流體力學

目錄
第1章流體及其物理性質1
1.1流體力學的任務和研究對象1
1.1.1流體力學的任務1
1.1.2流體力學的研究對象2
1.2流體力學的發(fā)展概況和研究方法3
1.2.1流體力學的發(fā)展概況3
1.2.2流體力學的研究方法4
1.3流體質點與連續(xù)介質假定5
1.4流體的密度6
1.5流體的壓縮性和膨脹性7
1.5.1流體的壓縮性7
1.5.2流體的膨脹性8
1.5.3可壓縮流體和不可壓縮流體8
1.6流體的黏性9
1.6.1流體黏性的表現(xiàn)9
1.6.2牛頓內摩擦定律9
1.6.3動力黏度與運動黏度11
1.6.4理想流體和黏性流體11
1.7流體流動性12
思考題一13
習題一13
第2章流體靜力學15
2.1作用在流體上的力15
2.1.1表面力15
2.1.2質量力16
2.2流體靜壓強及其特性16
2.3流體平衡微分方程及其積分19
2.3.1流體平衡微分方程19
2.3.2重力場中的流體靜力學基本方程21
2.3.3可壓縮流體中的壓強分布23
2.4液柱式測壓計25
2.4.1絕對壓強和相對壓強25
2.4.2單管測壓計26
2.4.3犝形管測壓計26
2.4.4傾斜式微壓計28
2.5壓敏元件測壓計31
2.5.1布爾登壓力表31
2.5.2壓力傳感器32
2.6靜止液體作用在平面上的總壓力32
2.7靜止液體作用在曲面上的總壓力37
2.7.1二維曲面37
2.7.2三維曲面41
2.7.3潛體和浮體42
思考題二45
習題二45
第3章流體運動的基本概念與基本方程48
3.1流場及其描述方法48
3.1.1拉格朗日法49
3.1.2歐拉法50
3.2流體運動的基本概念50
3.2.1流體質點運動的加速度50
3.2.2跡線和流線52
3.2.3流管流束與總流55
3.2.4流量與平均流速55
3.2.5緩變流與急變流56
3.3流體流動分類56
3.3.1可壓縮流動與不可壓縮流動模型57
3.3.2定常流動與不定常流動模型57
3.3.3一維二維與三維流動模型58
3.3.4重力流體與非重力流體模型58
3.3.5黏性流體與理想流體模型58
3.3.6有旋流動與無旋流動模型59
3.3.7層流與湍流模型61
3.3.8亞聲速跨聲速與超聲速流動模型61
3.3.9其他模型61
3.4常用的流動分析方法62
3.4.1基本的物理定理62
3.4.2系統(tǒng)與控制體分析方法63
3.4.3微分與積分方法64
3.4.4量綱分析方法64
3.5連續(xù)性方程65
3.5.1微分形式的質量守恒方程———連續(xù)性微分方程65
3.5.2積分形式的質量守恒方程———定常總流的連續(xù)性方程67
3.6理想流體運動微分方程及其積分68
3.6.1理想流體的運動微分方程68
3.6.2伯努利積分72
3.6.3拉格朗日積分73
3.7伯努利方程74
3.7.1流線伯努利方程的物理意義和幾何意義74
3.7.2流線伯努利方程的應用75
3.7.3總流伯努利方程及其應用77
3.8某些典型現(xiàn)象的伯努利方程解釋81
3.8.1空泡形成機理及其危害81
3.8.2超空泡水中兵器83
3.8.3艦船水壓場86
3.8.4船吸現(xiàn)象87
3.9流體速度測量89
3.9.1普通測速方法89
3.9.2熱線測速儀89
3.9.3激光多普勒測速儀91
3.9.4粒子圖像測速技術93
3.10動量方程94
3.10.1定常不可壓縮總流的動量方程95
3.10.2定常不可壓縮總流動量方程的適用條件和使用方法97
3.11動量矩方程101
3.12黏性流體運動微分方程104
3.12.1納維-斯托克斯方程104
3.12.2初始條件和邊界條件105
3.12.3納維-斯托克斯方程應用舉例107
思考題三112
習題三113
第4章不可壓縮黏性流體管內流動基礎117
4.1管內流動的層流與湍流117
4.1.1雷諾實驗117
4.1.2層流與湍流流動的特點118
4.1.3管內流態(tài)的判別119
4.2黏性總流伯努利方程與水頭損失119
4.2.1黏性總流伯努利方程119
4.2.2沿程損失的概念與計算120
4.2.3局部損失的概念與計算121
4.3簡單管路123
4.4復雜管路125
4.4.1串聯(lián)管路125
4.4.2并聯(lián)管路127
4.4.3分支管路128
思考題四130
