第1章 流体物理性质与运动的描述 1
1.1流体质点与连续介质假设 1
1.1.1流体的定义和特征 1
1.1.2流体力学的研究内容和方法 2
1.1.3流体质点与连续介质假设 2
1.1.4流体物理量 4
1.2流体的可压缩性与热膨胀性 4
1.2.1流体的密度与比体积 4
1.2.2流体的可压缩性与热膨胀性 5
1.2.3不可压缩流体假设 6
1.3流体的粘性与导热性 7
1.3.1流体的粘性 7
1.3.2牛顿粘性定律 7
1.3.3流体的粘度 8
1.3.4牛顿流体与非牛顿流体 9
1.3.5无粘性流体的假设 10
1.3.6流体的导热性 10
1.4流体运动的两种描述方法及互相转换 11
1.4.1拉格朗日描述法 11
1.4.2欧拉描述法 12
1.4.3拉格朗日描述法与欧拉描述法之间的联系 12
1.5质点的随体导数 13
1.5.1拉格朗日描述中的随体导数 13
1.5.2欧拉描述中的随体导数 13
1.5.3拉格朗日描述法与欧拉描述法的互相转换 15
1.6迹线与流线、流管与流量 18
1.6.1迹线 18
1.6.2流线 19
1.6.3脉线 21
1.6.4流管与流束 22
1.7运动流体的应变率张量 23
1.7.1亥姆霍兹速度分解定理 24
1.7.2流体微团的运动分析 26
1.7.3流体运动的分类 29
1.8流体中的作用力与应力张量 31
1.8.1体积力 31
1.8.2表面力与应力 32
1.8.3流场中任一点上的应力状态——应力张量 33
1.8.4静止流体与运动的无粘性流体中的应力张量 34
附录Ⅰ 笛卡儿张量简介 35
习题 41
第2章 流体静力学 47
2.1流体静压强及其特性 47
2.2静止流体的平衡微分方程 49
2.3重力场中静止流体内的压力分布 52
2.4静压力的计量 53
2.5流体的相对平衡 54
2.6静止流体作用在物面上的总压力计算 57
2.6.1平面和曲面上的总压力 57
2.6.2浮力 60
2.7大气的平衡 61
习题 66
第3章 流体运动基本方程 72
3.1流体的系统与控制体 72
3.1.1流体的系统 72
3.1.2流场中的控制体 73
3.1.3流体运动应遵循的基本定律 73
3.1.4体积分的随体导数 74
3.1.5基本方程表达形式的选择 76
3.2流体运动的连续性方程 76
3.2.1积分形式的连续性方程 76
3.2.2微分形式的连续性方程 78
3.2.3体积分随体导数的另一种表达式 81
3.3流体的运动方程 82
3.3.1积分形式的运动方程 82
3.3.2微分形式的运动方程 83
3.3.3粘性流体的运动微分方程 85
3.3.4无粘性流体的运动微分方程 88
3.4流体运动的能量方程 89
3.4.1积分形式的能量方程 89
3.4.2微分形式的能量方程 90
3.4.3牛顿流体的内能方程 91
3.5流体的热力学状态方程 93
3.5.1流体的热动平衡假设 93
3.5.2流体的状态方程 94
3.5.3常比热容完全气体的热力学关系式 95
3.5.4正压流体与斜压流体 95
3.6流体动力学基本方程组的封闭性及定解条件 96
3.6.1流体力学分析方法的一般过程 96
3.6.2流体力学的理论模型 97
3.6.3几种常用模型的封闭方程组 97
3.6.4初始条件与边界条件 103
附录Ⅱ正交曲线坐标系中流体运动的基本方程组 108
习题 114
第4章 无粘性流体的一维流动 119
4.1流体运动的一维模型及基本方程 119
4.1.1一维流动模型 119
4.1.2无粘性流体一维流动的基本方程 120
4.2不可压缩流体的伯努利方程及其应用 126
4.2.1无粘性流体运动方程的简化 126
4.2.2定常流动的伯努利积分 127
4.2.3伯努利方程的物理意义和几何意义 129
4.2.4伯努利方程的基本应用 130
4.2.5伯努利方程的推广应用 135
4.2.6非定常流动中的伯努利方程 139
4.2.7非惯性坐标系中的伯努利方程 141
4.3动量定理及其应用 144
4.3.1动量方程及其简化 144
4.3.2动量方程的应用 145
4.3.3轴流式涡轮机的欧拉方程 147
4.3.4非惯性坐标系中的动量定理 150
4.4动量矩定理及其应用 152
4.4.1积分形式的动量矩方程 152
4.4.2径流式涡轮机的欧拉方程 153
4.4.3非惯性坐标系中的动量矩定理及其应用 154
习题 156
第5章 无粘性流体的平面二维流动 163
5.1流体的有旋运动和无旋运动 163
5.2涡线、涡管、涡束、涡通量 166
