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《工程流体力学》遵照高等学校**的教学要求和现状，对这门经典课程的内容作了调整和精炼，是一本经得起检验的好教材。

内容简介

《工程流体力学》介绍流体力学的基本原理以及工程应用。全书共分8章，内容包括导论、流体静力学、理想流体运动的基本方程、不可压缩黏性流体的一元流动、不可压缩理想流体的平面势流、不可压缩黏性流体的平面流动、可压缩流体动力学基础、量纲分析和相似理论。本书物理概念清晰，数学推演简明扼要，阐述深入浅出，例题、思考题、习题与教学内容融为一体。

作者简介

莫乃榕，华中科技大学教授，从事工程流体力学数十年，出版多本教材并获市场好评。

目　　录

第1章导论(1)
1.1流体力学的研究任务和研究方法(1)
1.2连续介质假设(3)
1.3流体的密度(3)
1.4流体的黏性(5)
1.5表面张力(7)
1.6作用在流体上的力(10)
选择题(11)
习题(12)
第2章流体静力学(14)
2.1静止流体的应力特征(14)
2.2流体静止的微分方程(15)
2.3静止液体的压强分布(16)
2.4液柱式测压计(18)

第1章导论(1) 
1.1流体力学的研究任务和研究方法(1) 
1.2连续介质假设(3) 
1.3流体的密度(3) 
1.4流体的黏性(5) 
1.5表面张力(7) 
1.6作用在流体上的力(10) 
选择题(11) 
习题(12) 
第2章流体静力学(14) 
2.1静止流体的应力特征(14) 
2.2流体静止的微分方程(15) 
2.3静止液体的压强分布(16) 
2.4液柱式测压计(18) 
2.5静止大气的压强分布国际标准大气(20) 
2.6静止液体作用在平面壁和曲面壁上的总压力(22) 
2.7液体的相对静止(29) 
2.8浮体的平衡(32) 
选择题(35) 
习题(36) 
第3章理想流体运动的基本方程(42) 
3.1描述流体运动的两种方法(42) 
3.2流线和流管(46) 
3.3连续性方程(49) 
3.4理想流体运动微分方程(52) 
3.5伯努利方程(53) 
3.6压强沿流线法向的变化(55) 
3.7总流的伯努利方程(56) 
3.8伯努利方程的应用(57) 
3.9非定常流动的伯努利方程(61) 
3.10动量方程和动量矩方程及其应用(63) 
选择题(72) 
习题(74) 
第4章不可压缩黏性流体的一元流动(81) 
4.1黏性流体的伯努利方程(81) 
4.2流体运动的两种流态(83) 
4.3圆管中的层流(86) 
4.4紊流的特性(89) 
4.5圆管紊流(91) 
4.6沿程损失因数的经验公式(95) 
4.7沿程损失因数的实验研究(96) 
4.8局部水头损失(100) 
4.9工程应用举例(103) 
4.10管流中的水击(110) 
选择题(113) 
习题(115) 
第5章不可压缩理想流体的平面势流(119) 
5.1概述(119) 
5.2流体微团运动分析(119) 
5.3速度环量(124) 
5.4速度势函数和流函数(128) 
5.5复位势(133) 
5.6基本平面势流(135) 
5.7几种势流的叠加(140) 
5.8圆柱体绕流的复位势(145) 
选择题(150) 
习题(151) 
第6章不可压缩黏性流体的平面流动(154) 
6.1黏性流动概述(154) 
6.2黏性层流精确解(154) 
6.3黏性流体的运动微分方程及边界条件(160) 
6.4边界层流动(164) 
6.5边界层动量积分关系式(169) 
6.6平板边界层的近似计算(170) 
6.7边界层分离(175) 
6.8绕流物体的阻力(176) 
6.9自由淹没射流(180) 
6.10管道入口和弯管中的边界层(183) 
选择题(184) 
习题(185) 
第7章可压缩流体动力学基础(188) 
7.1热力学基本公式(188) 
7.2绝热流动的能量方程(191) 
7.3微弱扰动波的传播声速(192) 
7.4一元等熵流动的基本关系式(196) 
7.5一元等熵气流在变截面管道中的流动(200) 
7.6有摩擦和热交换的一元可压缩流动(207) 
7.7膨胀波(214) 
7.8正激波(218) 
7.9斜激波(223) 
7.10激波的反射和相交(227) 
7.11拉伐尔喷管的正激波(231) 
选择题(232) 
习题(233) 
第8章量纲分析和相似理论(236) 
8.1量纲和单位(236) 
8.2量纲分析法(238) 
8.3流动相似原理(242) 
8.4相似准则的选择(246) 
选择题(247) 
习题(248) 
参考答案(249) 
附录(257) 
参考文献(262)

