具體描述
《流體力學基礎與應用》 作者： 張偉、李明 齣版社： 科學技術齣版社 齣版年份： 2023年 ISBN： 978-7-5045-xxxx-x 定價： 88.00 元 --- 內容提要 本書深入探討瞭流體力學的基本原理、分析方法及其在工程領域中的廣泛應用。全書內容結構嚴謹，邏輯清晰，從流體的基本概念和性質齣發，逐步過渡到流動的控製方程、重要的無量綱數，直至復雜的實際工程問題。本書旨在為讀者建立一個堅實的理論基礎，同時培養解決實際工程難題的能力。 第一部分：流體基礎與本構關係 (Fundamentals and Constitutive Relations) 本部分首先界定瞭流體的概念，明確瞭其與固體的本質區彆，重點闡述瞭流體的基本物理性質，如密度、比重、粘度（牛頓流體與非牛頓流體）、錶麵張力和氣體性質。 第一章：流體的基本概念 流體的分類與性質： 理想流體與真實流體、可壓縮流體與不可壓縮流體。流體的宏觀描述（拉格朗日觀點與歐拉觀點）。 流體靜力學： 壓力和壓強的概念，帕斯卡定律，靜止流體中的壓強分布（等壓麵），浮力與阿基米德原理，浮體平衡分析。 流體微團分析基礎： 介紹流體的運動學描述，包括流綫、跡綫和時流綫。流體的速度場、加速度場。流體微團的位移、鏇轉和綫應變率。 第二章：流體的運動學與控製方程 連續性方程（質量守恒）： 闡述瞭不可壓縮流體和可壓縮流體中的質量守恒形式，並推導瞭笛卡爾坐標係下的通用形式。 動量方程（牛頓第二定律的推廣）： 詳細推導瞭雷諾輸運定理（Reynolds Transport Theorem, RTT）及其在流體力學中的應用。基於物質導數，推導齣適用於流體的歐拉方程和納維-斯托剋斯（Navier-Stokes, N-S）方程。重點分析瞭N-S方程的物理意義和數學特性。 能量方程： 從熱力學第一定律齣發，推導瞭流體的能量守恒方程，包括內能、動能和勢能的轉化。 第二部分：重要的無量綱數與相似性原理 (Dimensionless Numbers and Similarity) 本部分聚焦於流體力學分析中至關重要的量綱分析方法，這是處理復雜流動問題的關鍵工具。 第三章：量綱分析與模型相似 量綱係統與基本量綱： 介紹M-L-T係統。 π定理（Buckingham π Theorem）： 詳細講解如何利用π定理將復雜的物理問題簡化為無量綱參數的關係式。 重要無量綱數： 深入剖析雷諾數（Reynolds Number, Re）、弗勞德數（Froud Number, Fr）、馬赫數（Mach Number, Ma）、韋伯數（Weber Number, We）的物理意義及其在不同流動中的主導作用。 物理相似性原理： 介紹幾何相似、運動學相似和動力學相似的判據，為水槽實驗、風洞實驗等物理建模提供理論依據。 第三部分：典型的流動分析 (Analysis of Typical Flows) 本部分將理論方程應用於幾種經典的、具有代錶性的流動情況，幫助讀者理解如何應用控製方程求解具體問題。 第四章：粘性流動的基本分析 牛頓流體在簡單幾何中的層流： 分析泊肅葉流（Poiseuille Flow，管道內的穩定層流）、Couette 流（平闆間的剪切流）。推導速度分布和壓降關係。 邊界層理論基礎： 介紹邊界層的概念，分析平闆上的Blasius邊界層方程的物理背景，理解粘性效應與慣性效應的相互作用。 流體阻力與升力： 分析摩擦阻力（Skin Friction）和壓差阻力（Pressure Drag）。理解升力産生的原因，並介紹升力係數與阻力係數的概念。 第五章：不可壓縮流動：管道與管路係統 伯努利方程的推導與應用： 在無粘、等熵流動中能量方程的簡化形式。討論伯努利方程的應用局限性。 工程中的能量損失： 區分主要能量損失（沿程阻力）和局部能量損失（附件阻力）。摩擦因數與雷諾數的關係（Moody 圖的建立與應用）。 管路設計基礎： 等效長度法和損失係數法在復雜管網係統（如串聯、並聯管路）中的應用。 第六章：高速流動與壓縮性效應 (Compressible Flow) 等熵流： 氣體流動的基本等熵關係式，如滯止狀態量（總溫、總壓）。 正激波與斜激波： 分析氣流跨越激波時發生的不可逆變化，如熵增、壓力和速度的突變。 管道中的氣流： 考慮摩擦和熱交換對氣流的影響（如流動的等熵加速/減速）。 第四部分：流動測量與高級主題 (Measurement and Advanced Topics) 第七章：流場測量技術 經典測量方法： 皮托管（Pitot Tube）、測壓管（Mano meter）、渦輪流量計等原理和使用注意事項。 現代非接觸式測量技術： 介紹粒子圖像測速法（PIV）和激光多普勒測速法（LDV）的基本原理，及其在復雜流動場可視化中的優勢。 第八章：湍流概述 湍流的特徵： 速度脈動、雷諾應力。 湍流模型簡介： 簡要介紹雷諾平均納維-斯托剋斯（RANS）方程的基本概念，以及k-ε模型在工程中的初步應用。 --- 適用對象 本書適用於大學本科高年級學生、研究生，以及從事航空航天、機械工程、土木工程、環境工程等領域的設計、研究和技術人員。學習本書需要具備微積分、常微分方程和基礎物理學（特彆是經典力學）的知識。 本書特色 1. 理論與實踐並重： 每一個理論推導後都緊跟著具體的工程算例，強調從第一性原理齣發解決實際問題。 2. 強調物理圖像： 重點解析瞭雷諾數、馬赫數等關鍵無量綱數的物理意義，幫助讀者形成直觀的流動感覺。 3. 詳盡的數學推導： N-S方程、能量方程的推導過程清晰，為深入研究打下堅實基礎。 4. 豐富的圖錶與案例： 包含大量的圖錶（如Moody圖、流綫圖、激波示意圖）和詳細的工程案例分析。 --- 讀者評價（節選自預發布版）： “本書對邊界層理論的闡述清晰透徹，是理解粘性流體復雜性的優秀教材。”——某高校流體力學教研室主任 “量綱分析一章極為實用，極大地幫助我優化瞭風洞實驗的設計參數，使相似性準則的把握更加到位。”——某航空設計院工程師
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