5.3速度环量、斯托克斯定理 168
5.4无粘性流体兰姆-葛罗米柯型微分方程及应用 171
5.5欧拉积分式和伯努利积分、伯努利方程 173
5.6汤姆孙定理、亥姆霍兹旋涡定理 176
5.6.1汤姆孙定理 176
5.6.2亥姆霍兹旋涡定理 178
5.7有势流动、速度势函数、流函数、流网 179
5.7.1有势流动和速度势函数 179
5.7.2流函数与流网 183
5.8不可压缩平面二维无旋基本流动 187
5.8.1均匀直线流动（平行流） 188
5.8.2点源和点汇 189
5.8.3涡流和点涡 190
5.9简单的平面无旋流动的叠加 194
5.10无环量绕圆柱体的不可压缩二维无旋流动 201
5.11有环量绕圆柱体的不可压缩二维无旋流动 205
5.12不可压缩流体绕流平面叶型的库塔-儒可夫斯基升力定理 209
习题 212
第6章 粘性不可压缩流体的一维流动 215
6.1量纲数为1的N-S方程及流动相似律 215
6.1.1量纲数为1的N-S方程 215
6.1.2量纲为1的参数 216
6.1.3流动相似律 217
6.2粘性流体运动的两种流态——层流和湍流 218
6.2.1雷诺实验 218
6.2.2湍流的一般定义和描述 220
6.2.3湍流的统计平均 220
6.2.4不可压缩湍流平均运动的基本方程 222
6.3圆管中的充分发展层流与湍流 223
6.3.1圆管中的层流 223
6.3.2圆管中的湍流 227
6.4管流的沿程压力损失和局部阻力损失 235
6.4.1沿程压力损失 235
6.4.2局部阻力损失 239
6.5粘性总流的伯努利方程及其应用 244
6.5.1粘性总流的伯努利方程 244
6.5.2伯努利方程的应用 247
6.5.3沿程有能量输入或输出的伯努利方程 249
6.6管路的水力计算 250
6.6.1短管 251
6.6.2长管 255
6.7缝隙中的流动 262
6.7.1平行平板间缝隙流动 262
6.7.2圆柱环形缝隙流动 265
6.7.3倾斜平板间缝隙流动 267
6.7.4圆锥缝隙流动 270
6.7.5平行圆盘缝隙流动 271
6.8孔口出流 274
6.8.1孔口出流的分类和基本特征 274
6.8.2薄壁孔口自由出流 276
6.8.3薄壁孔口淹没出流 278
6.8.4厚壁孔口自由出流 280
6.8.5节流气穴与汽蚀 283
习题 284
第7章 粘性流体层流的基本运动 291
7.1 N-S方程的小雷诺数近似解 291
7.1.1斯托克斯方程 291
7.1.2绕圆球小雷诺数流动的斯托克斯解 292
7.1.3绕圆球小雷诺数流动的奥辛解 295
7.2两平行平板间的二维流动 297
7.2.1二维泊肃叶流 297
7.2.2纯剪切流 298
7.2.3二维库特流 298
7.3附壁面流动边界层的基本概念与特征量 299
7.4不可压缩二维层流边界层微分方程 300
7.5不可压缩二维边界层的动量积分关系式 302
7.5.1位移厚度 302
7.5.2动量损失厚度 303
7.5.3能量损失厚度 304
7.5.4卡门动量积分方程 304
7.6定常不可压缩二维层流边界层的布拉修斯相似性解 306
7.7可压缩层流边界层 310
7.7.1可压缩二维层流边界层方程 310
7.7.2完全气体定常可压缩二维层流边界层的相似性解 311
7.7.3可压缩二维边界层的积分关系式 312
习题 314
第8章 粘性流体湍流的基本运动 316
8.1湍流的模式理论 316
8.1.1湍流模式建立的依据 317
8.1.2一阶封闭模式 318
8.1.3雷诺应力模式 321
8.1.4代数应力模式 323
8.1.5二方程模式 324
8.1.6双尺度模式 325
8.1.7一方程模式 325
8.1.8各种模式的比较 326
8.2二维边界层 326
8.2.1湍流边界层的结构 326
8.2.2二维湍流边界层方程 329
8.2.3边界层的转捩过程 330
8.2.4影响边界层转捩的几个因素 333
8.2.5转捩位置的预测 333
8.2.6层流边界层分离 334
8.2.7湍流边界层分离 335
8.2.8边界层分离后的再附 337
8.3平板不可压缩二维湍流和混合边界层的近似计算 338
8.3.1定常不可压缩二维湍流边界层的动量积分关系式解法 338
8.3.2平板不可压缩二维层流-湍流混合边界层的近似计算 343
8.4绕圆柱体的不可压缩二维流动 344
8.4.1绕圆柱体不可压二维边界层 344
8.4.2绕圆柱流场与Re数的关系 347
