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第1章 流体及其物理性质1

1.1 流体力学的任务和研究对象1

1.1.1 流体力学的任务1

1.1.2 流体力学的研究对象2

1.2 流体力学的发展概况和研究方法3

1.2.1 流体力学的发展概况3

1.2.2 流体力学的研究方法4

1.3 流体质点与连续介质假定5

1.4 流体的密度6

1.5 流体的压缩性和膨胀性7

1.5.1 流体的压缩性7

1.5.2 流体的膨胀性8

1.5.3 可压缩流体和不可压缩流体8

1.6 流体的黏性9

1.6.1 流体黏性的表现9

1.6.2 牛顿内摩擦定律9

1.6.3 动力黏度与运动黏度11

1.6.4 理想流体和黏性流体11

1.7 流体流动性12

思考题一13

习题一13

第2章 流体静力学15

2.1 作用在流体上的力15

2.1.1 表面力15

2.1.2 质量力16

2.2 流体静压强及其特性16

2.3 流体平衡微分方程及其积分19

2.3.1 流体平衡微分方程19

2.3.2 重力场中的流体静力学基本方程21

2.3.3 可压缩流体中的压强分布23

2.4 液柱式测压计25

2.4.1 绝对压强和相对压强25

2.4.2 单管测压计26

2.4.3 U形管测压计26

2.4.4 倾斜式微压计28

2.5 压敏元件测压计31

2.5.1 布尔登压力表31

2.5.2 压力传感器32

2.6 静止液体作用在平面上的总压力32

2.7 静止液体作用在曲面上的总压力37

2.7.1 二维曲面37

2.7.2 三维曲面41

2.7.3 潜体和浮体42

思考题二45

习题二45

第3章 流体运动的基本概念与基本方程48

3.1 流场及其描述方法48

3.1.1 拉格朗日法49

3.1.2 欧拉法50

3.2 流体运动的基本概念50

3.2.1 流体质点运动的加速度50

3.2.2 迹线和流线52

3.2.3 流管、流束与总流55

3.2.4 流量与平均流速55

3.2.5 缓变流与急变流56

3.3 流体流动分类56

3.3.1 可压缩流动与不可压缩流动模型57

3.3.2 定常流动与不定常流动模型57

3.3.3 一维、二维与三维流动模型58

3.3.4 重力流体与非重力流体模型58

3.3.5 黏性流体与理想流体模型58

3.3.6 有旋流动与无旋流动模型59

3.3.7 层流与湍流模型61

3.3.8 亚声速、跨声速与超声速流动模型61

3.3.9 其他模型61

3.4 常用的流动分析方法62

3.4.1 基本的物理定理62

3.4.2 系统与控制体分析方法63

3.4.3 微分与积分方法64

3.4.4 量纲分析方法64

3.5 连续性方程65

3.5.1 微分形式的质量守恒方程——连续性微分方程65

3.5.2 积分形式的质量守恒方程——定常总流的连续性方程67

3.6 理想流体运动微分方程及其积分68

3.6.1 理想流体的运动微分方程68

3.6.2 伯努利积分72

3.6.3 拉格朗日积分73

3.7 伯努利方程74

3.7.1 流线伯努利方程的物理意义和几何意义74

3.7.2 流线伯努利方程的应用75

3.7.3 总流伯努利方程及其应用77

3.8 某些典型现象的伯努利方程解释81

3.8.1 空泡形成机理及其危害81

3.8.2 超空泡水中兵器83

3.8.3 舰船水压场86

3.8.4 船吸现象87

3.9 流体速度测量89

3.9.1 普通测速方法89

3.9.2 热线测速仪89

3.9.3 激光多普勒测速仪91

3.9.4 粒子图像测速技术93

3.10 动量方程94

3.10.1 定常不可压缩总流的动量方程95

3.10.2 定常不可压缩总流动量方程的适用条件和使用方法97

3.11 动量矩方程101

3.12 黏性流体运动微分方程104

3.12.1 纳维-斯托克斯方程104

3.12.2 初始条件和边界条件105

3.12.3 纳维-斯托克斯方程应用举例107

思考题三112

习题三113

第4章 不可压缩黏性流体管内流动基础117

4.1 管内流动的层流与湍流117

4.1.1 雷诺实验117

4.1.2 层流与湍流流动的特点118

4.1.3 管内流态的判别119

4.2 黏性总流伯努利方程与水头损失119

4.2.1 黏性总流伯努利方程119

4.2.2 沿程损失的概念与计算120

4.2.3 局部损失的概念与计算121

4.3 简单管路123

4.4 复杂管路125

4.4.1 串联管路125