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前　　言

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在线试读部分章节

流体力学的研究任务和研究方法物质的存在有固体、液体和气体等三种形态。这三种物质形态因分子间距、分子间作用力大小的不同而表现出不同的力学特性。固体的分子间距很小，分子间作用力很大，固体微粒（分子、原子、离子）排列成空间点阵的形式，固体分子只能在其平衡位置作小幅的摆动。固体受到剪力作用时会产生弹性变形而达到平衡状态。液体的分子间距比较大，分子间作用力比较弱，分子无固定位置。液体分子可以在其他分子之间移动，但分子间作用力又不能允许液体分子运动到远离其他分子的空间位置。液体没有固定的形状，但有不变的体积。气体的分子间距最大，分子间作用力最小。气体分子可以在空间里自由移动，气体没有固定的形状，也没有固定的体积。液体和气体的分子都没有固定的空间位置，受到剪切力的作用时，液体和气体都不能保持静止平衡状态，而是发生连续不断的变形运动，即产生流动，直至剪切力消失为止。液体和气体合称为流体。流体力学是研究流体在外力作用下平衡和运动规律的一门学科，是力学的一个分支。流体力学研究众多的流体流动问题，每一类流动问题又形成一个流体力学的分支。研究液体（不可压缩流体）的称为水力学，研究可压缩流体（主要是气体）的称为可压缩流体力学，研究工程中常见的流体流动问题的学科称为工程流体力学。此外，流体力学还和其他学科渗透，形成一些交叉边缘学科，如生物流体力学、电磁流体力学、化学流体力学、高温气体力学等等。流体力学是在人类征服自然、改造自然的实践中产生和发展起来的。流体力学的任务就是研究和解决各个领域中出现的流体力流动问题。流体力学是伴随科学技术的发展而出现的。科学技术、工程技术的发展史也就是流体力学的发展史。人类对流体的认识是从治水、用水开始的，流体力学（水力学）的初步形成可以追溯到17世纪。从中世纪开始，人们开始大规模地兴修水利工程、修筑城镇给水排水系统，开始认识和利用水流的知识。1653年，法国科学家帕斯卡（B.Pascal）发现了静水压强可以传遍整个流场的帕斯卡原理。后来，他提出了流体静力学的基本公式。1687年，牛顿（I.Newton）用实验方法研究了运动平板所受的流体阻力，提出了流体的黏性切应力与速度梯度成正比的计算公式，为以后研究黏性流体的运动奠定了基础。1738年，伯努利（D.Bernoulli）对输水管路进行大量的观察和测量，提出了著名的伯努利定理。1775年，欧拉（L.Euler）提出了无黏性流动的运动方程，为理论流体力学的研究奠定了理论基础。随着生产的发展，人们不断探索黏性流动的规律。1823年，法国人纳维（L.Navier）、英国人斯托克斯（G . Stokes）分别用不同的方法建立了黏性流体运动的微分方程，从此，流体力学得到迅速的发展。到19世纪末，水力学和水动力学已达到相当高的水平。进入20世纪以后，随着航空、航天事业的发展，边界层理论、紊流理论、可压缩流体力学都获得巨大的成就。1904年，德国学者普朗特（L.Prandtl）提出了边界层理论，开创了现代流体力学。1910年，俄国科学家儒可夫斯基用保角变换法获得了一种理想的翼型，使人类的航空、航天事业得到迅猛的发展。超声速飞机的出现，人造卫星和航天飞机进入太空，使流体力学的理论日臻成熟，成为一个严密、系统的学科。20世纪后半期，科学技术迅猛发展。