工程流體力學

《21世紀能源與動力系列教材?工程流體力學》流體運動學中流場、流線、速度分佈、有旋與無旋流動、流函數、勢函數和流網；流體動力學中不可壓縮流體與可壓縮流體的質量、能量和動量守恆定律，以及這些定律在管道內部和物體外部流動中的實際應用。

《21世紀能源與動力系列教材?工程流體力學》可以作為能源動力工程、建築環境與設備工程、環境工程、機械工程、石油和化學工程、航空航天工程以及生物工程等專業的學生學習的教材，還可以作為從事與流體流動相關的研究和應用的工程技術人員的參考資料。 ^[1] 

主要符號表

0 引言

0.1 流體力學的應用

0.2 流體力學的內容及發展

0.3 工程流體力學的學習

1 流體性質

1.1 流體的定義

1.2 密度與可壓縮性

1.3 理想氣體及狀態方程

1.4 粘性

1.5 表面張力

1.6 液體的蒸汽壓力

本章小結

習題

2 流體靜力學

2.1 作用在流體上的力

2.1.1 質量力

2.1.2 表面力

2.2 流體靜壓力及其特性

2.2.1 流體靜壓力

2.2.2 流體靜壓力的特性

2.3 流體的平衡微分方程

2.3.1 流體的平衡微分方程

2.3.2 力的勢函數和有勢力

2.3.3 等壓面

2.4 重力場中流體的平衡

2.4.1 靜力學基本方程式

2.4.2 靜力學基本方程式的物理意義與幾何意義

2.4.3 絕對壓力相對壓力真空

2.5 非慣性座標系中液體平衡

2.5.1 等加速直線運動容器內液體的相對平衡

2.5.2 等角速度旋轉容器中液體的相對平衡

2.6 液柱式測壓計

2.6.1 測壓管

2.6.2 U形管測壓計

2.6.3 U形管差壓計

2.6.4 傾斜微壓計

2.7 靜止液體作用在平面上的總壓力

2.7.1 總壓力的大小

2.7.2 總壓力的作用點

2.8 靜止液體作用在曲面上的總壓力

2.8.1 總壓力的大小和方向

2.8.2 總壓力的作用點

2.8.3 壓力體

2.9 浮力原理

本章小結

習 題

3 流體動力學基礎

3.1 流場及其描述方法

3.2 流動的分類

3.2.1 按流體性質分類

3.2.2 按與時間的關係分類

3.2.3 按與空間的關係分類

3.2.4 按運動狀態分類

3.3 流體流動的基本術語和概念

3.3.1 跡線

3.3.2 流線

3.3.3 流管、流束和總流

3.3.4 過流斷面及水力要素

3.3.5 流量和平均流速

3.3.6 穩定流動的類型

3.4 系統與控制體

3.4.1 系統與控制體的概念

3.4.2 系統內的某種物理量對時間的全導數公式

3.5 一維流動的連續性方程

3.6 理想流體一維穩定流動伯努裏能量方程

3.6.1 歐拉方程

3.6.2 伯努裏方程

3.6.3 理想流體一維穩定流動能量方程的物理意義和幾何意義

3.6.4 理想流體相對運動的伯努裏方程

3.7 沿流線主法線方向的壓力和速度變化

3.8 粘性流體總流的伯努裏方程

3.8.1 粘性流體微元流束的伯努裏方程

3.8.2 粘性流體總流的伯努裏方程

3.8.3 恆定氣體流動的伯努裏方程

3.9 伯努裏方程的應用

3.10 動量方程與動量矩方程

3.10.1 動量方程

3.10.2 動量矩方程

本章小結

習題

4 量綱分析與相似原理

4.1 單位和量綱

4.2 相似性原理

4.2.1 幾何相似

4.2.2 運動相似

4.2.3 動力相似

4.3 相似準則數

4.3.1 歐拉（Eu）數

4.3.2 弗汝德（Fr）數

4.3.3 雷諾（Re）數

4.3.4 馬赫（Ma）數

4.3.5 韋伯（We）數

4.4 近似模型試驗

4.5 量綱分析

4.5.1 瑞利法

4.5.2 π定理

本章小結

習題

5 管內不可壓縮流體流動

5.1 管內層流流動及粘性摩擦損失

5.1.1 層流與湍流流動

5.1.2 等截面管道內沿程能量損失

5.1.3 圓管道內切應力分佈

