工程流體力學(xué)是力學(xué)的一個重要分支, 是研究流體(液體和氣體)的力學(xué)運(yùn)動規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科, 即研究在各種力的作用下, 流體本身的靜止?fàn)顟B(tài)和運(yùn)動狀態(tài), 以及流體和固體壁面､流體和流體間的相互作用｡
本書除了介紹流體力學(xué)的基本概念､基本方程､工程應(yīng)用等傳統(tǒng)內(nèi)容外,在書中還增加了國際發(fā)展前沿的流體力學(xué)案例､創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和科技小制作及運(yùn)用流體力學(xué)理論知識解決實(shí)際工程問題等環(huán)節(jié)｡本書以流體力學(xué)的理論為基礎(chǔ), 以工作任務(wù)為驅(qū)動, 精選教學(xué)內(nèi)容, 通過案例導(dǎo)入､綜合實(shí)例和拓展提高環(huán)節(jié), 使學(xué)生在掌握流體力學(xué)的基本概念､原理和理論的基礎(chǔ)上, 培養(yǎng)學(xué)生在流體力學(xué)方面解決問題､分析問題的能力和創(chuàng)新意識｡
全書共分10 個項(xiàng)目, 內(nèi)容包括: 緒論､流體及其物理性質(zhì)､流體靜力學(xué)､流體運(yùn)動學(xué)､流體動力學(xué)基礎(chǔ)､黏性流體流動及阻力､孔口出流與有壓管流､邊界層理論基礎(chǔ)､相似原理和量綱分析以及氣體動力學(xué)基礎(chǔ)｡
本書可作為普通高等院校本科機(jī)械類､能源動力工程､交通運(yùn)輸工程､工程力學(xué)等專業(yè)的教材, 也可作為遠(yuǎn)程教育､成人教育､高等職業(yè)教育的教學(xué)用書, 還可供從事相關(guān)工作的研究生､工程技術(shù)人員參考｡
本書內(nèi)容豐富，共包含10個項(xiàng)目，每個項(xiàng)目由“案例導(dǎo)入”、“教學(xué)目標(biāo)”“任務(wù)實(shí)施”“綜合實(shí)例”“拓展提高”“思考練習(xí)”這六大部分構(gòu)成，充分體現(xiàn)實(shí)踐性、應(yīng)用性，讓學(xué)生真正做到學(xué)以致用。每個項(xiàng)目都通過案例導(dǎo)入作為切入點(diǎn)，提出問題給學(xué)生造成懸念，由淺入深、循序漸進(jìn)的展開主體內(nèi)容講述；每個項(xiàng)目都有一個融合項(xiàng)目任務(wù)中基礎(chǔ)知識的綜合實(shí)例，有利于學(xué)生理解和鞏固知識點(diǎn)，著重學(xué)生知識的遷移和技能的強(qiáng)化、并讓學(xué)生學(xué)會觸類旁通、舉一反三，提高知識運(yùn)用能力。項(xiàng)目中的拓展與提高環(huán)節(jié)都是反映流體力學(xué)研究的成果，為學(xué)生深入進(jìn)行流體力學(xué)的研究提供一些有益的參考。思考與練習(xí)環(huán)節(jié)在內(nèi)容的選擇和編排上考慮了初學(xué)者的需求，側(cè)重普及性和實(shí)用性。全書從感性認(rèn)知、理性定義、理論計算及工程應(yīng)用多角度闡述了工程流體力學(xué)的內(nèi)涵。
前言
隨著普通高等院校教學(xué)改革的不斷深入, 基于工作過程的課程改革在普通高等院校教學(xué)工作中全面開展, 相應(yīng)的課程體系､教學(xué)內(nèi)容都應(yīng)體現(xiàn)應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)目標(biāo), 本書正是在汲取了近幾年教學(xué)實(shí)踐成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上編寫而成的｡
