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第1章 流体属性及流体静力学 1

1.1连续介质假设 1

1.1.1连续介质假设的提出和使用条件 1

1.1.2连续介质中一点处的密度 2

1.2流体的基本性质 3

1.2.1气体的热力学性质 3

1.2.2流体的压缩性和膨胀性 4

1.2.3流体的黏性 5

1.3作用在流体上的力 8

1.3.1质量力和表面力 8

1.3.2流体静压强及其特性 8

1.4流体静平衡微分方程及其积分 10

1.4.1流体静平衡微分方程 10

1.4.2重力场中流体静平衡微分方程的积分 12

1.4.3国际标准大气 13

趣味气体动力学1——舰船摩擦阻力的由来 15

思考题一 15

习题一 15

第2章 流体运动的基本概念和基本方程 17

2.1描述流体运动的方法和基本概念 17

2.1.1描述流体运动的方法 17

2.1.2流体运动的分类 20

2.1.3迹线、流线、流管和流面 21

2.2系统和控制体 24

2.3雷诺输运定理 25

2.4连续方程 26

2.4.1适用于所有流动的一般形式的连续方程 26

2.4.2一维定常流动的连续方程 27

2.5动量方程 30

2.5.1适用于所有流动的积分形式的动量方程 31

2.5.2适用于所有流动的微分形式的动量方程 31

2.5.3一维定常流动的积分形式的动量方程 33

2.5.4一维定常流动的微分形式的动量方程 35

2.6动量矩方程 37

2.6.1适用于所有流动的一般形式的动量矩方程 37

2.6.2直角坐标系下一维定常流动的动量矩方程 38

2.6.3柱坐标系中对z轴的一维定常流动的动量矩方程 38

2.7伯努利方程 39

2.7.1一般形式的伯努利方程 40

2.7.2特殊情况下的伯努利方程 40

2.7.3伯努利方程的应用 42

2.8能量方程 45

2.8.1适用于所有流动的一般形式的能量方程 45

2.8.2一维定常流动的能量方程 47

2.8.3特殊情况下的能量方程 48

趣味气体动力学2——是谁破坏了船用螺旋桨？ 50

思考题二 50

习题二 51

第3章 重要的气流参数和气体动力学函数 53

3.1声速和马赫数 53

3.1.1声速 53

3.1.2马赫数 55

3.2滞止参数 56

3.2.1滞止参数的概念 57

3.2.2滞止参数的变化规律 58

3.2.3滞止参数的使用说明 59

3.3几个重要的气流参数 60

3.3.1极限速度 60

3.3.2临界参数 60

3.3.3速度系数 61

3.4气体动力学函数 63

3.4.1 τ函数、π函数和ε函数 63

3.4.2流量函数 64

3.4.3冲量函数 67

趣味气体动力学3——夏天，两楼之间的通道里为何凉快？ 68

趣味气体动力学4——简易淋浴器的工作原理 68

思考题三 69

习题三 69

第4章 膨胀波 70

4.1微弱扰动在气流中的传播 70

4.1.1微弱扰动在气流中的传播规律 70

4.1.2微弱扰动对二维超声速流动的影响 73

4.2膨胀波的形成和特点 74

4.3微弱压缩波的形成和特点 76

4.4膨胀波和微弱压缩波的计算 77

4.4.1膨胀波和微弱压缩波的计算公式 77

4.4.2膨胀波和微弱压缩波的计算步骤 79

4.5膨胀波的反射和相交 81

4.5.1连续的膨胀波系的近似表示 81

4.5.2膨胀波在固体壁面上的反射 82

4.5.3膨胀波在自由边界上的反射 82

4.5.4膨胀波的相交 83

趣味气体动力学5——汽车速度与微弱扰动的传播 84

思考题四 85

习题四 85

第5章 激波 86

5.1激波简介 86

5.1.1激波的特点 86

5.1.2激波的分类 86

5.2正激波 87

5.2.1正激波的形成 87

5.2.2正激波前后气流参数间的关系 88

5.2.3激波稳定条件的分析 90

5.2.4正激波的几个重要性质 91

5.3斜激波 92

5.3.1斜激波的形成 92

5.3.2斜激波前后气流参数间的关系 93

5.3.3斜激波图线的分析 95

5.4激波阻力 99

5.5激波的反射和相交 101

5.5.1激波在固体壁面上的反射 101

