流体力学与流体机械习题集

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isbn号码:9787502013844
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具体描述

《流体力学与流体机械习题集》 —— 探索流体世界的奥秘,掌握工程实践的关键 流体力学,作为一门研究流体(包括液体和气体)在静止或运动状态下行为的科学,是工程学领域不可或缺的基石。从航空航天器的飞行设计到船舶的航行效率,从管道输送系统的优化到气候变化的预测,流体力学的原理无处不在,深刻影响着我们生活的方方面面。而流体机械,作为流体力学理论在工程实践中的具体应用,更是现代工业的核心驱动力,为能源生产、水资源管理、交通运输等关键领域提供动力和支撑。 本书《流体力学与流体机械习题集》旨在为广大工科院校学生、研究生以及从事相关领域研究和工程实践的专业人士提供一套全面、深入的练习与巩固材料。我们深知,理论知识的掌握固然重要,但将抽象的理论转化为解决实际问题的能力,则离不开大量的、高质量的练习。因此,本书力求通过精选的习题,引导读者深入理解流体力学的基本概念、运动规律以及流体机械的设计原理和运行特性。 本书内容涵盖但不限于以下核心章节: 第一部分:流体力学基础 流体的物理性质与宏观描述: 本部分将从流体的密度、粘度、表面张力、压缩性等基本物理性质出发,帮助读者建立对流体的宏观认识。习题将涉及粘性流体的特性分析,例如牛顿流体与非牛顿流体的区分,以及不同粘度对流动行为的影响。我们将通过具体算例,让读者掌握计算流体密度、比重、动力粘度、运动粘度等参数的方法,并理解这些参数在工程中的重要性。 流体静力学: 本章是理解流体行为的起点。习题将引导读者掌握静止流体中压强的分布规律,包括静水压强公式、压强随深度的变化以及连通器原理。通过一系列包含不同形状容器、倾斜平面以及浮体在内的习题,读者将学会计算作用在平面和曲面上的静水总压强及其作用点,并深入理解阿基米德浮力定律在各种情况下的应用,例如船舶的吃水线计算、气球的升力分析等。 流体动力学基础——流体运动的描述: 本部分将引入描述流体运动的两种基本方法:拉格朗日法和欧拉法。习题将侧重于理解速度场、流线、迹线、粒子轨迹等概念,并通过计算流体的速度梯度、散度、旋度等,分析流体运动的性质,例如旋转运动和不可压缩流动。读者将练习如何根据给定的速度场,确定流体的流动类型,计算流体质点的运动轨迹,以及理解涡量在流体运动中的意义。 流体守恒定律: 这是流体力学分析的核心工具。 质量守恒(连续性方程): 习题将涵盖一维、二维和三维连续性方程的建立和应用,包括在管道、射流、自由表面流动等情况下的质量流量计算。读者将学会如何利用连续性方程分析管道分支、收缩或扩张时的流速变化,以及理解流量守恒在水泵、涡轮等设备中的作用。 动量守恒(纳维-斯托克斯方程的简化形式): 本章将重点关注伯努利方程的推导及其应用。习题将引导读者理解能量在流动过程中的转换,包括动能、势能和压能。通过对各种管路流动、喷嘴射流、文丘里管测量等问题的分析,读者将熟练应用伯努利方程计算流速、压强、水位差,并分析流动中的能量损失(例如由于摩擦或局部阻力)。此外,还将涉及动量方程在计算作用在物体上的力(如管道弯头、阀门上的力)方面的应用。 量纲分析与相似性原理: 本部分旨在帮助读者理解如何通过无量纲参数来简化复杂的流动问题,并通过相似性原理将模型试验的结果放大到真实工程尺寸。