目錄
第1章 流體及其物理性質(zhì) 1
1.1 流體力學(xué)的任務(wù)和研究對(duì)象 1
1.1.1 流體力學(xué)的任務(wù) 1
1.1.2 流體力學(xué)的研究對(duì)象 2
1.2 流體力學(xué)的發(fā)展概況和研究方法 3
1.2.1 流體力學(xué)的發(fā)展概況 3
1.2.2 流體力學(xué)的研究方法 4
1.3 流體質(zhì)點(diǎn)與連續(xù)介質(zhì)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(nèi)摩擦定律 9
1.6.3 動(dòng)力黏度與運(yùn)動(dòng)黏度 11
1.6.4 理想流體和黏性流體 11
1.7 流體流動(dòng)性 12
思考題一 13
第2章 流體靜力學(xué) 13
2.1 作用在流體上的力 15
2.1.1 表面力 15
2.1.2 質(zhì)量力 15
2.2 流體靜壓強(qiáng)及其特性 16
2.3 流體平衡微分方程及其積分 16
2.3.1 流體平衡微分方程 19
2.3.2 重力場(chǎng)中的流體靜力學(xué)基本方程 19
*2.3.3 可壓縮流體中的壓強(qiáng)分布 21
2.4 液柱式測(cè)壓計(jì) 23
2.4.1 絕對(duì)壓強(qiáng)和相對(duì)壓強(qiáng) 25
2.4.2 單管測(cè)壓計(jì) 25
2.4.3 U形管測(cè)壓計(jì) 26
2.4.4 傾斜式微壓計(jì) 28
*2.5 壓敏元件測(cè)壓計(jì) 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(xí)題二 45
第3章 流體運(yùn)動(dòng)的基本概念與基本方程 48
3.1 流場(chǎng)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(yùn)動(dòng)的基本概念 50
3.2.1 流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)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(dòng)分類(lèi) 56
3.3.1 可壓縮流動(dòng)與不可壓縮流動(dòng)模型 57
3.3.2 定常流動(dòng)與不定常流動(dòng)模型 57
3.3.3 一維、二維與三維流動(dòng)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(dòng)與無(wú)旋流動(dòng)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(dòng)模型 61
3.3.9 其他模型 61
3.4 常用的流動(dòng)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(zhì)量守恒方程——連續(xù)性微分方程 65
3.5.2 積分形式的質(zhì)量守恒方程——定�？偭鞯倪B續(xù)性方程 67
3.6 理想流體運(yùn)動(dòng)微分方程及其積分 68
3.6.1 理想流體的運(yùn)動(dòng)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(yīng)用 75
3.7.3 總流伯努利方程及其應(yīng)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(jī)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(chǎng) 86
3.8.4 船吸現(xiàn)象 87
3.9 流體速度測(cè)量 89
3.9.1 普通測(cè)速方法 89
3.9.2 熱線測(cè)速儀 89
3.9.3 激光多普勒測(cè)速儀 91
3.9.4 粒子圖像測(cè)速技術(shù) 93
3.10 動(dòng)量方程 94
3.10.1 定常不可壓縮總流的動(dòng)量方程 95
3.10.2 定常不可壓縮總流動(dòng)量方程的適用條件和使用方法 97
3.11 動(dòng)量矩方程 101
3.12 黏性流體運(yùn)動(dòng)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(yīng)用舉例 107
思考題三 112
習(xí)題三 113
第4章 不可壓縮黏性流體管內(nèi)流動(dòng)基礎(chǔ) 117
4.1 管內(nèi)流動(dòng)的層流與湍流 117
4.1.1 雷諾實(shí)驗(yàn) 117
4.1.2 層流與湍流流動(dòng)的特點(diǎn) 118
4.1.3 管內(nèi)流態(tài)的判別 119
4.2 黏性總流伯努利方程與水頭損失
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(jì)算 120
4.2.3 局部損失的概念與計(jì)算 121
4.3 簡(jiǎn)單管路 123
4.4 復(fù)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(xí)題四 130
第5章 不可壓縮黏性流體外部流動(dòng)基礎(chǔ) 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(diǎn) 135
5.2 平板摩擦阻力計(jì)算方法 137
5.2.1 平板層流邊界層摩擦阻力計(jì)算 137
5.2.2 平板湍流邊界層摩擦阻力計(jì)算 140