5.1.4 圓管道內層流流動及粘性摩擦損失

5.1.5 層流流動入口段長度

5.2 湍流流動及沿程摩擦阻力計算

5.2.1 湍流旋渦粘度與混合長度理論

5.2.2 湍流流動中的粘性底層

5.2.3 湍流流動中的速度分佈

5.2.4 沿程摩擦阻力系數計算

5.2.5 摩擦係數曲線圖（莫迪Moody圖）

5.3 簡單管道內流動計算

5.4 局部阻力損失

5.4.1 管道進口損失

5.4.2 突然擴大損失

5.4.3 漸擴管損失

5.4.4 管道出口損失

5.4.5 漸縮管損失

5.4.6 彎管損失

5.4.7 其他局部阻力構件損失

5.5 管路流動計算

5.5.1 簡單管路流動阻力計算

5.5.2 管道中有泵、風機和水輪機時的管路計算

5.6 管路及管網阻力計算

5.6.1 串聯管路

5.6.2 並聯管路

5.6.3 分叉管路系統

5.6.4 管網計算

5.7 管路中的水錘現象

本章小結

習題

6 繞流流動與邊界層

6.1 繞流流動阻力與邊界層

6.1.1 繞流流動阻力

6.1.2 邊界層

6.2 平板邊界層的摩擦阻力

6.2.1 平板邊界層動量方程

6.2.2 平板層流邊界層的摩擦阻力

6.2.3 平板湍流邊界層的摩擦阻力

6.2.4 平板邊界層具有過渡區時的摩擦阻力

6.3 曲面物體繞流阻力

6.3.1 邊界層分離和壓差阻力

6.3.2 流體繞流曲面物體的阻力

6.3.3 流體繞流長柱體的阻力

6.4 升力

6.5 氣體射流

6.5.1 射流結構與特徵

6.5.2 圓斷面射流參數計算

6.6 納維爾—斯托克斯方程（N—S方程）及其求解

6.6.1 粘性應力分析

6.6.2 粘性力

6.6.3 N—S方程

6.6.4 N—s方程的求解

本章小結

習題

7 理想流體流動

7.1 連續性方程

7.2 非旋轉流動

7.3 速度環量與旋渦量

7.4 流函數

7.5 基本流動的流場與流場疊加

7.5.1 均勻直線流動

7.5.2 源流或匯流

7.5.3 流場疊加

7.6 速度勢

7.7 流網

本章小結

習題

8 流體測量

8.1 流體物性測量

8.2 靜壓測量

8.3 用畢託（Pitot）管測量流速

8.4 測量速度的其他方法

8.4.1 水流計和風速儀

8.4.2 熱線風速儀

8.4.3 漂浮測量

8.4.4 照相和光學測量

8.4.5 激光技術

8.4.6 其他測速儀器與方法

8.5 流量測量

8.6 孔口、噴嘴和管嘴出流

8.6.1 出流的定義

8.6.2 出流係數

8.6.3 自由出流的水頭損失

8.6.4 淹沒出流的水頭損失

8.7 文丘裏（Venturi）流量計

8.8 噴嘴流動

8.9 孔板流量計

8.10 可壓縮流體的流量測量

8.11 測量流量的其他方法

本章小結

習題

9 可壓縮流體的流動

9.1 音速馬赫數

9.1.1 音速

9.1.2 馬赫數（Ma數）

9.1.3 微弱擾動在氣體中的傳播

9.2 氣體一維定常等熵流動

9.2.1 基本方程

9.2.3 三種特定狀態

9.2.4 速度係數

9.3 噴管中的等熵流動

9.3.1 氣流參數與通道截面的關係

9.3.2 噴管

9.4 有摩擦的絕熱管流

9.4.1 有摩擦管流流動分析

9.4.2 有摩擦管流中氣流參數的計算

9.5 在等截面管中有摩擦的等温流動

9.6 超音速氣流的繞流與激波

9.6.1 激波的產生及分類

9.6.2 正激波的形成及傳播速度

9.6.3 膨脹波

9.6.4 斜激波

9.7 激波前後氣流參數的關係

9.7.1 正激波前後氣流參數的關係

9.7.2 斜激波前後氣流參數的關係

9.7.3 波阻的概念

9.8 變截面管流變工況流動分析

9.8.1 收縮噴管變工況流動分析

9.8.2 噴管出口處的流速、流量及面積比

9.8.3 縮放噴管變工況流動分析

本章小結

習題

習題答案

參考文獻