进入21世纪以后，流体力学的发展得到进一步的继续和深化。计算流体力学的完善，超大型计算机的出现，许多流体力学问题得到解决，许多流动的细节得以逼真地显示出来。我国的三峡水利枢纽、29.7万吨“长江之珠”油轮、神舟十号飞船、天宫一号空间站，都显示出流体力学的最新成就。纵观流体力学的发展历史可以清楚地看出，生产的发展和需要是流体力学研究的动力。流体力学的任务就是解决科学研究和工农业生产中遇到有关流体流动的问题。人类的生产和科学技术发展到今天，对流体力学提出的问题越来越多，很多工农业部门都存在大量的流体力学问题。现在很难找出一个技术部门，它的发展能够与流体力学无关。众所周知，航空、水利、机械、动力、船舶、冶金、建筑、环境、市政工程等部门都存在大量的流体力学问题，有待深入研究。动力工程中流体的能量转换，机械工程中的润滑、液压传动、气体传送，船舶的行波阻力，高温液态金属的流动，建筑工程的通风通水，高层建筑的风载荷，铁路、公路隧道的压力波传播，高速列车的气动力学稳定性，燃烧过程的空气动力学特性，血液在微血管中的黏性流动，大气中的污染扩散，等等，这些都是工程技术人员经常遇到的流体力学问题。工程流体力学将为从事这些工程技术工作的人员提供必要的流体力学理论知识。《工程流体力学》除了介绍流体力学的基本概念、基本原理之外，还介绍如何将这些基本概念和原理应用于工程实际，推导一些工程上常用的公式，使读者掌握流体力学在工程中的分析方法和计算方法。工程流体力学和其他物理学科一样，其研究方法主要有理论分析、实验研究和数值计算等三种。理论分析法是根据工程实际中的流动现象的特点，建立流体运动的方程，运用各种数学工具准确地或近似地求解方程的方法。理论分析法的特点在于科学的抽象，能够用数学方法求出理论的结果，揭示流体运动的内在联系。实验研究法根据模化理论，在模型流场上进行观察和测量，揭示一些流动要素的实际联系。实验方法能直接解决工程实际的复杂问题，并能发现一些新的流动现象。数值计算法是将流体力学方程和边界条件离散化，用计算机求出数值解。数值计算法目前已成为解决流体力学问题的强有力的方法。本课程主要介绍理论分析法和实验研究法，数值计算法则在其他相关课程介绍。1.2连续介质假设流体是由分子组成的，分子之间保持一定的距离，流体的分子处在永无休止的运动状态中。因此，从微观的角度来看，流体的物理量如质量、温度等在空间上的分布是不连续的。如果要从微观上研究流体力学问题，就要用分子运动学说研究每一个分子的微观运动规律。工程流体力学所讨论的问题的特征尺寸远大于流体分子的尺度，人们感兴趣的问题并不是流体分子的微观特征，而是流体的宏观特征，即大量分子的统计平均特性，如流体的密度、温度、压强等。从宏观上研究流体的运动规律时，有理由把流体视为连续介质，认为液体和气体充满一个体积时不留任何空隙，流体的质量是连续分布的，流体的速度、温度也是连续分布的。此外，分子不停运动，时而碰撞，其速度是突变的，但人们不关心分子的这种运动，而只关心流体的宏观速度。我们有理由认为流体的宏观速度不会像分子运动速度那样会发生突变，而是在时间上连续分布的。认为流体在空间上不留任何空隙地连续分布，这种假设称为连续介质假设。实践证明，采用连续介质来解决工程实际问题，其结果是合理的。

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工程流体力学

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