《工程流體力學（第二版）》是根據(jù)機械、動力類專業(yè)40～50學時的工程流體力學課程教學要求組織編寫的。全書除緒論外共分7章：流體的主要物理性質、流體靜力學、流體動力學基礎、流體在圓管中的流動、孔口出流、縫隙流動和可壓縮氣體的一元流動。各章后配有思考與練習題，并附有參考答案，方便學生自測和復習。
《工程流體力學（第二版）》可作為機械類及近機械類各專業(yè)本科生及�？粕こ塘黧w力學課程教材，也可供相關技術人員參考。
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本書是根據(jù)機械、動力類各專業(yè)工程流體力學課程的教學要求，參考教育部流體力學課程教學指導小組制定的《工程流體力學課程教學基本要求》，及2006年四川流體力學會議上的《流體力學水力學資源庫框架》編寫而成的。全書除緒論外共分7章。從緒論到第3章為流體力學的基礎理論，第4～7章為流體力學在各方面的應用。各章之間具有相對的獨立性，學�？筛鶕�(jù)各自的教學要求組合成不同形式的教學模塊。
科學技術的不斷發(fā)展，對工程流體力學的教學內容和教學方法提出了更高的要求。本著以培養(yǎng)面向21世紀創(chuàng)新人才為宗旨，以“基于研究的教學”和“大學生自主學習”的理念為導向，要求構建以培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力為核心的新課程體系。在編寫教材時，我們力求加強基礎、強調應用，在介紹基礎理論的同時，大量介紹工程應用問題。
本書以吉林大學機械學院流體力學教研室的教師為主要編寫隊伍，河北科技大學任歐旭老師也參與了部分章節(jié)的編寫。全書根據(jù)編者多年的教學經驗和教學實踐編寫而成，經多次討論和修改，最終成稿。參加本書編寫的有：吉林大學趙曉影（緒論、第1章）、王輝（第3章）、于萍（第4章6～7節(jié)）、沙永柏（第5章）、張萃（第6章）、朱黎輝（第7章），河北科技大學任歐旭（第2章、第4章1～5節(jié)）。本書由于萍擔任主編，并完成全書的修改和統(tǒng)稿工作。
本次再版對全書重新作了修訂，對已發(fā)現(xiàn)的問題及疏漏均加以改正，但由于作者水平有限，仍有可能存在差錯，懇請讀者批評、指正。
編者
2014年11月
目錄
前言
緒論
第1章流體的主要物理性質 3
1.1連續(xù)介質概論 3
1.2流體的密度和相對密度 4
1.3流體的黏性 5
1.3.1黏性產生的原因 5
1.3.2牛頓內摩擦定律 5
1.3.3流體的黏度 6
1.3.4理想流體 8
1.4流體的膨脹性和壓縮性 10
1.4.1體脹系數(shù) 10
1.4.2壓縮系數(shù)和體積彈性系數(shù) 10
1.4.3不可壓縮流體的概念 11
本章小結 12
思考與練習 12
第2章流體靜力學 15
2.1作用在流體上的力 15
2.1.1質量力 15
2.1.2表面力 16
2.1.3流體靜壓強 16
2.2流體平衡微分方程 17
2.2.1流體平衡微分方程的導出 17
2.2.2質量力的勢函數(shù) 1 8
2.2.3等壓面 19
2.3重力場中的平衡流體 20
2.3.1不可壓縮流體的靜壓強基本公式 20
2.3.2可壓縮流體的靜壓強分布公式 22
2.4靜壓強的計算與測量 23
2.4.1靜壓強的計算單位 23
2.4.2靜壓強的計算標準 24
2.4.3靜壓強的測量 24
2.5平衡流體對壁面的作用力 27
2.5.1作用在傾斜平面上的總壓力 28
2.5.2作用在曲面上的總壓力 3 1
2.5.3作用在沉沒物體上的總壓力 35
2.6流體在非慣性坐標系中的相對平衡 35
2.6.1等加速水平直線運動容器中液體的相對平衡 36
2.6.2等角速度旋轉容器中液體的相對平衡 36
本章小結 38
思考與練習 39
第3章流體動力學基礎 45
