工程流體力學

在《工程流體力學》第一版（過程裝備專業核心課教材）基礎上修訂成稿。內容涉及流體力學基本概念、基本原理、研究方法和工程應用四個方面，全書共12章，包括：流體的力學性質、流體流動的基本概念、流體靜力學、流體流動的守恆原理、不可壓縮流體的一維層流流動、流體流動微分方程、理想不可壓縮流體的平面運動、流體力學實驗研究方法、管內流體流動、流體繞物流動、化工機械中的典型流動分析、流體流動數值模擬。

《工程流體力學（第2版）》吸取傳統工程流體力學與化工傳遞過程教材的特點，將流體力學與過程設備內的流動問題緊密結合，內容編排層次清楚，概念闡述直觀明確，例題豐富分析詳盡；書中選編習題均針對各章主要知識點和基本概念設計，並附有詳盡答案及解題要點提示，以有利於課程教學和課程內容的理解與掌握。

《工程流體力學（第2版）》基本內容定位於工程專業本科，但亦有擴展以兼顧研究生教學需要，在作為“過程裝備與控制工程”專業教材的同時，可供高校化工、輕工、機械、能源及相關專業作為教材或教學參考書選用，對化工機械及相關專業的科研和工程技術人員亦有實際參考價值。 ^[1] 