习题将引导读者掌握如何选取基本量纲,导出重要的无量纲准数,如雷诺数(Re)、欧拉数(Eu)、弗劳德数(Fr)等,并理解它们在不同流动现象中的物理意义。例如,通过雷诺数判断流动是层流还是湍流;通过弗劳德数分析重力对自由表面流动的影响。 第二部分:流体机械 流体机械概述与分类: 本部分将介绍流体机械的基本概念、工作原理以及主要的分类方式,如容积式机械和叶轮式机械。我们将初步了解离心泵、轴流泵、混流泵、水轮机、风机等常见流体机械的结构特点和基本用途。 容积式流体机械: 齿轮泵、螺杆泵、柱塞泵等: 习题将侧重于理解这些机械的排量计算、效率分析以及工作压力的影响。读者将学习如何根据排量公式计算单位时间内输送的流体体积,并分析机械效率和容积效率对整体性能的影响。 叶轮式流体机械——离心泵: 离心泵是应用最广泛的流体机械之一。 工作原理与结构: 习题将深入分析叶轮的几何参数(如叶轮直径、叶轮宽度、叶片角度)如何影响泵的性能。 能量转换与扬程: 读者将练习计算叶轮对流体的理论扬程,以及考虑水力损失和容积损失后实际获得的有效扬程。 泵的特性曲线: 掌握绘制和解读离心泵的扬程-流量(H-Q)、效率-流量(η-Q)、功率-流量(P-Q)等特性曲线,并理解这些曲线的物理意义,包括最佳效率点(BEP)和汽蚀发生临界值。 汽蚀现象: 习题将涉及汽蚀的产生条件、危害以及防止措施,包括计算临界吸上真空高度和必需汽蚀余量。 泵的并联与串联: 学习如何分析多个离心泵并联或串联运行时系统的总流量和扬程变化。 叶轮式流体机械——水轮机: 水轮机是水力发电的核心设备。 分类与工作原理: 重点介绍冲击式水轮机(如横流式、彭斯托式)和反动式水轮机(如混流式、轴流式、卡布兰式)的工作原理。 能量转换与功率: 习题将引导读者计算水轮机的理论功率、有效功率,以及水力效率、容积效率和机械效率。 水轮机的特性曲线: 掌握水轮机的特性曲线,理解其在不同工况下的运行特性,并进行经济运行分析。 调速系统: 简单介绍水轮机的调速原理,确保其稳定运行。 叶轮式流体机械——风机: 风机在通风、空调、工业生产中有广泛应用。 离心风机与轴流风机: 学习不同类型风机的结构和工作原理。 风机的特性曲线: 掌握风机的性能参数和特性曲线,以及它们在系统中的匹配问题。 风机效率与功率: 学习计算风机的效率和消耗功率。 本书特色: 1. 题目设计精良,覆盖全面: 习题集精心挑选了从基础理论到工程应用的各类题目,涵盖了流体力学和流体机械教学大纲中的主要知识点,并兼顾了工程实际中可能遇到的典型问题。 2. 难度循序渐进,由浅入深: 题目难度由易到难,从基本的概念理解到复杂的工程计算,帮助读者逐步建立起扎实的解题能力。 3. 解析详尽,思路清晰: 对于大部分题目,本书提供了详细的解题过程和清晰的思路分析,帮助读者不仅“知其然”,更“知其所以然”,掌握解决问题的通用方法。 4. 注重工程应用: 许多习题紧密结合实际工程应用,如管道系统设计、水泵选型、风机匹配、水轮机效率分析等,旨在提升读者的工程实践能力。 5. 图文并茂,易于理解: 部分题目配有示意图,帮助读者更直观地理解题意和解题过程。 本书不仅是一本习题集,更是一本引导读者深入探索流体世界,掌握工程实践技能的得力助手。通过认真研习本书的习题,相信您一定能深刻理解流体力学与流体机械的精髓,为您的学习和职业生涯打下坚实的基础。 我们期待《流体力学与流体机械习题集》能成为您学习道路上不可或缺的伙伴。