5.5.2激波在自由边界上的反射 102

5.5.3激波的相交 103

5.6锥面激波 104

5.6.1锥面激波的形成和特点 104

5.6.2锥面激波的求解步骤 107

趣味气体动力学6——激波阻力 108

思考题五 108

习题五 108

第6章 一维定常管内气体流动 110

6.1变截面管流 110

6.1.1截面变化对气流参数的影响 110

6.1.2收缩喷管 113

6.1.3拉瓦尔喷管 118

6.2等截面摩擦管流 124

6.2.1摩擦对气流参数的影响 124

6.2.2摩擦管流的计算 127

6.2.3摩擦壅塞 130

6.2.4反压对摩擦管流的影响 133

6.3换热管流 136

6.3.1热量交换对管内气流参数的影响 136

6.3.2换热管流的计算 139

6.3.3加热壅塞 140

6.4变流量管流 142

6.4.1流量变化对气流参数的影响 142

6.4.2附加流量垂直于主流的情况 144

趣味气体动力学7——热阻 145

思考题六 146

习题六 146

第7章 黏性流体流动的基本知识 148

7.1黏性流体的流动状态 148

7.1.1雷诺实验 148

7.1.2流动状态的判别方法 149

7.1.3雷诺数的物理意义 150

7.2管内流体流动的速度分布 151

7.2.1充分发展的流动 151

7.2.2充分发展的层流流动的速度分布 151

7.2.3充分发展的湍流流动的速度分布 152

7.3水头损失的概念和计算 154

7.3.1沿程损失的概念和计算 154

7.3.2局部损失的概念和计算 155

7.4简单管路和复杂管路 157

7.4.1简单管路 157

7.4.2复杂管路 158

7.5边界层的知识 160

7.5.1边界层的概念和特点 161

7.5.2平板边界层的求解 163

7.5.3压差阻力与边界层分离 167

7.5.4边界层与激波的相互干扰 170

趣味气体动力学8——血压计的工作原理 171

思考题七 171

习题七 172

第8章 不可压平面势流 173

8.1旋涡流动 173

8.1.1涡量和速度环量 173

8.1.2涡线和诱导速度 174

8.2无旋不可压流的控制方程 175

8.2.1速度势 175

8.2.2拉普拉斯方程 176

8.2.3流函数 176

8.3二维不可压势流基本解 177

8.3.1直匀流 178

8.3.2点源和点汇 178

8.3.3偶极子 179

8.3.4点涡 181

8.4简单流动的叠加 181

8.4.1直匀流和点源的叠加 181

8.4.2直匀流和偶极子的叠加 182

8.4.3直匀流、偶极子、点涡的叠加 186

思考题八 189

习题八 190

第9章 低速机翼理论基础 191

9.1机翼的几何参数 191

9.1.1翼型的几何参数 191

9.1.2机翼的平面形状与翼型沿展向的配置 193

9.2翼型的低速气动特性 194

9.2.1升力产生的原理 194

9.2.2升力特性 198

9.2.3力矩特性 200

9.2.4阻力特性和极曲线 201

9.3有限翼展机翼的低速气动特性 202

9.3.1大展弦比直机翼的低速气动特性 202

9.3.2后掠翼的低速气动特性 208

9.3.3三角翼的低速气动特性 211

趣味气体动力学9——雁群“人字形”飞行的奥秘 213

思考题九 214

习题九 214

第10章 高速机翼气动特性 216

10.1亚声速机翼的气动特性 216

10.1.1压缩性对翼型表面压强分布的影响 216

10.1.2翼型和机翼的亚声速气动特性分析和估算 217

10.2跨声速机翼的气动特性 219

10.2.1跨声速翼型的气动特性 219

10.2.2跨声速机翼气动特性分析 223

10.3超声速机翼的气动特性 224

10.3.1超声速翼型的气动特性 224

10.3.2超声速三维翼的气动特性 227

10.4高超声速机翼气动特性 230

10.4.1高超声速绕流流谱 230

10.4.2牛顿理论 231

10.4.3高超声速机翼的升阻力特性 233

趣味气体动力学10——声障和热障 235

思考题十 235

习题十 235

参考文献 237

附录 气体动力学数值表 238