本書是應用型本科“十三五”教改規(guī)劃教材!肮こ塘黧w力學”是高等學校工程基礎類課程。本書參考了國外工程應用型本科教材內容,并結合國內應用型本科教改要求而編寫,內容全面,側重基礎和工程的實際應用。
著工程學的發(fā)展,工程流體力學在能源動力工程、機械工程、建筑環(huán)境與能源應用工程、環(huán)境工程、石油和化學工程、航空航天工程以及生物工程等領域得到了廣泛的應用與發(fā)展。
“工程流體力學”是高等學校工程基礎類課程。本書面向高等學校的學生和現(xiàn)場的技術人員盡可能地深入淺出講解相關內容,使讀者在具備基礎高等數(shù)學和物理學的知識后,就能閱讀和正確理解本書的內容。
在本書的寫作中,特別注重了以下幾個方面:
。1)本書統(tǒng)一使用SI國際單位制。書中的符號進行嚴格的規(guī)定,便于讀者在學習中更加容易保持概念的一致性。關于壓力和壓強的說法,因工程上習稱為壓力,又由于流體在工程概念上是沒有強度的,所以本書作為工程流體力學,使用的是壓力概念。
。2)流體流動是相當復雜的物理現(xiàn)象,除不得已情況外,均以一元流動理論為主來講解。書中的楷體字部分設置稍微詳細的說明,以幫助理解。
。3)利用各種實驗資料和實驗數(shù)據(jù)解決工程上的一些實際問題,這種應用在第3、5、6、7章很明顯,從而避免了繁瑣的數(shù)學推導,使其計算結果很容易得到。
。4)書中通過例題幫助讀者理解重要的概念和定律,在各章末附有測試練習,以提高解決問題的能力。對理論性較強的內容,比如平面勢流問題等,通過聯(lián)系實際應用,加深讀者的理解,提高讀者的學習興趣。
。5)本書豐富了繞流的阻力和升力計算、浮體穩(wěn)定性計算、局部阻力計算、明渠計算等內容,彌補了目前國內教材在該部分出現(xiàn)的短缺,為后續(xù)專業(yè)課的學習、技術開發(fā)和應用打下豐厚的基礎。
編著者一直從事流體傳動和工程流體力學課程教學與科研工作,具有豐富的教學和現(xiàn)場工作經驗。在編寫本書時,參考了國內外前輩許多賢人的著作和論文,并得到了專業(yè)同事的支持與幫助。
本書由重慶科技學院向偉編寫完成,并繪制本書中的所有插圖。
限于水平,本書的不足之處在所難免,敬請讀者批評指正。
編著者向偉
2016.9.29于重慶科技學院
第1章 流體的性質 1
1.1 流體的基本概念 1
1.2 密度、 比容和飽和蒸汽壓力 2
1.3 流體的壓縮性 5
1.4 流體的黏性 6
1.5 液體的表面張力 11
1.6 作用在流體上的力 13
1.7 閱讀材料:工程流體力學學習導論 14
思考題 17
習題 17
第2章 流體靜力學 19
2.1 流體靜壓力及其特性 19
2.2 靜止流體平衡方程 21
2.2.1 流體平衡微分方程式的建立 21
2.2.2 等壓面 22
2.2.3 靜力學基本方程式 22
2.2.4 靜力學基本方程式的意義 24
2.3 流體靜力學基本公式及其應用 24
2.3.1 流體靜力學基本公式 25
2.3.2 流體靜壓力的表示方法和計量單位 26
2.3.3 液柱式測壓計 27
2.4 其他質量力作用下的流體平衡 29
2.4.1 等加速水平運動容器中流體的相對平衡 29
2.4.2 等角速旋轉容器中流體的相對平衡 30
2.4.3 工程應用 33
2.5 平衡液體對壁面的作用力 35
2.5.1 作用在平面上液體的總壓力 35
2.5.2 作用在曲面上液體的總壓力 40
2.5.3 壓力體 42
2.6 浮力與浮體的穩(wěn)定性 45
2.6.1 浮力 46
2.6.2 浮體的穩(wěn)定性 48
思考題 50
習題 50
第3章 流體運動的基本方程 55
3.1 描述流體運動的基本概念 55
3.1.1 描述流體運動的方法 55
3.1.2 描述流場的基本概念 56
3.2 連續(xù)性方程 62
3.2.1 一元定常流動的連續(xù)性方程 62
3.2.2 空間流動的連續(xù)性方程 65
3.3 理想流體的運動微分方程 66
3.3.1 歐拉運動方程 66
3.3.2 理想流體的伯努利方程 69
3.3.3 伯努利方程的意義 70
3.4 總流的伯努利方程及其應用 70
3.4.1 總流的伯努利方程 70
3.4.2 伯努利方程的應用 74
3.4.3 水力坡度與水頭線 80
3.5 伯努利方程的擴展 82
3.5.1 重力、離心力聯(lián)合場的伯努利方程 82
3.5.2 分流量或合流量的伯努利方程 84
3.5.3 過流斷面間有能量的輸入和輸出的伯努利方程 85
3.6 動量和動量矩方程 87
3.6.1 定常流動量方程 88
3.6.2 動量矩方程及應用 93
3.7 流體微團運動分析 95
3.7.1 流體微團運動分解 95
3.7.2 流體微團變形和旋轉的特征量 95
3.8 流體的有旋流動 98
3.8.1 強制渦流 99
3.8.2 自由渦流 100
3.8.3 組合渦流 101
3.8.4 放射流和自由渦流的組合 102
3.9 黏性流體的運動微分方程 103
3.9.1 納維-斯托克斯方程的建立 103
3.9.2 在簡單邊界條件下納維-斯托克斯方程的精確解 106
3.10 歐拉運動方程與平面勢流 109
3.10.1 空間歐拉運動方程 109
3.10.2 平面勢流模型 110
3.10.3 平面勢流的應用 116
思考題 117
習題 117
第4章 量綱分析與相似理論 123
4.1 量綱分析 123
4.2 相似理論 127
4.3 模型實驗 131
思考題 132
習題 132
第5章 黏性流體的管內流動 133
5.1 流體流動的兩種流動狀態(tài)