1　流體的力學(xué)特性 001
1.1 流體的連續(xù)介質(zhì)模型 001
1.1.1 流體質(zhì)點(diǎn)的概念 001
1.1.2 流體連續(xù)介質(zhì)模型 002
1.2 流體的力學(xué)特性 002
1.2.1 流動(dòng)性 003
1.2.2 可壓縮性 003
1.2.3 黏滯性 004
1.2.4 液體表面張力特性 007
1.3 牛頓流體和非牛頓流體 011
1.3.1 牛頓流體與非牛頓流體 011
1.3.2 非牛頓流體及其黏度特性 011
習(xí)題 012

2　流體流動(dòng)的基本概念 016
2.1 流場(chǎng)及流動(dòng)分類 016
2.1.1 流場(chǎng)的概念 016
2.1.2 流動(dòng)分類 017
2.2 描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法 018
2.2.1 拉格朗日法 018
2.2.2 歐拉法 018
2.2.3 兩種方法的關(guān)系 019
2.2.4 質(zhì)點(diǎn)導(dǎo)數(shù) 019
2.3 跡線和流線 022
2.3.1 跡線及跡線方程 022
2.3.2 流線及流線方程 022
2.3.3 流管與管流連續(xù)性方程 024
2.4 流體的運(yùn)動(dòng)與變形 025
2.4.1 微元流體線的變形速率 025
2.4.2 微元流體團(tuán)的變形速率 026
2.5 流體的流動(dòng)與阻力 029
2.5.1 流體流動(dòng)的推動(dòng)力 029
2.5.2 層流與湍流 029
2.5.3 固壁邊界的影響及三種典型流動(dòng) 031
2.5.4 流動(dòng)阻力與阻力系數(shù) 033
習(xí)題 035

3　流體靜力學(xué) 038
3.1 作用在流體上的力 038
3.1.1 質(zhì)量力 038
3.1.2 表面力——應(yīng)力與壓力 039
3.1.3 靜止流場(chǎng)中的表面力 040
3.1.4 壓力的表示方法及單位 040
3.2 流體靜力學(xué)基本方程 041
3.2.1 流體靜力平衡方程 041
3.2.2 靜止流場(chǎng)的壓力微分方程 041
3.3 重力場(chǎng)液體靜力學(xué)問(wèn)題 043
3.3.1 重力場(chǎng)中靜止液體的壓力分布 043
3.3.2 U形管測(cè)壓原理 044
3.3.3 靜止液體中固體壁面的受力 045
3.3.4 靜止液體中物體的浮力與浮力矩 051
3.4 非慣性坐標(biāo)系液體靜力學(xué) 052
3.4.1 重力場(chǎng)非慣性坐標(biāo)系液體靜力學(xué)方程 052
3.4.2 直線勻加速系統(tǒng)中液體的壓力分布 053
3.4.3 勻速旋轉(zhuǎn)容器中液體的壓力分布 054
3.4.4 高速回轉(zhuǎn)圓筒內(nèi)液體的壓力分布 057
習(xí)題 058

4　流體流動(dòng)的守恒原理 063
4.1 概述 063
4.1.1 系統(tǒng)與控制體 063
4.1.2 守恒定律與輸運(yùn)公式 064
4.2 質(zhì)量守恒方程 065
4.2.1 控制面上的質(zhì)量流量 065
4.2.2 控制體質(zhì)量守恒方程 066
4.2.3 多組分系統(tǒng)的質(zhì)量守恒方程 069
4.3 動(dòng)量守恒方程 070
4.3.1 控制體動(dòng)量守恒積分方程 070
4.3.2 以平均速度表示的動(dòng)量方程 071
4.4 動(dòng)量矩守恒方程 074
4.4.1　控制體動(dòng)量矩守恒積分方程 074
4.4.2 穩(wěn)態(tài)平面系統(tǒng)的動(dòng)量矩方程 074
4.5 能量守恒方程 077
4.5.1 運(yùn)動(dòng)流體的能量 078
4.5.2 控制體能量守恒積分方程 080
4.5.3 過(guò)程設(shè)備流動(dòng)系統(tǒng)的能量方程 081
4.5.4 機(jī)械能守恒方程——伯努利方程 085
4.6 守恒方程綜合應(yīng)用分析 089
4.6.1 小孔流動(dòng)問(wèn)題 089
4.6.2 虹吸管流動(dòng)及離心泵汽蝕問(wèn)題 091
4.6.3 駐點(diǎn)壓力與皮托管測(cè)速 093
4.6.4 管道局部阻力問(wèn)題 095
習(xí)題 098

