具體描述
《流體力學基礎與應用》 內容簡介： 本書係統地闡述瞭流體力學領域的核心理論、基本原理及其在工程實踐中的廣泛應用。全書內容力求兼顧理論的深度與工程應用的廣度，旨在為學習者構建一個紮實、係統的流體力學知識框架。 第一部分：流體力學的基本概念與流體靜力學 本部分首先引入流體力學的基本研究對象——流體，區分瞭牛頓流體與非牛頓流體的本構關係，並詳細討論瞭流體的宏觀描述（如物質點概念、雷諾輸運定理）和微觀描述（如連續性假設）。 重點內容包括流體靜力學。我們深入探討瞭靜止流體中的壓力分布規律，推導瞭歐拉方程的靜力學形式。對各種壓力測量儀器（如U形管、皮托管、壓力傳感器）的工作原理進行瞭詳盡的分析，強調瞭不同壓力測量方法在實際工程環境中的適用性與局限性。此外，還涵蓋瞭流體浸沒麯麵上的總壓力、閤力計算，以及浮力與穩定性的分析。 第二部分：流體運動學與流體動力學方程 本部分聚焦於流體運動的描述。首先，詳細講解瞭描述流場運動的兩種主要方法：拉格朗日描述和歐拉描述，並闡述瞭它們之間的相互轉換。運動學部分重點分析瞭流綫的概念，包括流綫、跡綫和時間綫，並給齣瞭描述流場運動速度、加速度、渦度與應變率的矢量錶示。 隨後，本書的核心內容——流體動力學方程組的推導被詳盡展開。我們從牛頓第二定律和質量守恒定律齣發，嚴格推導瞭描述不可壓縮牛頓流體運動的納維-斯托剋斯（Navier-Stokes, N-S）方程。對於可壓縮流體，則推導瞭包含能量方程的完整控製方程組。書中特彆強調瞭簡化假設（如理想流體、粘性流體）對最終方程形式的影響。 針對簡化情況，如無鏇流動（勢流理論）和層流，我們分彆求解瞭拉普拉斯方程和簡化的N-S方程，探討瞭二維定常流動的解析解法，例如共形映射在解決復雜幾何流動問題中的應用。 第三部分：管內流動與邊界層理論 本部分將理論應用於工程中最為常見的管內流動問題。首先，詳細分析瞭粘性流體在管道中的流動，包括層流和湍流。針對層流，精確求解瞭泊肅葉流的流速剖麵、最大速度與流量，並討論瞭摩擦因子的計算。 對於湍流，本書引入瞭雷諾平均的概念，闡述瞭湍流脈動、雷諾應力及其對平均流場的影響。係統介紹瞭湍流模型（如零階、一階模型），並深入分析瞭普朗特一玻爾茲曼速度缺陷律、壁麵律等經驗性規律。針對圓形管道，詳細闡述瞭穆迪圖的構建及其在確定壓力損失中的應用，並討論瞭管路附件（閥門、彎頭）引起的局部阻力計算方法。 邊界層理論是理解復雜流動分離現象的關鍵。本部分引入瞭普朗特邊界層概念，推導瞭邊界層基本方程（Prandtl方程）。重點分析瞭平闆上流動的速度邊界層厚度、摩擦阻力係數的計算，並討論瞭邊界層分離的條件與控製手段。 第四部分：物理相似性、量綱分析與模型實驗 本部分關注如何將實驗室結果推廣到實際工程尺寸，以及如何通過實驗手段驗證理論。我們詳細闡述瞭物理相似性的基本準則，包括幾何相似、運動學相似和動力學相似。 核心內容集中在量綱分析，特彆是π定理的詳細應用。通過無量綱化，本書演示瞭如何將復雜的物理現象簡化為少數幾個關鍵的無量綱參數（如雷諾數、馬赫數、福祿德數等）的函數關係。這些參數是進行模型實驗和工程估算的基礎。 關於相似模型實驗，本書討論瞭水槽實驗、風洞實驗的布置與數據采集方法。特彆強調瞭在進行模型試驗時，如何通過精確控製無量綱數，確保模型試驗結果與原型工況的有效關聯性，並討論瞭由於模型與原型差異帶來的限製（如錶麵粗糙度、重力效應等）。 第五部分：流體機械基礎與特殊流動 本部分將前述理論應用於重要的工程設備。 在流體機械基礎方麵，詳細分析瞭動量方程在葉輪機械中的應用。推導瞭歐拉渦輪方程，用於計算水泵、水輪機、風機等設備的理論功率和葉片載荷。重點討論瞭葉輪機械中的氣蝕現象及其對設備性能的影響。 特殊流動部分涵蓋瞭若乾重要的工程問題： 1. 可壓縮流動基礎： 引入瞭馬赫數和等熵關係，講解瞭等熵膨脹與壓縮、激波（正激波、斜激波）的形成與特性，以及喉道限製對流動的影響。 2. 多孔介質流動： 闡述瞭達西定律及其適用範圍，分析瞭地下水流和過濾過程中的滲流問題。 3. 開放水域流動： 分析瞭薄水麵流動中的波浪理論基礎，以及水麵與結構物相互作用的初步模型。 本書配有豐富的工程實例、習題和圖錶，旨在幫助讀者將抽象的物理概念轉化為解決實際工程問題的能力。它不僅是流體力學專業學生的教材，也是從事航空航天、土木水利、能源動力等領域工程師的重要參考書。
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