简明工程流体力学

1流体概述 1

1.1 流体力学 2

1.2 流体的定义 3

1.3 流体的力学模型 4

1.3.1 连续介质模型 4

1.3.2 理想流体 4

1.3.3 不可压缩流体 4

1.4 流体的主要物理力学性质 5

1.4.1 惯性 5

1.4.2 万有引力 7

1.4.3 黏性 7

1.4.4 压缩性与膨胀性 8

1.4.5 表面张力特性 10

1.5 作用在流体上的力 12

1.5.1 表面力 12

1.5.2 质量力 12

1.6 流体力学发展简史（选学） 14

1.7 流体力学在工程中的应用 17

1.8 流体力学的研究方法 18

1.8.1 理论分析方法 18

1.8.2 实验研究方法 18

1.8.3 数值分析方法 18

独立思考 19

习题 19

参考文献 20

2流体静力学 21

2.1 流体静止时的压强特性 22

2.2 静止流体平衡微分方程 24

2.2.1 欧拉平衡微分方程 24

2.2.2 有势力场中静压强的分布 25

2.2.3 静止流体中的等压面 26

2.3 重力场中流体静压强的分布规律 27

2.3.1 静力学基本方程 27

2.3.2 压强的计量 28

2.3.3 水头与能量守恒 30

2.3.4 压强的测量 31

2.4 流体的相对平衡 34

2.5 静止流体作用在平面上的总压力 36

2.5.1 静压强分布图 36

2.5.2 解析法 37

2.5.3 图解法 39

2.6 静止流体作用在曲面上的总压力 42

独立思考 45

习题 45

参考文献 48

3流体运动学 49

3.1 流体运动的描述方法 50

3.1.1 拉格朗日法 50

3.1.2 欧拉法 51

3.1.3 流体质点加速度 51

3.2 欧拉法的基本概念 53

3.2.1 一维流动、二维流动、三维流动 53

3.2.2 恒定流与非恒定流 53

3.2.3 流线与迹线 54

3.2.4 流管、流束、元流和总流 54

3.2.5 过流断面、流量与断面平均流速 55

3.2.6 均匀流与非均匀流 56

3.3 连续性方程 57

3.3.1 三维流动的连续性微分方程 57

3.3.2 恒定一维流动的连续性方程 59

独立思考 61

习题 61

参考文献 62

4流体动力学 63

4.1 流体运动微分方程 64

4.1.1 理想流体运动微分方程（欧拉方程） 64

4.1.2 纳维-斯托克斯方程 65

4.2 元流的能量方程 67

4.2.1 理想流体元流的伯努利方程 67

4.2.2 伯努利方程的几何及物理意义 68

4.2.3 黏性流体元流的伯努利方程 68

4.3 总流的能量方程 69

4.3.1 总流伯努利方程 69

4.3.2 总流伯努利方程的物理及几何意义 70

4.3.3 水头线 70

4.3.4 测量仪器 71

4.3.5 总流伯努利方程的扩展 74

4.4 恒定总流的动量方程 79

4.4.1 推导 79

4.4.2 应用 80

独立思考 83

习题 83

参考文献 84

5流体能量损失及流态 85

5.1 流动阻力与水头损失 86

5.1.1 沿程阻力与沿程水头损失 86

5.1.2 局部阻力与局部水头损失 86

5.1.3 水头损失计算公式 87

5.2 沿程水头损失与切应力 89

5.2.1 均匀流基本方程 89

5.2.2 圆管过流断面上的切应力分布 90

5.3 流态 91

5.3.1 雷诺实验 91

5.3.2 雷诺数 92

5.4 圆管层流 94

5.4.1 流动特征 94

5.4.2 流速分布 94

5.4.3 沿程水头损失与沿程水头损失系数 95

5.5 紊流的运动特征 97

5.5.1 紊流的随机性与规律性 97

5.5.2 黏性底层 98

5.5.3 紊流切应力 99

5.6 紊流的沿程水头损失 101

5.6.1 尼古拉兹实验 101

5.6.2 紊流的速度分布 102

5.6.3 λ的经验公式 104

5.6.4 阻力区的判别 104

5.6.5 管道沿程水头损失 105

5.7 局部水头损失 109

5.7.1 分析 109

5.7.2 局部水头损失系数 109

5.7.3 水头线的绘制 111

5.8 边界层与绕流阻力 113

5.8.1 边界层的概念 113

5.8.2 边界层分离 114

5.8.3 卡门涡街与绕流阻力 116

独立思考 117

习题 117

参考文献 119