5　不可壓縮流體的一維層流流動(dòng) 109
5.1 流動(dòng)微分方程的建立及定解條件 109
5.1.1 建立流動(dòng)微分方程的基本步驟 109
5.1.2 流動(dòng)微分方程的定解條件 110
5.2 不可壓縮一維穩(wěn)態(tài)層流及其特點(diǎn) 111
5.2.1 不可壓縮一維穩(wěn)態(tài)層流 111
5.2.2 質(zhì)量與動(dòng)量守恒的特點(diǎn) 111
5.2.3 微元體表面力的特點(diǎn) 112
5.3 狹縫流動(dòng)分析 112
5.3.1 平壁層流的微分方程 113
5.3.2 狹縫流動(dòng)問(wèn)題分析 114
5.4 管內(nèi)流動(dòng)分析 118
5.4.1 管狀層流的微分方程 118
5.4.2 圓管及圓形套管內(nèi)的層流流動(dòng) 120
5.5 降膜流動(dòng)分析 123
5.5.1 傾斜平壁上充分發(fā)展的降膜流動(dòng) 123
5.5.2 豎直圓管外壁的降膜流動(dòng) 125
5.5.3 變厚度降膜流動(dòng)問(wèn)題分析 126
習(xí)題 128

6　流體流動(dòng)微分方程 133
6.1 連續(xù)性方程 134
6.1.1 直角坐標(biāo)系中的連續(xù)性方程 134
6.1.2 柱坐標(biāo)和球坐標(biāo)系中的連續(xù)性方程 135
6.2 應(yīng)力形式的運(yùn)動(dòng)方程 135
6.2.1 作用于微元體上的力 136
6.2.2 動(dòng)量流量及動(dòng)量變化率 137
6.2.3 以應(yīng)力表示的運(yùn)動(dòng)方程 138
6.3 牛頓流體的本構(gòu)方程 139
6.3.1 基本假設(shè) 139
6.3.2 牛頓流體本構(gòu)方程 139
6.3.3 本構(gòu)方程的討論 139
6.4 流體運(yùn)動(dòng)微分方程——N-S方程 141
6.4.1 直角坐標(biāo)系中的N-S方程 141
6.4.2 柱坐標(biāo)和球坐標(biāo)系中的N-S方程 142
6.5 N-S方程應(yīng)用概述及舉例 144
6.5.1 N-S方程應(yīng)用概述 144
6.5.2 N-S方程應(yīng)用舉例 145
習(xí)題 151

7　不可壓縮理想流體的平面流動(dòng) 156
7.1 流體平面運(yùn)動(dòng)的速度分解 156
7.2 有旋流動(dòng)與無(wú)旋流動(dòng) 157
7.2.1 速度環(huán)量與線流量 157
7.2.2 有旋流動(dòng)及其運(yùn)動(dòng)學(xué)特性 158
7.2.3 無(wú)旋流動(dòng)（勢(shì)流）及其運(yùn)動(dòng)學(xué)特性 160
7.3 不可壓縮平面流動(dòng)的流函數(shù) 162
7.3.1 流函數(shù)的定義及全微分方程 162
7.3.2 流函數(shù)的性質(zhì)——流線及流線間的流量 162
7.4 不可壓縮平面勢(shì)流及基本方程 164
7.4.1 柯西-黎曼方程及流網(wǎng) 164
7.4.2 拉普拉斯方程及疊加原理 165
7.4.3 定常不可壓縮勢(shì)流的伯努利方程 166
7.5 不可壓縮平面勢(shì)流典型問(wèn)題分析 166
7.5.1 平行直線等速流動(dòng) 167
7.5.2 點(diǎn)源與點(diǎn)匯流動(dòng) 167
7.5.3 點(diǎn)渦流動(dòng) 168
7.5.4 角形區(qū)域內(nèi)的流動(dòng) 169
7.5.5 幾種典型的復(fù)合流動(dòng) 170
7.5.6 理想流體繞固定圓柱體的流動(dòng) 173
7.5.7 理想流體繞轉(zhuǎn)動(dòng)圓柱體的流動(dòng) 175
思考題 177
習(xí)題 178