工程流體力學(xué)課程屬于專業(yè)基礎(chǔ)課, 是基礎(chǔ)課與專業(yè)課之間的橋梁, 課程理論性強(qiáng), 基本概念抽象, 流動方程復(fù)雜, 與實(shí)際工程聯(lián)系密切, 為此本書以流體力學(xué)的理論為基礎(chǔ), 以工作任務(wù)為驅(qū)動, 精選教學(xué)內(nèi)容, 讓學(xué)生認(rèn)清問題的本質(zhì), 掌握分析問題的方法, 學(xué)會解決問題的技巧, 并能夠靈活應(yīng)對工程實(shí)際問題, 以構(gòu)建創(chuàng)新能力培養(yǎng)的課程構(gòu)架｡本書除了介紹流體力學(xué)的基本概念､基本方程､工程應(yīng)用等傳統(tǒng)內(nèi)容外, 在書中還增加了國際發(fā)展前沿的流體力學(xué)案例､創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和科技小制作及運(yùn)用流體力學(xué)理論知識解決實(shí)際工程問題等環(huán)節(jié), 為發(fā)展學(xué)生的科學(xué)想象力和創(chuàng)造力提供了更為廣闊的空間｡
本書內(nèi)容豐富, 共包含10 個項(xiàng)目, 每個項(xiàng)目由“案例導(dǎo)入” “教學(xué)目標(biāo)” “任務(wù)”“拓展提高” “思考與練習(xí)” 五大部分構(gòu)成, 除項(xiàng)目1 外, 其余項(xiàng)目還包含一個“綜合實(shí)例” 模塊, 充分體現(xiàn)實(shí)踐性､應(yīng)用性, 讓學(xué)生真正做到學(xué)以致用｡每個項(xiàng)目都將“案例導(dǎo)入” 作為切入點(diǎn), 提出問題給學(xué)生造成懸念, 由淺入深､循序漸進(jìn)地展開主體內(nèi)容講述; 融合于項(xiàng)目任務(wù)中的綜合實(shí)例, 有利于學(xué)生理解和鞏固知識點(diǎn), 著重知識的遷移和技能的強(qiáng)化, 并讓學(xué)生學(xué)會觸類旁通､舉一反三, 提高知識運(yùn)用能力｡項(xiàng)目中的“拓展提高” 部分都是反映流體力學(xué)研究的成果, 為學(xué)生深入進(jìn)行流體力學(xué)的研究提供一些有益的參考｡“思考與練習(xí)” 部分在內(nèi)容的選擇和編排上考慮了初學(xué)者的需求, 側(cè)重普及性和實(shí)用性｡全書從感性認(rèn)知､理性定義､理論計算及工程應(yīng)用多角度闡述了工程流體力學(xué)的內(nèi)涵｡
本書由張明輝､滕桂榮任主編, 陳慶光､郭蘭蘭､聶志峰任副主編｡項(xiàng)目1 由陳慶光編寫; 項(xiàng)目2 由聶志峰編寫; 項(xiàng)目3 由張永超､劉冰､李見波和李志敏編寫; 項(xiàng)目4和項(xiàng)目5 由滕桂榮編寫; 項(xiàng)目6~ 項(xiàng)目9 由張明輝編寫; 項(xiàng)目10 由郭蘭蘭編寫｡張明輝負(fù)責(zé)全書的統(tǒng)稿工作｡書中參考了書后參考文獻(xiàn)中的部分內(nèi)容, 在此向文獻(xiàn)作者致以誠摯的謝意!
由于編者水平有限, 加之編寫時間倉促, 書中缺點(diǎn)､錯誤在所難免, 望廣大讀者批評指正｡
編 者
目錄
前 言
項(xiàng)目1 緒論 1
【案例導(dǎo)入】 1
【教學(xué)目標(biāo)】 3
任務(wù)1 流體力學(xué)的研究內(nèi)容與學(xué)科性質(zhì) 3
任務(wù)2 流體力學(xué)的發(fā)展史 5
任務(wù)3 流體力學(xué)的研究方法 7
任務(wù)4 流體力學(xué)的研究領(lǐng)域與相關(guān)學(xué)科 10
拓展提高 11
思考與練習(xí) 15
項(xiàng)目2 流體及其物理性質(zhì) 17
【案例導(dǎo)入】 17
【教學(xué)目標(biāo)】 19
任務(wù)1 流體的連續(xù)介質(zhì)理論 19
任務(wù)2 流體的密度和重度 20
任務(wù)3 流體的力學(xué)特性 21
任務(wù)4 牛頓流體和非牛頓流體 27
任務(wù)5 表面張力 28
綜合實(shí)例 32
拓展提高 33
思考與練習(xí) 34
項(xiàng)目3 流體靜力學(xué) 36
【案例導(dǎo)入】 36
【教學(xué)目標(biāo)】 38
任務(wù)1 作用在流體上的力 38
任務(wù)2 流體靜壓強(qiáng)特性 39