8.5湍尾流场 348
8.6可压缩二维湍流边界层方程 352
8.7绕流阻力与边界层控制 353
8.7.1绕流阻力 353
8.7.2边界层控制 354
习题 355
第9章 气体动力学基础 357
9.1压力波的传播、声速 357
9.2运动点扰源产生的扰动场、马赫数与马赫角 360
9.3可压缩流体运动的三种参考状态 361
9.4可压缩流体一维定常等熵流动的伯努利方程及其应用 362
9.4.1一维定常等熵流动的基本方程 363
9.4.2一维定常等熵流动的伯努利方程及其应用——喷管 365
9.5流动通道中两个不同截面上参数变化与马赫数的关系 369
9.5.1任意两截面间同名参数比与马赫数的关系 369
9.5.2任意截面上的参数与临界参数、滞止参数之间的关系及其速度系数λ 371
9.6不可压缩流体伯努利方程的应用范围 374
9.7正激波 375
9.7.1正激波的形成机理、传播速度及蓝金-许贡纽公式 376
9.7.2正激波前、后气流参数的关系 378
9.8超声速气流绕流外凸或内凹固壁面的流动 382
9.8.1膨胀波 382
9.8.2微弱压缩波 383
9.9斜激波 384
9.9.1斜激波的形成 384
9.9.2斜激波前、后气流参数的关系 385
9.9.3超声速气流折转角δ和斜激波角β的关系 388
9.10超声速喷管在非设计工况下的流动分析 390
附录Ⅲ气体动力函数表 392
附录Ⅳ正激波表 394
习题 400
第10章 两相流动基础 403
10.1气液两相流动的参数及其意义 403
10.1.1气液两相流动的参数 404
10.1.2气液两相流动的流型 408
10.2气液两相流动的均流模型与分流模型 412
10.2.1气液两相流动的均流模型 412
10.2.2两相流动的分流模型 415
10.3气液两相流动中摩擦阻力、局部阻力及真实含气率的计算 418
10.3.1气液两相流动中摩擦阻力的计算 418
10.3.2气液两相流动中真实含气率的计算 427
10.3.3气液两相流动的局部阻力 431
10.4固定床气固两相流的基本原理 435
10.4.1床层结构参数 435
10.4.2床层阻力 436
10.5流化床气固两相流的基本原理 438
10.5.1流化现象 438
10.5.2临界流化速度和流化床的压降 439
10.6悬浮状气固两相流的基本原理 441
习题 442
第11章 流力学实验基础 444
11.1相似理论和量纲分析 444
11.1.1相似理论 444
11.1.2量纲分析 449
11.2流体力学实验设备简介 453
11.2.1风洞的功能与分类 453
11.2.2低速风洞 454
11.2.3超声速风洞 459
11.2.4水流循环系统 462
11.3流动参数测量 462
11.3.1压力的测量 462
11.3.2流速的测量 468
11.3.3流量的测量 471
11.4流动显示技术 476
11.4.1常规流动显示 476
11.4.2粒子图像测速技术 479
习题 483
第12章 计算流体力学基础 484
12.1计算流体力学概述 484
12.2有限差分法 486
12.2.1有限差分法概念 486
12.2.2相容性、收敛性和稳定性 488
12.3模型方程的差分格式 490
12.3.1波动方程 490
12.3.2热传导方程 491
12.3.3无粘性伯格斯方程 492
12.4冯·诺伊曼稳定性分析法和其他著名的差分格式 492
12.5稳定性分析的其他方法和修正方程的概念 495
12.6二维、三维模型方程的差分格式 497
12.7无旋流动的差分计算方法 499
12.7.1高斯-塞德尔迭代法 499
12.7.2线迭代法 500
12.7.3等步长点迭代法 501
12.8二维不可压缩粘性流动涡量流函数法 502
12.8.1网格设计 505
12.8.2程序框图 506
12.9平板边界层方程的差分解法 507
12.10 N-S方程的有限差分法 508
12.10.1压强校正法 510
12.10.2投影法和人工压缩性法 514
12.10.3哈罗-泊松方程法和非交错网格下的应用 517
12.10.4 Beam-Warming差分格式 518
12.11非结构网格有限体积法 519
12.11.1非结构网格的几何描述 520
12.11.2扩散方程的离散格式 520
12.11.3对流扩散方程的离散格式 522
12.11.4流动方程组的离散格式 523
习题 525
习题答案 527
中英文人名对照表 538
参考文献 540