第1章 流體的力學性質

1.1 流體的連續介質模型

1.1.1 流體質點的概念

1.1.2 流體連續介質模型

1.2 流體的力學特性

1.2.1 流動性

1.2.2 可壓縮性

1.2.3 黏滯性

1.2.4 表面張力特性

1.3 牛頓流體和非牛頓流體

1.3.1 牛頓流體與非牛頓流體

1.3.2 非牛頓流體及其黏度特性

習題

第2章 流體流動的基本概念

2.1 流場及流動分類

2.1.1 流場的概念

2.1.2 流動分類

2.2 描述流體運動的兩種方法

2.2.1 拉格朗日法

2.2.2 歐拉法

2.2.3 兩種方法的關係

2.2.4 質點導數

2.3 跡線和流線

2.3.1 跡線

2.3.2 流線

2.3.3 流管與管流連續性方程

2.4 流體的運動與變形

2.4.1 微元流體線的變形速率

2.4.2 微元流體團的變形速率

2.4.3 渦量與有旋流動

2.4.4 無旋流動——勢流

2.5 流體的流動與阻力

2.5.1 流體流動的推動力

2.5.2 層流與湍流

2.5.3 流場邊界的對流動的影響

2.5.4 流動阻力與阻力系數

習題

第3章 流體靜力學

3.1 作用在流體上的力

3.1.1 質量力

3.1.2 表面力——應力與壓力

3.1.3 靜止流場中的表面力

3.1.4 壓力的表示方法及單位

3.2 流體靜力學基本方程

3.2.1 流體靜力學基本方程

3.2.2 靜止流場基本特性

3.3 重力場中的靜止液體

3.3.1 重力場中靜止流體的壓力分佈

3.3.2 U形管測壓原理

3.3.3 靜止液體中固體壁面的受力

3.3.4 靜止液體中物體的浮力與浮力矩

3.4 非慣性座標系中的靜止液體

3.4.1 非慣性座標系中的質量力

3.4.2 直線勻加速運動中的靜止液體

3.4.3 勻速旋轉容器中的靜止液體

3.4.4 高速回轉圓筒內流體的壓力分佈

習題

第4章 流體流動的守恆原理

4.1 概述

4.1.1 系統與控制體

4.1.2 輸運公式

4.2 質量守恆方程

4.2.1 控制面上的質量流量

4.2.2 控制體質量守恆方程

4.2.3 多組分系統的質量守恆方程

4.3 動量守恆方程

4.3.1 控制體動量守恆方程

4.3.2 動量守恆方程的簡化形式

4.4 動量矩守恆方程

4.4.1 動量矩定律

4.4.2 控制體動量矩守恆方程

4.5 能量守恆方程

4.5.1 運動流體的能量

4.5.2 控制體能量守恆方程

4.5.3 化工流動系統的能量方程

4.5.4 伯努利方程及其應用説明

4.6 守恆方程綜合應用分析

4.6.1 小孔流動問題

4.6.2 管流中的液體汽化問題

4.6.3 駐點壓力與皮托管

4.6.4 管道局部阻力損失分析

習題

第5章 不可壓縮流體的一維層流流動

5.1 概述

5.1.1 建立流動微分方程的基本方法

5.1.2 常見邊界條件

5.1.3 流動條件説明

5.2 狹縫流動分析

5.2.1 狹縫流動的微分方程

5.2.2 狹縫流動的切應力與速度分佈

5.2.3 水平狹縫壓差流的流動阻力

5.3 管內流動分析

5.3.1 圓管內的層流流動

5.3.2 圓形套管內的層流流動

5.4 降膜流動分析

5.4.1 傾斜平板上的降膜流動

5.4.2 豎直圓管外壁的降膜流動

習題

第6章 流體流動微分方程

6.1 連續性方程

6.1.1 直角座標系中的連續性方程

6.1.2 柱座標和球座標系中的連續性方程

6.2 以應力表示的運動方程

6.2.1 作用於微元體上的力

6.2.2 動量流量及動量變化率

6.2.3 以應力表示的運動方程

6.3 黏性流體運動微分方程

6.3.1 牛頓流體的本構方程

6.3.2 流體運動微分方程——Navier-Stokes方程

6.3.3 柱座標和球座標系中的NS方程

6.4 流體流動微分方程的應用

6.4.1 N-S方程應用概述

6.4.2 N-S方程應用舉例

習題

第7章 不可壓縮理想流體的平面運動

7.1 流體微團的運動

7.1.1 流體微團平面運動的分解

7.1.2 有旋流動與無旋流動

7.1.3 線流量與速度環量

7.2 速度勢函數與流函數

7.2.1 速度勢函數、勢流

7.2.2 流函數及其性質

7.2.3 速度勢函數與流函數的關係

7.3 不可壓縮理想流體平面流動的基本方程

7.3.1 連續性方程與運動微分方程

7.3.2 不可壓縮平面勢流的基本方程——拉普拉斯方程

7.3.3 速度勢函數與流函數的全微分方程

7.4 簡單有勢流動及其組合流動

7.4.1 平行直線等速流

7.4.2 角形區域內的流動

7.4.3 點源與點匯

7.4.4 點渦

7.4.5 複合流動

7.4.6 理想流體繞固定圓柱體的流動

7.4.7 理想流體繞轉動圓柱體的流動

習題

思考題

第8章 流體力學的實驗研究方法

8.1 流動相似原理

8.1.1 幾何相似

8.1.2 運動相似

8.1.3 動力相似

8.2 相似準則及其分析方法

8.2.1 微分方程分析法

8.2.2 量綱分析法

8.3 工程模型研究

8.3.1 模型與原型的相似

8.3.2 參數測試及實驗結果整理

8.3.3 模型研究應用舉例

8.4 流場測試技術

8.4.1 速度場的測量

8.4.2 壓力場的測量

習題

思考題

第9章 管內流體流動

9.1 層流與湍流

9.1.1 雷諾實驗

9.1.2 圓管內充分發展的層流流動

9.1.3 湍流及其基本特性

9.1.4 湍流理論簡介

9.2 湍流的半經驗理論

9.2.1 雷諾方程

9.2.2 湍流假説——普朗特混合長度理論

9.2.3 通用速度分佈——壁面律

9.3 圓管內充分發展的湍流流動

9.3.1 光滑管內的湍流速度與切應力

9.3.2 粗糙管內的湍流速度分佈

9.4 圓管內流動的阻力損失

9.4.1 圓管阻力損失與阻力系數定義

9.4.2 光滑圓管的阻力系數

9.4.3 粗糙圓管的阻力系數

9.4.4 局部阻力系數

9.5 圓管進口段流動分析

9.5.1 進口段流動狀態與進口段長度

9.5.2 進口段阻力

9.6 非圓形截面管內的流體流動

9.7 彎曲管道內的流體流動

習題

思考題

第10章 流體繞物流動

10.1 邊界層基本概念

10.1.1 邊界層理論

10.1.2 邊界層的厚度與流態

10.1.3 平壁表面摩擦阻力與摩擦阻力系數

10.2 平壁邊界層流動

10.2.1 普朗特邊界層方程

10.2.2 平壁層流邊界層的精確解

10.2.3 馮·卡門邊界層動量積分方程

10.2.4 平壁層流邊界層的近似解

10.2.5 平壁湍流邊界層的近似解

10.3 邊界層分離及繞流總阻力

10.3.1 邊界層分離現象

10.3.2 繞流總阻力

10.4 繞圓柱體的流動分析

10.4.1 繞圓柱體的流動

10.4.2 圓柱繞流總阻力

10.5 繞球體的流動分析

10.5.1 繞球體的流動

10.5.2 球體繞流總阻力

10.5.3 顆粒的沉降速度

習題

思考題

第11章 化工機械中的典型流動分析

11.1 葉輪機械中的流體流動

11.1.1 葉輪機械工作原理

11.1.2 軸流式葉輪機械中的流體流動

11.1.3 徑流式葉輪機械中的流體流動

11.2 旋流器中的流體流動

11.2.1 概述

11.2.2 旋流器中的流體流動

11.2.3 旋流器中的壓力分佈

11.3 通過濾餅層的流體流動

11.3.1 達西公式及其修正

11.3.2 不可壓縮濾餅和可壓縮濾餅

11.3.3 過濾基本方程的積分

11.3.4 離心過濾

11.4 沉降離心機中的流體流動

11.4.1 轉鼓內的流體流動形式

11.4.2 顆粒的運動

思考題

本章符號説明

第12章 流體流動的數值模擬

12.1 概述

12.1.1 研究流體流動的三種基本方法

12.1.2 數值模擬基本方法與過程

12.2 模型方程的建立

12.2.1 化工設備中的流動分析與簡化

12.2.2 模型方程及其規範化

12.2.3 求解N-S方程的原始變量法和渦量-流函數法

12.2.4 以渦量-流函數表示的模型方程

12.2.5 渦量-流函數模型方程的邊界條件

12.3 流動區域及模型方程的離散

12.3.1 流動區域的離散

12.3.2 基本差分公式

12.3.3 模型方程與邊界條件的離散

12.4 代數方程的求解方法

12.4.1 迭代法基本公式及收斂判別

12.4.2 加速迭代收斂的基本方法和思想

12.5 模型方程計算程序及結果討論

12.5.1 計算程序及過程説明

12.5.2 計算結果討論

思考題

本章符號説明

附錄 A矢量與場論的基本定義和公式

附錄 B流體力學常見物理量量綱、單位換算及特徵數

附錄 C流體的物性參數

附錄 D習題參考答案

參考文獻 ^[1]