3.1研究流體流動的方法 45
3.1.1拉格朗日法 45
3.1.2歐拉法 46
3.2流動的分類 47
3.2.1定常流動和非定常流動 47
3.2.2—維流動、二維流動和三維流動 48
3.2.3均勻流和非均勻流 48
3.2.4緩變流和急變流 49
3.3用歐拉法描述流體運動的基本概念 49
3.3.1流線 49
3.3.2流管、流束、有效斷面 50
3.3.3流量 51
3.3.4平均流速 51
3.4 系統(tǒng)與控制體 51
3.5連續(xù)方程 53
3.6實際流體的運動微分方程（納維-斯托克斯方程） 54
3.7能量方程 58
3.8伯努利方程及其應用 60
3.8.1伯努利方程的幾何意義及物理意義 60
3.8.2伯努利方程在工程實際中的應用 61
3.9沿流線主法線方向壓強和速度的變化 63
3.10 黏性流體總流的伯努利方程 64
3.11動量方程與動量矩方程 66
3.11.1慣性坐標系中的動量方程與動量矩方程 66
3.11.2定常管流的動量方程 66
3.11.3動量方程的應用 67
3.12旋流、勢流及渦 74
3.12.1流體質點的變形與旋轉運動 74
3.12.2旋流、勢流及渦的概念 76
3.13點渦速度場的規(guī)律及其應用 77
3.13.1點渦速度場的概念和模型 77
3.13.2無旋流動的能量方程 78
3.13.3圓周運動的壓強與速度的關系 79
3.13.4點渦速度場的規(guī)律 80
3.13.5渦核內外部流場靜壓頭及總水頭 80
3.13.6旋風分離器壓強損失的分析 82
3.14渦輪機械基本方程 83
本章小結 85
思考與練習 85
第4章流體在圓管中的流動 91
4.1雷諾實驗 91
4.1.1M流織流 92
4.1.2流動狀態(tài)的判定 92
4.1.3沿程損失與速度的關系 93
4.1.4水力直徑的概念 94
4.2圓管中的層流流動 95
4.2.1流速分布和流量 95
4.2.2平均流速和最大流速 97
4.2.3層流的動能和動量修正系數(shù) 97
4.2.4層流的沿程損失 97
4.2.5管路進口起始段 99
4.3圓管中的湍流流動 99
4.3.1時均流動與脈動 101
4.3.2混合長度理論 102
4.3.3湍流的速度分布 105
4.4管路流動的沿程阻力 107
4.4.1尼古拉茲實驗 108
4.4.2莫迪圖 111
4.5管路流動的局部阻力 115
4.5.1局部損失產生的原因 115
4.5.2管路突然擴大的局部阻力 116
4.5.3幾種常用的局部阻力系數(shù) 116
4.5.4局部損失一般表達式 120
4.5.5局部阻力的相互干擾 120
4.6管路計算 121
4.6.1簡單管路 122
4.6.2串聯(lián)管路 123
4.6.3并聯(lián)管路 124
4.6.4管路特性 126
4.7 水擊現(xiàn)象 128
4.7.1水擊的物理過程 128
4.7.2水擊壓強和水擊波的傳播速度 130
4.7.3防止水擊危害的措施 132
本章小結 132
思考與練習 133
第5章孔口出流與相似原理 141
5.1孔口出流概述 141
5.1.1薄壁孔口和厚壁孔口 141
5.1.2自由出流和淹沒出流 142
5.1.3完善收縮和不完善收縮 142
5.1.4恒定出流和非恒定出流 143
5.2薄壁孔口恒定出流 143
5.2.1薄壁孔口出流的速度和流量計算 143
5.2.2孔口出流系數(shù) 145
5.3厚壁孔口恒定出流 145
5.3.1厚壁孔口出流的速度和流量 146
5.3.2孔口出流系數(shù) 146
5.3.3不同孔口出流系數(shù) 148
5.4機械中的氣穴現(xiàn)象 150
5.4.1氣穴與氣蝕 150
5.4.2節(jié)流氣穴 151
5.4.3泵進口處的氣穴 152
5.5相似原理 152
5.5.1流體的力學相似 153