習題四130
第5章不可壓縮黏性流體外部流動基礎133
5.1邊界層概念133
5.1.1邊界層概念的提出133
5.1.2邊界層的特點135
5.2平板摩擦阻力計算方法137
5.2.1平板層流邊界層摩擦阻力計算137
5.2.2平板湍流邊界層摩擦阻力計算140
5.2.3平板混合邊界層摩擦阻力計算140
5.3邊界層分離與壓差阻力142
5.3.1曲面邊界層的分離現(xiàn)象143
5.3.2壓差阻力146
5.3.3減阻方法147
5.4卡門渦街148
5.4.1卡門渦街148
5.4.2卡門渦街誘發(fā)振動149
思考題五151
習題五151
第6章相似理論基礎153
6.1量綱分析方法153
6.1.1量綱的概念153
6.1.2基本量綱與導出量綱154
6.1.3量綱一致性原理154
6.1.4π定理155
6.2流動相似與相似準則158
6.2.1流動相似158
6.2.2相似準則161
6.3模型實驗與相似原理162
6.3.1模型實驗162
6.3.2實驗設備簡介163
6.3.3相似原理165
思考題六169
習題六170
第7章低速機翼理論基礎171
7.1機翼的幾何參數(shù)171
7.1.1翼型的幾何參數(shù)171
7.1.2美國犖犃犆犃翼型172
7.1.3機翼的平面形狀與翼型沿展向配置173
7.2翼型的低速流體動力特性174
7.2.1升力產生的原理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有限翼展直機翼的低速流體動力特性180
7.3.1繞有限翼展機翼流動的特點180
7.3.2下洗現(xiàn)象181
7.3.3有限翼展機翼的升力及誘導阻力182
思考題七183
習題七183
第8章不可壓縮理想流體平面勢流185
8.1速度環(huán)量及理想流體中的旋渦定理185
8.1.1速度環(huán)量185
8.1.2斯托克斯定理185
8.1.3渦線與渦管187
8.1.4湯姆孫定理189
8.1.5亥姆霍茲定理189
8.2不可壓縮理想流體流動的基本方程和邊界條件190
8.2.1基本方程190
8.2.2初始條件和邊界條件190
8.2.3方程的特點191
8.3外部勢流的基本方程和邊界條件191
8.3.1基本方程191
8.3.2以速度勢形式表示的邊界條件192
8.3.3勢流基本方程的特點192
8.3.4速度勢方程的求解方法193
8.4平面勢流的基本方程邊界條件流函數(shù)與基本解193
8.4.1平面勢流的基本方程邊界條件193
8.4.2流函數(shù)193
8.4.3平面勢流的基本解196
8.5簡單勢流疊加舉例200
8.5.1蘭金半體繞流200
8.5.2蘭金體繞流202
8.5.3無環(huán)量圓柱繞流203
8.5.4有環(huán)量圓柱繞流206
8.5.5庫塔-儒可夫斯基升力定理208
8.6附加質量及附加慣性力209
8.6.1附加質量和附加慣性力的概念209
8.6.2附加質量系數(shù)210
8.6.3附加質量的測量211
8.6.4簡單物體附加質量的計算212
8.7二維對稱物體繞流的數(shù)值計算212
8.7.1線段上均勻分布的線源212
8.7.2對稱機翼繞流的數(shù)值計算213
8.7.3有限差分方法簡介214
8.7.4有限元法的基本思想217
思考題八222
習題八222
第9章波浪理論基礎224
9.1波浪的概念224
9.2波浪運動問題的數(shù)學描述225
9.2.1波浪運動的基本方程226
9.2.2波浪運動的邊界條件227
9.2.3波浪運動問題的數(shù)學提法及其簡化228
9.3微幅波的速度勢229
9.4微幅波的波動要素230
9.4.1波長和波數(shù)231
9.4.2周期和圓頻率231
9.4.3波速231
9.5微幅波液體質點的運動特性與壓強分布232
9.5.1液體質點的運動速度233
9.5.2無限水深行進波中液體質點的運動軌跡233
9.5.3有限水深行進波中液體質點的運動軌跡234
9.5.4波動液體中的壓強分布236
9.6波能及其傳遞237
9.6.1波能237
9.6.2波能的傳遞238
9.7波群和群速度239
9.8興波阻力概念241
9.9不規(guī)則波的概念242
思考題九247
習題九247
習題答案248
參考文獻252