A 绪论篇 1
A1.1 对流体运动的认识 1
A1.2 流体力学从经典到近代的发展 3
A1.2.1 经典流体力学时期 3
A1.2.2 近代流体力学时期 4
A1.2.3 近代流体力学的技术成就 6
A1.3 应用力学的研究方法 7
A1.3.1 应用力学研究步骤 7
A1.3.2 技术创新中的三类人员 9
A1.4 单位制 10
参考文献 11
B 基础篇 12
B1 流体基本概念 12
B1.1 连续介质模型 12
B1.1.1 流体的宏观特性 12
B1.1.2 流体质点与质元 13
B1.1.3 连续介质模型 13
B1.2 流体的易变形性 14
B1.2.1 流体易变形性的表现 14
B1.2.2 流体易变形的原因 15
B1.3 流体的粘性 16
B1.3.1 流体粘性的表现 16
B1.3.2 牛顿粘性定律 17
B1.3.3 粘度 20
B1.4 流体的可压缩性 21
B1.5 常用的流体模型 23
B1.5.1 无粘性与粘性流体模型 24
B1.5.2 不可压缩与可压缩流体模型 25
B1.6 流体中的力 26
B1.6.1 体积力与重力场 27
B1.6.2 表面应力与压强场 28
习题 30
B2 流体静力学 32
B2.1 静止液体中的压强分布 32
B2.1.1 静止液体压强公式 32
B2.1.2 压强的计示与计量 34
B2.2 流体静力学基本方程 35
B2.3 静压强测量 36
B2.4 欧拉平衡方程 38
B2.5 液体对平壁的总压力 41
B2.5.1 平壁总压力大小 42
B2.5.2 平壁总压力作用点 43
B2.6 液体对曲壁的总压力 45
B2.6.1 液体对二维曲壁的总压力 46
B2.6.2 浮力定律 48
习题 50
B3 流体运动学 55
B3.1 流动的数学描述 55
B3.1.1 欧拉法与拉格朗日法 55
B3.1.2 质点导数 57
B3.1.3 控制体与雷诺输运公式 60
B3.1.4 曲面流量 62
B3.2 流动的分类 64
B3.2.1 定常与不定常流动 64
B3.2.2 三维、二维与一维流动 65
B3.3 流动的几何描述 67
B3.3.1 速度廓线与剖面 67
B3.3.2 迹线 67
B3.3.3 流线 68
B3.3.4 脉线 70
B3.3.5 流管、流束与总流 71
B3.4 流体元的变形与旋转 71
B3.4.1 线应变率 71
B3.4.2 角变形率 73
B3.4.3 旋转角速度 74
习题 76
B4 流体动力学 79
B4.1 质量守恒方程 79
B4.1.1 积分形式的连续性方程 79
B4.1.2 微分形式的连续性方程 81
B4.2 伯努利方程及其应用 83
B4.2.1 伯努利方程 83
B4.2.2 伯努利方程沿总流的表达式 88
B4.2.3 伯努利方程的水头表达式 91
B4.2.4 伯努利方程的推广形式 92
B4.3 动量方程及其应用 93
B4.3.1 积分形式的动量方程 93
B4.3.2 定常流动量方程应用举例 94
B4.4 层流与湍流 98
B4.5 纳维-斯托克斯方程 102
B4.5.1 流体运动微分方程 102
B4.5.2 N-S方程 103
B4.5.3 定解条件 105
B4.5.4 N-S方程的求解与建模 106
B4.6 欧拉运动方程与平面势流 108
B4.6.1 欧拉运动方程 108
B4.6.2 平面势流简介 109
B4.7 雷诺方程与雷诺应力 112
习题 114
B5 量纲分析法与相似理论 119
B5.1 量纲与无量纲化 119
B5.2 量纲分析法 122
B5.2.1 白金汉定理 122
B5.2.2 量纲分析法 122
B5.3 流动相似与相似准则 127
B5.3.1 流动相似的概念 127
B5.3.2 确定相似准则数的方法 128
B5.3.3 常用的相似准则数 129
B5.4 模型实验与相似理论 131
B5.4.1 模型实验 131
B5.4.2 相似理论简介 131
习题 134
C 问题导向篇 136
C1 圆管流动与混合长度理论 136
C1.1 问题：如何计算圆管湍流阻力 136
C1.2 圆管层流流动 137
C1.2.1 实验与观察：泊肃叶与哈根实验 137
C1.2.2 建模与求解：速度分布抛物线律 139
C1.2.3 泊肃叶定律 141
C1.3 圆管湍流流动 142
C1.3.1 实验与观察：湍流时均速度和脉动速度 142
C1.3.2 分析与建模：混合长度理论 144
C1.3.3 求解：速度分布对数律 145
C1.4 圆管流动沿程损失 150
C1.4.1 沿程阻力通用公式——达西公式 150
C1.4.2 实验与观察：圆管阻力实验 151
C1.4.3 求解：阻力系数公式 155
C1.4.4 应用：穆迪图及管道水力计算 160
C1.4.5 应用：非圆形管流动沿程损失 164
C1.5 圆管流动局部损失 166
C1.6 管路的工程计算 171
C1.6.1 管路工程计算简介 171
C1.6.2 管路的工程计算式 173
C1.6.3 简单管路计算 175
C1.6.4 串联与并联管路计算 179
C1.6.5 枝状管路计算 182
C1.6.6 网状管路计算 183
C1.7 小结 187
参考文献 189
习题 190
C2 缝隙流动与流体动力学润滑理论 194
C2.1 问题：滑动轴承的油膜如何产生向上托力 194
C2.2 实验与观察 195
C2.3 平行平面缝隙流动 196
C2.3.1 物理和数学建模 197
C2.3.2 求解与分析 198
C2.4 倾斜平面缝隙流动——流体动力学润滑理论 202
C2.4.1 物理和数学建模 202
C2.4.2 求解与分析 204
C2.5 环形缝隙轴向流动 208
C2.5.1 同心环形缝隙轴向流动 208
C2.5.2 偏心环形缝隙轴向流动 209
C2.6 平行圆盘缝隙径向流动 210
C2.7 小结 212
参考文献 213
习题 214
C3 气体喷管流动与一维等熵流模型 217
C3.1 问题：如何获得超声速气流 217
C3.2 有关超声速气流的概念 218
C3.2.1 声速 218
C3.2.2 超声速流场中扰动波传播规律 219
C3.2.3 激波与膨胀波简介 221
C3.3 实验与观察 223
C3.3.1 拉伐尔喷管 223
C3.3.2 斯托多拉实验和普朗特实验 224
C3.4 建模与分析：完全气体模型 225
C3.5 建模与分析：一维等熵流动模型 228
C3.5.1 绝能流能量方程 228
C3.5.2 等熵流伯努利方程 229
C3.5.3 等熵流气动函数 230
C3.6 应用：拉伐尔喷管流动原理 232
C3.7 应用：喷管流动计算 235
C3.7.1 收缩喷管流动计算 235
C3.7.2 拉伐尔喷管流动计算 237
C3.8 小结 239
参考文献 241
习题 241
E 附录 243
E1 243
E1.1 常用流体的物理性质 243
E1.2 单位换算表 245
E1.3 有关数学公式 247
E1.3.1 直角坐标系中的矢量运算 247
E1.3.2 柱坐标系中的表达式 248
E1.4 有关几何图形与公式 249
E1.5 等熵流气动函数数据 250
E1.6 习题答案 255
参考文献 261