5.2.3 平板混合邊界層摩擦阻力計(jì)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(mén)渦街 148
5.4.1 卡門(mén)渦街 148
5.4.2 卡門(mén)渦街誘發(fā)振動(dòng) 149
思考題五 151
習(xí)題五 151
第6章 相似理論基礎(chǔ) 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(dǎo)出量綱 154
6.1.3 量綱一致性原理 154
6.1.4 π定理 155
6.2 流動(dòng)相似與相似準(zhǔn)則 158
6.2.1 流動(dòng)相似 158
6.2.2 相似準(zhǔn)則 161
6.3 模型實(shí)驗(yàn)與相似原理 162
6.3.1 模型實(shí)驗(yàn) 162
6.3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)介 163
6.3.3 相似原理 165
思考題六 169
習(xí)題六 170
第7章 低速機(jī)翼理論基礎(chǔ) 171
7.1 機(jī)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(guó)NACA翼型 172
7.1.3 機(jī)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(dòng)力特性 174
7.2.1 升力產(chǎn)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(jī)翼的低速流體動(dòng)力特性 180
7.3.1 繞有限翼展機(jī)翼流動(dòng)的特點(diǎn) 180
7.3.2 下洗現(xiàn)象 181
7.3.3 有限翼展機(jī)翼的升力及誘導(dǎo)阻力 182
思考題七 183
習(xí)題七 183
第8章 不可壓縮理想流體平面勢(shì)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(dòng)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(diǎn) 191
8.3 外部勢(shì)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(shì)形式表示的邊界條件 192
8.3.3 勢(shì)流基本方程的特點(diǎn) 192
8.3.4 速度勢(shì)方程的求解方法 193
8.4 平面勢(shì)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(shì)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(shì)流的基本解 196
8.5 簡(jiǎn)單勢(shì)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(wú)環(huán)量圓柱繞流 203
8.5.4 有環(huán)量圓柱繞流 206
8.5.5 庫(kù)塔-儒可夫斯基升力定理 208
8.6 附加質(zhì)量及附加慣性力 209
8.6.1 附加質(zhì)量和附加慣性力的概念 209
8.6.2 附加質(zhì)量系數(shù) 210
8.6.3 附加質(zhì)量的測(cè)量 211
8.6.4 簡(jiǎn)單物體附加質(zhì)量的計(jì)算 212
8.7 二維對(duì)稱(chēng)物體繞流的數(shù)值計(jì)算 212
8.7.1 線段上均勻分布的線源 212
8.7.2 對(duì)稱(chēng)機(jī)翼繞流的數(shù)值計(jì)算 213
8.7.3 有限差分方法簡(jiǎn)介 214
8.7.4 有限元法的基本思想 217
思考題八 222
習(xí)題八 222
第9章 波浪理論基礎(chǔ) 224
9.1 波浪的概念 224
9.2 波浪運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的數(shù)學(xué)描述 225
9.2.1 波浪運(yùn)動(dòng)的基本方程 226
9.2.2 波浪運(yùn)動(dòng)的邊界條件 227
9.2.3 波浪運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的數(shù)學(xué)提法及其簡(jiǎn)化 228
9.3 微幅波的速度勢(shì) 229
9.4 微幅波的波動(dòng)要素 230
9.4.1 波長(zhǎng)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(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特性與壓強(qiáng)分布 232
9.5.1 液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度 233
9.5.2 無(wú)限水深行進(jìn)波中液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡 233
9.5.3 有限水深行進(jìn)波中液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡 234
9.5.4 波動(dòng)液體中的壓強(qiáng)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(xí)題九 247
習(xí)題答案 248
參考文獻(xiàn) 252