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我是在准备某项专业资格考试的关键时期接触到这本习题集的,说实话,初看之下有点应付不过来,因为它给的知识点覆盖面太广了,涵盖了从基础的雷诺数判断到高级的泵、水轮机等流体机械的工作原理。一开始我试图跳着做一些自认为简单的部分,结果发现后面的综合题根本无从下手,因为那些看似简单的基础概念恰恰是构建复杂模型地基。这本书的难度梯度设置得非常巧妙,不是那种平均分配的难度,而是前期温和铺垫,中期突然拔高,然后在收尾部分通过大量的案例分析题,将分散的知识点重新串联起来。我花了整整一个周末,对着关于离心泵扬程计算的几组题目反复推敲,其中有几道关于非标准工况下的性能估算,着实让我头疼不已。我甚至不得不去翻阅了好几本相关的参考手册来核对设计参数的取值依据。这本书的价值,就在于它不直接给你答案,而是通过设置足够复杂的边界条件和背景信息,训练你的信息提取和模型假设能力,这比单纯会套公式要重要得多。

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说实话,这本书的配套资源——比如详细的参考答案和解析——如果能更完备一些,体验感会更上一层楼。目前来看,大部分习题后面只有最终结果,对于那些自己算不出正确答案的题目,我只能反复检查自己的计算步骤,有时会因为一个微小的符号错误而卡住很久。不过,从另一方面看,这或许也变相地锻炼了我的自我纠错能力。有一类特殊的题目,我特别喜欢,那就是关于“估算”的题目。它会要求你用量纲分析法或者不完全信息,对一个大型水利工程的流量进行初步评估。这种题目不仅考察了你对流体机械性能的理解,更考察了你对工程尺度和实际约束的敏感度。掌握了这本书里涉及的这些估算技巧,即使面对课堂上从未见过的设备,我也有信心建立起一个合理的初始判断模型。这本书绝对是那种需要反复翻阅、在草稿纸上留下无数痕迹的“良师益友”,它不是让你轻松通过考试的捷径,而是让你真正掌握这门学科的利器。

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这本书的装帧和纸张质量,坦白讲,是属于那种非常“务实”的类型,没有花哨的彩印,全黑白印刷,但纸张的厚度尚可,至少在反复涂抹计算过程时不会轻易被铅笔戳穿。让我印象深刻的是,它在讲解那些涉及流体机械的题目时,除了纯粹的数学计算外,还穿插了大量的概念性辨析题。例如,关于汽蚀现象的成因分析,或者不同类型叶轮对水头损失的影响,这些题目逼迫你跳出计算框,去思考流体与机械部件的实际物理交互。我记得有一道关于轴流泵的效率优化题,要求分析不同进口角度对冲角的影响,这道题的求解过程简直是一次对流体力学理论的深度复习。这本书的优点在于,它不是那种只关注“最优解”的习题集,它更关注“求解过程的合理性”,即使你的最终数值略有偏差,只要你的物理模型和假设清晰合理,也能得到一个不错的步骤分。这对于培养严谨的工程思维至关重要。

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这本书的封面设计得相当朴实,那种带着点年代感的深蓝色配上简洁的白色字体,一下子就让人联想到了那些需要下苦功啃下来的基础课。我拿到这本书的时候,首先被它厚度吓了一跳,感觉沉甸甸的,就知道里面绝不是泛泛而谈的理论集合。内容上,它确实像是教科书的“实战手册”,每一个章节的组织都非常严谨,从最基础的流体静力学开始,逐步深入到复杂的湍流问题。我个人特别欣赏它对公式推导过程的详尽描述,很多地方教科书上只是简略带过,而这本书里会把每一步变量替换、积分边界的设定都掰开了揉碎了讲清楚,这对于我这种需要自己琢磨理解的读者来说,简直是福音。尤其是那些关于动量方程和能量方程的习题,变化性极强,光是把题目看懂,就已经是在进行一次思维的拉伸了。完成其中几道复杂的管道流动计算后,我感觉自己对伯努利原理的理解不再停留在背诵公式的层面,而是真正体会到了能量在流体系统中的转化和守恒。这本书的价值就在于,它迫使你动手去计算,去面对那些真实的工程挑战,而不是停留在理论的空中楼阁里空想。

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我发现这本书的章节编排逻辑,似乎更倾向于工程应用场景的顺序,而不是纯粹的物理学理论推导顺序。举个例子,它并没有把所有关于边界层理论的习题都堆在一起,而是将相关的边界层分析习题放在了“管道阻力”和“翼型设计”这样更具体的应用章节中。这种结构安排的优势在于,它能让我持续感受到理论知识的即时价值。我在学习如何计算复杂管网水头损失的那部分时,书中提供的习题场景往往是多个泵串联或并联在不同高度的储水罐之间,计算的复杂度和现实世界的管网布局非常吻合。这种“情景式”的习题设计,极大地提升了我的学习动力,因为我总是在解决一个“看起来真实存在”的问题。相比于那种只罗列公式和简单代入的习题集,这本书更像是一位经验丰富的导师,他知道什么知识点需要通过什么样的实际场景来巩固,这一点是很多教材或习题集所欠缺的深度。

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