5.5.2動力相似準則 154
5.5.3近似模型法 157
本章小結 161
思考與練習 161
第6章縫隙流動 165
6.1平行平面縫隙 165
6.1.1速度分布規(guī)律與流量 165
6.1.2切應力與摩擦力 166
6.1.3功率損失與最佳縫隙 167
6.2環(huán)形縫隙 167
6.2.1同心環(huán)形縫隙 167
6.2.2偏心環(huán)形縫隙 168
6.3平行圓盤縫隙 169
6.3.1放射流動 169
6.3.2擠壓流動 170
6.4傾斜平面間的縫隙流動 171
6.4.1縫隙間的速度分布 171
6.4.2壓強分布與流量 172
6.4.3柱塞運動中的卡緊力 173
6.4.4動壓支撐的支撐力 174
本章小結 176
思考與練習 176
第7章可壓縮氣體的一元流動 180
7.1聲速和馬赫數(shù) 180
7.1.1聲速 180
7.1.2馬赫數(shù) 182
7.2可壓縮氣體一元流動的基本方程 184
7.2.1可壓縮性氣體總流的連續(xù)性方程 184
7.2.2可壓縮性氣體的能量方程 185
7.2.3可壓縮性氣體的運動方程 186
7.3—元氣體的流動特性 186
7.3.1滯止狀態(tài)和滯止參數(shù) 186
7.3.2最大速度狀態(tài) 188
7.3.3臨界狀態(tài)和臨界參數(shù) 188
7.4氣體在半截面管(噴管)中的流動 189
7.4.1馬赫數(shù)和截面面積的關系 190
7.4.2漸縮噴管和拉瓦爾噴管 191
本章小結 195
思考與練習 195
參考文獻 198
第1章流體的主要物理性質
流體的平衡和運動規(guī)律與其自身的物理性質緊密相關，因此有必要對流體的物理性質進行了解，本章將介紹流體的一主要物理性質。
要求學生通過本章的學習了解流體力學的基本概念、流體的主要物理特性。
1．1連續(xù)介質概論
流體和固體一樣是由大量分子組成的，并且每個分子都不斷地做隨機熱運動，分子與分子之間存在著分子力的作用。流體包括液體與氣體，由于具體形態(tài)的不同，氣體、液體與固體的屬性又有著一定的差別：首先，在相同體積的條件下，固體的分子數(shù)目多于液體，而液體又多于氣體；其次，在相同分子距的條件下，固體分子力大于液體，而液體大于氣體；再次，在外界溫度、壓強等條件相同的條件下，固體分子距最小，液體分子距次之，氣體分子距最大。上述特點決定了氣體分子可以在所給的空間內做自由運動，而液體分子只能在小范圍內做不規(guī)則熱運動，固體分子卻只能圍繞其自身位置做微小的振動。
上述微觀結構上的差異導致宏觀表象的不同。從受力方面考慮，在緒論中已述及，固體既能承受壓力又能承受拉力和剪切力；而流體主要承受壓力，不能承受拉力，在微小剪切力的作用下就會產生連續(xù)的變形。固體受一定大小外力的作用后產生的變形在外力消除后可以自動恢復；而流體流動后，其變形是不能自行消除的。此外，固體有一定的體積和形狀；液體有一定的體積，而無一定的形狀；氣體既無一定的體積，也無一定的形狀。
流體是由無數(shù)分子組成的，而分子與分子間有空隙，即從微觀角度看，流體并不是連續(xù)分布的物質。由于流體力學的任務是要研究宏觀流體的運動規(guī)律，因而它不研究微觀的分子運動。在研究流體的宏觀運動中，引用了流體質點和連續(xù)介質兩個理論模型。
所謂流體質點，就是流體中宏觀尺寸非常小而微觀尺寸又足夠大的任意一個物理實體，也稱流體微團。宏觀尺寸非常小是指流體質點所占據(jù)的宏觀體積極限為零；微觀尺寸足夠大是指流體質點的微觀體積大于流體分子尺寸的數(shù)量級，即流體質點包含著大量的分子。由于包含大量的分子，所以流體質點就具有了統(tǒng)計平均特性，使得各宏觀物理量具有意義。
……
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