8　流動(dòng)相似與模型實(shí)驗(yàn) 181
8.1 流動(dòng)相似及相似準(zhǔn)則 181
8.1.1 幾何相似 181
8.1.2 運(yùn)動(dòng)相似及時(shí)間準(zhǔn)則 182
8.1.3 動(dòng)力相似及動(dòng)力相似準(zhǔn)則 182
8.1.4 典型相似數(shù)及其意義 183
8.1.5 相似數(shù)在模型實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用 185
8.2 相似準(zhǔn)則的分析方法 188
8.2.1 微分方程法 188
8.2.2 因次分析法 190
8.2.3 用因次分析指導(dǎo)模型實(shí)驗(yàn)的意義 192
8.3 模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及應(yīng)用舉例 193
8.3.1 模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本要點(diǎn) 193
8.3.2 模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)用舉例 194
8.3.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理及應(yīng)用說(shuō)明 201
思考題 201
習(xí)題 202

9　管內(nèi)不可壓縮流體的湍流流動(dòng) 206
9.1　圓管流動(dòng)概述 206
9.1.1　層流與湍流——雷諾實(shí)驗(yàn) 206
9.1.2　圓管進(jìn)口區(qū)的流動(dòng) 207
9.1.3　圓管充分發(fā)展區(qū)的流動(dòng) 208
9.2　湍流的基本特性及雷諾方程 209
9.2.1　湍流的基本特性 209
9.2.2　雷諾方程 210
9.2.3　湍流理論簡(jiǎn)介 211
9.3　湍流的半經(jīng)驗(yàn)理論 212
9.3.1　普朗特混合長(zhǎng)度理論 212
9.3.2　通用速度分布——壁面律 213
9.4　圓管充分發(fā)展區(qū)的湍流速度分布 215
9.4.1　光滑管內(nèi)的湍流速度分布 215
9.4.2　粗糙管內(nèi)的湍流速度分布 216
9.5　圓管的阻力損失與阻力系數(shù) 217
9.5.1　阻力損失與阻力系數(shù)定義 217
9.5.2　光滑圓管的摩擦阻力系數(shù) 217
9.5.3　粗糙圓管的摩擦阻力系數(shù) 218
9.5.4　局部阻力系數(shù) 221
9.6　非圓形管及彎曲管內(nèi)的流動(dòng) 224
9.6.1　非圓形管內(nèi)的流動(dòng)與阻力損失 224
9.6.2 彎曲管道內(nèi)的流動(dòng)及阻力損失 225
9.7　管流問(wèn)題的基本類型與解析要領(lǐng) 227
思考題 229
習(xí)題 229

10　邊界層及繞流流動(dòng) 234
10.1　邊界層的基本概念 234
10.1.1　邊界層及邊界層理論 234
10.1.2　邊界層的厚度與流態(tài) 235
10.1.3　平壁繞流的摩擦阻力與阻力系數(shù) 236
10.2　平壁邊界層流動(dòng) 237
10.2.1　普朗特邊界層方程 237
10.2.2　平壁層流邊界層的布拉修斯解 238
10.2.3　馮·卡門邊界層動(dòng)量積分方程 241
10.2.4　平壁層流邊界層的近似解 242
10.2.5 平壁湍流邊界層的近似解 244
10.2.6　平壁湍流邊界層的速度分布 246
10.3　邊界層分離及繞流總阻力 247
10.3.1　邊界層分離現(xiàn)象 247
10.3.2　彎曲壁面的繞流總阻力 248
10.4　繞圓柱體的流動(dòng)分析 250
10.4.1　繞圓柱體的流動(dòng) 250
10.4.2 圓柱繞流總阻力 251
10.5　繞球體的流動(dòng)分析 252
10.5.1　繞球體的流動(dòng) 252
10.5.2　球體繞流總阻力 253
10.5.3　球形顆粒的沉降速度 254
思考題 255
習(xí)題 256