任務(wù)3 流體平衡微分方程 42
任務(wù)4 重力場中靜力學(xué)基本方程 46
任務(wù)5 靜壓強(qiáng)的測量 48
任務(wù)6 液體的相對平衡 55
任務(wù)7 液體作用在平面上的總壓力 61
任務(wù)8 液體作用在曲面上的總壓力 64
綜合實(shí)例 67
拓展提高 68
思考與練習(xí) 71
項(xiàng)目4 流體運(yùn)動學(xué) 74
【案例導(dǎo)入】 74
【教學(xué)目標(biāo)】 76
任務(wù)1 流體運(yùn)動的描述方法 76
任務(wù)2 流場的基本概念 80
任務(wù)3 連續(xù)性方程 86
任務(wù)4 流體微團(tuán)運(yùn)動的分解 89
任務(wù)5 勢函數(shù)和流函數(shù) 94
綜合實(shí)例 97
拓展提高 98
思考與練習(xí) 102
項(xiàng)目5 流體動力學(xué)基礎(chǔ) 104
【案例導(dǎo)入】 104
【教學(xué)目標(biāo)】 106
任務(wù)1 理想流體運(yùn)動微分方程 106
任務(wù)2 黏性流體的運(yùn)動微分方程 109
任務(wù)3 理想流體的能量方程 112
任務(wù)4 實(shí)際流體的伯努利方程 115
任務(wù)5 恒定流的動量方程 125
任務(wù)6 恒定流的動量矩方程 130
綜合實(shí)例 133
拓展提高 134
思考與練習(xí) 137
項(xiàng)目6 黏性流體流動及阻力 141
【案例導(dǎo)入】 141
【教學(xué)目標(biāo)】 143
任務(wù)1 流體阻力的分類 143
任務(wù)2 層流與湍流的概念 145
任務(wù)3 均勻流的沿程損失 148
任務(wù)4 圓管中的層流流動 150
任務(wù)5 圓管中的湍流流動 153
任務(wù)6 湍流的沿程阻力損失 160
任務(wù)7 流動的局部損失 166
綜合實(shí)例 174
拓展提高 175
思考與練習(xí) 176
項(xiàng)目7 孔口出流與有壓管流 178
【案例導(dǎo)入】 178
【教學(xué)目標(biāo)】 180
任務(wù)1 孔口出流 180
任務(wù)2 管嘴出流 188
任務(wù)3 有壓管道恒定流動 191
任務(wù)4 管網(wǎng)流動計算 201
任務(wù)5 有壓管道中的水擊 206
綜合實(shí)例 211
拓展提高 212
思考與練習(xí) 215
項(xiàng)目8 邊界層理論基礎(chǔ) 218
【案例導(dǎo)入】 218
【教學(xué)目標(biāo)】 220
任務(wù)1 邊界層的概念 220
任務(wù)2 邊界層厚度 223
任務(wù)3 平面層流邊界層的微分方程 226
任務(wù)4 邊界層的動量積分方程 228
任務(wù)5 平板邊界層的計算 231
任務(wù)6 邊界層分離現(xiàn)象及繞流阻力 239
綜合實(shí)例 241
拓展提高 242
思考與練習(xí) 244
項(xiàng)目9 相似原理和量綱分析 245
【案例導(dǎo)入】 245
【教學(xué)目標(biāo)】 248
任務(wù)1 量綱分析 248
任務(wù)2 量綱分析方法 251
任務(wù)3 相似原理 257
任務(wù)4 模型試驗(yàn) 266
綜合實(shí)例 268
拓展提高 269
思考與練習(xí) 271
項(xiàng)目10 氣體動力學(xué)基礎(chǔ) 273
【案例導(dǎo)入】 273
【教學(xué)目標(biāo)】 275
任務(wù)1 氣體流動的熱力學(xué)基礎(chǔ) 275
任務(wù)2 微弱擾動在空間的傳播 276
任務(wù)3 氣體一維定常流動的基本方程 280
任務(wù)4 氣體一維定常流動的參考狀態(tài) 281
任務(wù)5 變截面管流 284
任務(wù)6 實(shí)際氣體在管道中的定常流動 289
綜合實(shí)例 293
拓展提高 294
思考與練習(xí) 296
參考文獻(xiàn) 297
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