4.4.2 并联管路127

4.4.3 分支管路128

思考题四130

习题四130

第5章 不可压缩黏性流体外部流动基础133

5.1 边界层概念133

5.1.1 边界层概念的提出133

5.1.2 边界层的特点135

5.2 平板摩擦阻力计算方法137

5.2.1 平板层流边界层摩擦阻力计算137

5.2.2 平板湍流边界层摩擦阻力计算140

5.2.3 平板混合边界层摩擦阻力计算140

5.3 边界层分离与压差阻力142

5.3.1 曲面边界层的分离现象143

5.3.2 压差阻力146

5.3.3 减阻方法147

5.4 卡门涡街148

5.4.1 卡门涡街148

5.4.2 卡门涡街诱发振动149

思考题五151

习题五151

第6章 相似理论基础153

6.1 量纲分析方法153

6.1.1 量纲的概念153

6.1.2 基本量纲与导出量纲154

6.1.3 量纲一致性原理154

6.1.4 π定理155

6.2 流动相似与相似准则158

6.2.1 流动相似158

6.2.2 相似准则161

6.3 模型实验与相似原理162

6.3.1 模型实验162

6.3.2 实验设备简介163

6.3.3 相似原理165

思考题六169

习题六170

第7章 低速机翼理论基础171

7.1 机翼的几何参数171

7.1.1 翼型的几何参数171

7.1.2 美国NACA翼型172

7.1.3 机翼的平面形状与翼型沿展向配置173

7.2 翼型的低速流体动力特性174

7.2.1 升力产生的原理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 有限翼展直机翼的低速流体动力特性180

7.3.1 绕有限翼展机翼流动的特点180

7.3.2 下洗现象181

7.3.3 有限翼展机翼的升力及诱导阻力182

思考题七183

习题七183

第8章 不可压缩理想流体平面势流185

8.1 速度环量及理想流体中的旋涡定理185

8.1.1 速度环量185

8.1.2 斯托克斯定理185

8.1.3 涡线与涡管187

8.1.4 汤姆孙定理189

8.1.5 亥姆霍兹定理189

8.2 不可压缩理想流体流动的基本方程和边界条件190

8.2.1 基本方程190

8.2.2 初始条件和边界条件190

8.2.3 方程的特点191

8.3 外部势流的基本方程和边界条件191

8.3.1 基本方程191

8.3.2 以速度势形式表示的边界条件192

8.3.3 势流基本方程的特点192

8.3.4 速度势方程的求解方法193

8.4 平面势流的基本方程、边界条件、流函数与基本解193

8.4.1 平面势流的基本方程、边界条件193

8.4.2 流函数193

8.4.3 平面势流的基本解196

8.5 简单势流叠加举例200

8.5.1 兰金半体绕流200

8.5.2 兰金体绕流202

8.5.3 无环量圆柱绕流203

8.5.4 有环量圆柱绕流206

8.5.5 库塔-儒可夫斯基升力定理208

8.6 附加质量及附加惯性力209

8.6.1 附加质量和附加惯性力的概念209

8.6.2 附加质量系数210

8.6.3 附加质量的测量211

8.6.4 简单物体附加质量的计算212

8.7 二维对称物体绕流的数值计算212

8.7.1 线段上均匀分布的线源212

8.7.2 对称机翼绕流的数值计算213

8.7.3 有限差分方法简介214

8.7.4 有限元法的基本思想217

思考题八222

习题八222

第9章 波浪理论基础224

9.1 波浪的概念224

9.2 波浪运动问题的数学描述225

9.2.1 波浪运动的基本方程226

9.2.2 波浪运动的边界条件227

9.2.3 波浪运动问题的数学提法及其简化228

9.3 微幅波的速度势229

9.4 微幅波的波动要素230

9.4.1 波长和波数231

9.4.2 周期和圆频率231

9.4.3 波速231

9.5 微幅波液体质点的运动特性与压强分布232

9.5.1 液体质点的运动速度233

9.5.2 无限水深行进波中液体质点的运动轨迹233

9.5.3 有限水深行进波中液体质点的运动轨迹234

9.5.4 波动液体中的压强分布236

9.6 波能及其传递237

9.6.1 波能237

9.6.2 波能的传递238

9.7 波群和群速度239

9.8 兴波阻力概念241

9.9 不规则波的概念242

思考题九247

习题九247

习题答案248

参考文献252