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0.1流体力学的应用1

0.2流体力学的内容及发展1

引言1

0.3工程流体力学的学习2

流体性质4

1.1流体的定义4

1.2密度与可压缩性4

1.3理想气体及状态方程7

1.4粘生8

1.5表面张力11

1.6液体的蒸汽压力13

本章小结14

习题14

2.1.1质量力16

2.1.2表面力16

流体静力学16

2.1作用在流体上的力16

2.2流体静压力及其特性17

2.2.1流体静压力17

2.2.2流体静压力的特性17

2.3流体的平衡微分方程18

2.3.1流体平衡微分方程18

2.3.2力的势函数和有势力19

2.3.3等压面20

2.4重力场中流体的平衡20

2.4.1静力学基本方程式20

2.4.3绝对压力相对压力真空21

2.4.2静力学基本方程式的物理意义与几何意义21

2.5非惯性坐标系中液体平衡23

2.5.1等加速直线运动容器内液体的相对平衡23

2.5.2等角速度旋转容器中液体的相对平衡24

2.6液柱式测压计28

2.6.1测压管28

2.6.2U形管测压计28

2.6.3U形管差压计29

2.6.4倾斜微压计29

2.7静止液体作用在平面上的总压力31

2.7.1总压力的大小31

2.7.2总压力的作用点32

2.8.1总压力的大小和方向33

2.8静止液体作用在曲面上的总压力33

2.8.2总压力的作用点34

2.8.3压力体35

2.9浮力原理36

本章小结38

习题40

流体动力学基础46

3.1研究流体运动的方法46

3.2流动的分类47

3.2.1按流体性质分类47

3.2.2按与时间的关系分类48

3.2.3按与空间的关系分类48

3.3.2流线49

3.3.1迹线49

3.2.4按运动状态分类49

3.3流体动力学的基本概念49

3.3.3流管、流束和总流50

3.3.4过流断面及水力要素50

3.3.5流量和平均流速51

3.3.6稳定流动的类型51

3.4系统与控制体52

3.4.1系统与控制体的概念52

3.4.2系统内的某种物理量对时间的全导数公式52

3.5一维流动的连续性方程54

3.6理想流体一维稳定流动伯努里能量方程55

3.6.1欧拉方程55

3.6.3理想流体一维稳定流动能量方程的物理意义和几何意义56

3.6.2伯努里方程56

3.6.4理想流体相对运动的伯努里方程57

3.7沿流线主法线方向的压力和速度变化58

3.8粘性流体总流的伯努里方程59

3.8.1粘性流体微元流束的伯努里方程59

3.8.2粘性流体总流的伯努里方程59

3.8.3恒定气体流动的伯努里方程60

3.9伯努里方程的应用61

3.10动量方程与动量矩方程64

3.10.1动量方程64

3.10.2动量矩方程65

本章小结69

习题71

4.1单位和量纲78

量纲分析与相似原理78

4.2相似性原理79

4.2.1几何相似79

4.2.2运动相似79

4.2.3动力相似80

4.3相似准则数80

4.3.1欧拉（Eu）数80

4.3.2弗汝德（Fr）数81

4.3.3雷诺（Re）数81

4.3.4马赫（Mα）数81

4.3.5韦伯（We）数82

4.4近似模型试验82

4.5.1瑞利法84

4.5量纲分析84

4.5.2π定理85

本章小结88

习题88

管内不可压缩流体流动91

5.1层流与湍流流动91

5.2等截面管道内粘性流动沿程水头损失92

5.3圆管道内切应力分布93

5.4圆管道内层流流动及粘性摩擦损失94

5.5层流流动入口段长度95

5.6湍流旋涡粘度与混合长度理论96

5.7湍流流动中的粘性底层99

5.8湍流流动中的速度分布101

5.9沿程摩擦阻力系数计算103

5.11简单管道内流动计算104

5.10摩擦系数曲线图（莫迪Moody图）104

5.12局部阻力损失108

5.12.1管道进口处损失108

5.12.2突然扩大损失109

5.12.3渐扩管110

5.12.4出口处损失111

5.12.5收缩管道处的局部损失111

5.12.6弯管处的水头损失111

5.12.7附件处流动损失112

5.13管路流动计算112

5.13.1简单管路流动阻力计算112

5.13.2管道中有泵、风机和水轮机的管路计算114

5.14.1串联管路115

5.14管路及管网阻力计算115

5.14.2并联管路116

5.14.3分叉管路系统118

5.14.4管网计算119

5.15管路中的水锤现象121

本章小结123

习题124

绕流流动与边界层127

6.1绕流流动阻力127

6.2边界层128

6.3不可压缩流体边界层内摩擦阻力129

6.4光滑平板表面上不可压缩流体流动的层流边界层130

6.5光滑平板上不可压缩流体流动的湍流边界层131

6.7边界层分离和压差阻力133

6.6光滑平板上具有过渡区域的不可压缩流体摩擦阻力133

6.8不可压缩流体绕三维物体流动时的阻力135

6.9不可压缩流体绕长柱体的流动阻力139

6.10升力140

6.11气体射流140

6.11.1射流结构与特征141

6.11.2圆断面射流分析142

6.12纳维尔－斯托克斯方程（N-S方程）及其求解143

6.12.1粘性应力分析143

6.12.2粘性力144

6.12.3N-S方程144

6.12.4N-S方程的求解145

本章小结147

习题149

7理想流体流动150

7.1连续性微分方程150

7.2不旋转流动151

7.3速度环量与旋涡量153

7.4流函数153

7.5基本流动的流场与流场叠加154

7.5.1均匀直线流动154

7.5.2源流或汇流155

7.5.3流场叠加155

7.6速度势156

7.7流网157

本章小结159

习题160

8.1流体物性测量162

8流体测量162

8.2静压测量163

8.3用毕托（Pitot）管测量流速165

8.4测量速度的其他方法166

8.4.1水流计和风速仪166

8.4.2热线风速仪166

8.4.3漂浮测量166

8.4.4照相和光学测量166

8.4.5激光技术166

8.4.6其他测速仪器与方法167

8.5流量测量167

8.6孔口、喷嘴和管嘴出流167

8.6.1出流的定义167

8.6.3自由出流的水头损失168

8.6.2出流系数168

8.6.4淹没出流的水头损失169

8.7文丘里（Venturi）流量计170

8.8喷嘴流动（1陀）170

8.9孔板流量计172

8.10可压缩流体的流量测量174

8.11测量流量的其他方法175

本章小结176

习题176

气体动力学基础179

9.1音速马赫数179

9.1.1音速179

9.2.1绝能定常流动181

9.2气体一维绝能定常流动和等熵定常流动181

9.1.2马赫（Mα）数181

9.2.2等熵定常流动182

9.2.3三种特定状态183

9.2.4速度系数185

9.2.5流量函数186

9.3正激波187

9.3.1正激波的形成及传播速度187

9.3.2正激波前后气流参数的关系189

9.4微弱扰动在气体中的传播193

9.5膨胀波194

9.6斜激波195

9.6.1斜激波的形成195

9.6.2斜激波前后参数的关系196

9.6.3经过斜激波气流的转折角198

9.6.4波阻的概念200

9.7变截面管流201

9.7.1气流速度与通道截面的关系201

9.7.2喷管202

9.8在等截面管中有摩擦的绝热流动208

9.8.1绝热摩擦管流208

9.8.2摩擦管流中气流参数的计算210

9.8.3摩擦壅塞211

9.9在等截面管中有摩擦的等温流动213

本章小结215

习题216

参考文献218