11　可壓縮流動(dòng)基礎(chǔ)與管內(nèi)流動(dòng) 259
11.1 可壓縮流動(dòng)的基本假設(shè)與方程 259
11.1.1 基本假設(shè)與熱力學(xué)過(guò)程 259
11.1.2 熱力學(xué)基本方程 260
11.1.3 質(zhì)量守恒及能量守恒方程 260
11.2 聲波傳播速度及馬赫數(shù) 261
11.2.1 小擾動(dòng)壓力波（聲波）的傳播速度 261
11.2.2 聲速與馬赫數(shù) 263
11.3 滯止?fàn)顟B(tài)及滯止參數(shù) 264
11.3.1 滯止?fàn)顟B(tài) 264
11.3.2 滯止焓與滯止溫度 264
11.3.3 滯止壓力與滯止密度 265
11.4 激波的形成及正激波參數(shù)計(jì)算 265
11.4.1 激波的形成及基本行為 265
11.4.2 正激波前后參數(shù)的變化 266
11.5 變截面管內(nèi)可壓縮流體的等熵流動(dòng) 268
11.5.1 速度與管道截面變化的關(guān)系 268
11.5.2 臨界狀態(tài)及臨界參數(shù) 270
11.5.3 拉伐爾噴管 271
11.5.4 漸縮管內(nèi)的等熵流動(dòng) 275
11.5.5 噴管及擴(kuò)壓管設(shè)計(jì)要點(diǎn) 276
11.6 等截面管道內(nèi)可壓縮流體的摩擦流動(dòng) 277
11.6.1 有摩擦的絕熱流動(dòng) 277
11.6.2 有摩擦的等溫流動(dòng) 282
11.7 可壓縮流體的速度與流量測(cè)試 284
11.7.1 亞聲速氣流中的皮托管 284
11.7.2 超聲速氣流中的皮托管 285
11.7.3 可壓縮流動(dòng)流量測(cè)量 285
思考題 286
習(xí)題 286

12　過(guò)程設(shè)備內(nèi)流體的停留時(shí)間分布 292
12.1 停留時(shí)間的基本概念與關(guān)系 292
12.1.1 停留時(shí)間與返混 292
12.1.2 流體停留時(shí)間與進(jìn)口時(shí)間的關(guān)系 293
12.2 停留時(shí)間分布的相關(guān)函數(shù) 294
12.2.1 停留時(shí)間分布函數(shù)F(t)與密度函數(shù)E(t) 294
12.2.2 特定輸入/輸出時(shí)間的流體量計(jì)算 295
12.2.3 內(nèi)部年齡密度函數(shù)I(t) 297
12.2.4 無(wú)因次時(shí)間與無(wú)因次函數(shù) 297
12.3 停留時(shí)間分布的測(cè)試及其數(shù)字特征 298
12.3.1 脈沖響應(yīng)法 298
12.3.2 階躍響應(yīng)法 299
12.3.3 停留時(shí)間分布的數(shù)字特征 299
12.4 幾種典型的停留時(shí)間分布模型 300
12.4.1 平推流模型 300
12.4.2 全混流模型 301
12.4.3 多釜串聯(lián)模型 302
12.4.4 軸向擴(kuò)散流模型 303
12.5 停留時(shí)間分布曲線的應(yīng)用 305
12.5.1 根據(jù)E(t)曲線定性推斷流動(dòng)情況 305
12.5.2 確定流動(dòng)模式及其模型參數(shù) 305
12.5.3 確定設(shè)備結(jié)構(gòu)對(duì)流動(dòng)模式的影響 307
習(xí)題 307

附錄 313
附錄A　矢量與場(chǎng)論的基本定義和公式 313
附錄B　常見(jiàn)物理量的量綱、單位換算及常見(jiàn)特征數(shù) 316
附錄C　常見(jiàn)流體的物性參數(shù) 318

參考文獻(xiàn) 321