3.2 大孔口定常自由出流 125

5.3.3 孔口非定常出流 125

5.4 管嘴出流 126

5.4.1 圆柱形外管嘴定常出流 127

5.4.2 管嘴的真空度与使用条件 127

5.4.3 其他形状的管嘴出流 129

流体力学实验发现5 130

习题5 131

6 明渠均匀流与堰流 135

6.1 明渠流的概念 135

6.2 明渠定常均匀流的水力计算 136

6.2.1 基本计算公式 136

6.2.2 计算平均流速的经验公式 137

6.2.3 流速分布规律 141

6.3 明渠的水力最佳断面 143

6.3.1 水力最佳断面尺寸的确定 143

6.3.2 水力计算的基本类型 146

6.4 堰流 147

6.4.1 堰流的基本概念 147

6.4.2 矩形薄壁堰自由出流 148

习题6 149

7 渗流力学基础 150

7.1 渗流的基本概念 150

7.1.1 渗流和渗流力学 150

7.1.2 多孔介质及孔隙性 150

7.1.3 多孔介质的压缩性 152

7.2 渗流的基本定律 153

7.2.1 达西定律及渗透率 153

7.2.2 达西定律适用范围 154

7.2.3 渗透率或渗透系数的确定 154

7.3 单相液体渗流 156

7.3.1 渗流数学模型的建立 156

7.3.2 稳态渗流数学模型的解 160

7.3.3 非稳态渗流数学模型描述 164

7.4 两相渗流基本知识 164

7.4.1 流体饱和度 164

7.4.2 相对渗透率 165

习题7 166

8 气体的一元流动与气-固两相流 167

8.1 声速和马赫数 167

8.1.1 声速方程式 167

8.1.2 马赫数 170

8.2 一元气流的流动特性 172

8.2.1 气流速度与密度的关系 172

8.2.2 气流速度与流道断面积的关系 173

8.3 等熵气流与正激波 174

8.3.1 等熵气流 174

8.3.2 正激波 176

8.4 两相流力的分析 178

8.4.1 曳力与曳力系数 178

8.4.2 非球形颗粒的几何特征与曳力系数 181

8.4.3 流体通过固定床的流动 182

8.4.4 固体颗粒流态化 185

8.5 两相流模型 190

8.5.1 两相模型 190

8.5.2 拟均相法 191

习题8 192

9 相似原理与量纲分析 194

9.1 相似原理 194

9.1.1 力学相似的基本概念 194

9.1.2 相似准则 196

9.1.3 近似模型法 198

9.2 量纲分析及其应用 201

9.2.1 量纲分析 201

9.2.2 量纲分析法的应用 203

习题9 205

10 流体机械：泵与风机 208

10.1 离心式泵 208

10.1.1 离心式泵的构造与工作原理 208

10.1.2 泵的扬程 209

10.1.3 叶轮 212

10.1.4 泵中的能量损失 212

10.1.5 泵的吸上扬程与气蚀现象 215

10.1.6 离心式泵的性能曲线 217

10.1.7 泵在管路中的工况点 218

10.1.8 离心式泵的选择 219

10.2 离心式通风机 220

10.2.1 通风机的风压、风量和效率 220

10.2.2 离心式风机的性能与工况 222

10.2.3 离心式通风机的选择 222

10.3 轴流式风机 224

10.3.1 轴流式通风机的构造和工作原理 224

10.3.2 轴流式压气机 225

习题10 226

11 计算流体力学基础 227

11.1 计算流体力学基本知识 227

11.1.1 计算流体力学的基本思想与特点 227

11.1.2 计算流体力学的发展 228

11.1.3 计算流体力学的应用 228

11.1.4 计算流体力学的工作流程 229

11.2 控制方程的离散 231

11.2.1 控制方程的通用形式 231

11.2.2 离散化方法分类 231

11.2.3 有限体积法原理 232

11.3 流场的求解计算 233

11.3.1 求解计算的难点 233

11.3.2 求解计算的方法 234

11.3.3 SIMPLE算法及其改进 235

11.4 边界条件与网格生成 235

11.4.1 边界条件 235

11.4.2 网格类型及网格生成 236

11.5 CFD软件的基本知识及应用 238

11.5.1 CFD软件的结构 238

11.5.2 常用CFD软件 239

11.5.3 CFD软件的应用实例 240

12 工程流体力学应用实例 243

12.1 流体力学在矿业工程中的应用实例 243

12.2 流体力学在环境工程中的应用实例 246

12.3 流体力学在安全工程中的应用实例 249

12.4 流体力学在土木工程中的应用实例 252

12.5 流体力学在机械工程中的应用实例 256

习题答案 261

参考文献 266