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张鸿雁，张志政，王元 著

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• 流体力学
• 物理学
• 工程
• 流体动力学
• 计算流体力学
• 第二版
• 高等教育
• 理工科
• 机械工程
• 传热学

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030396860

版次：1

商品编码：11438313

包装：平装

开本：16开

出版时间：2014-02-01

用纸：胶版纸

页数：294

内容简介

本书系统地阐明了流体力学的基本概念、基本理论和基本方法，并且涉及流动的各种基本形式，如管流、明渠流、射流及绕物体的流动。全书共13章，前面4章介绍了流体运动的基本概念、流体运动所遵循的方程和主要的求解方法，让初学者对流体运动有所了解。第5章对工程中应用较多的相似理论做了较为详细的阐述。后续章节从一元流动入手，通过对流体运动控制方程的简化，逐步分析了黏性管流（第6章）、边界层与绕流阻力（第7章）、明渠流动（第8章）、堰流及闸孔出流（第9章）、渗流（第10章）、紊流射流（第11章）、一元气体动力学基础（第12章）及流体机械基础（第13章）。每一章均配有适量的例题与习题。
本书是一本工科院校流体力学的教学用书，可适用于建筑环境与设备工程、市政工程、环境工程、环境科学、土木工程及矿物资源工程等专业40~80学时的教学要求，也可作为有关专业科研人员及工程技术人员的参考书。

目录

第1章 绪论
1��1 流体力学及其任务
1��1��1 固体与流体
1��1��2 流体的连续介质假设
1��1��3 流体力学及其任务
1��2 流体的属性
1��2��1 流体的密度和容重
1��2��2 流体的压缩性和膨胀性
1��2��3 流体的黏性
1��2��4 表面张力
1��2��5 汽化压强
1��3 作用在流体上的力
1��3��1 表面力
1��3��2 质量力
1��4 物理量的单位与量纲
习题
第2章 流体运动学基础
2��1 流体运动的研究方法与分类
2��1��1 研究流体运动的方法
2��1��2 流体运动的分类
2��1��3 流线与迹线
2��2 流体微团运动的分解
2��2��1 微团运动的分解
2��2��2 微团运动的分析
2��2��3 有旋运动和无旋运动
2��3 平面无旋运动
2��3��1 势函数
2��3��2 流函数
2��3��3 平面无旋流动
2��4 基本平面势流
2��4��1 均匀直线运动
2��4��2 点源及点汇
2��4��3 点涡
2��5 势流的叠加
2��5��1 源环运动
2��5��2 偶极流
2��5��3 均匀直线流中的偶极流
习题
x流体力学（第二版）
第3章 流体静力学
3��1 流体静压强及其特性
3��2 流体平衡微分方程
3��2��1 流体平衡微分方程
3��2��2 流体平衡微分方程的一般积分
3��2��3 帕斯卡原理
3��2��4 等压面
3��3 重力作用下的流体静压强
3��3��1 流体静力学基本方程
3��3��2 静止液体中的等压面
3��3��3 流体静力学基本方程的意义
3��4 压强的度量与测压仪表
3��4��1 度量压强的两种基准
3��4��2 压强的度量单位
3��4��3 液柱式测压计
3��5 液体的相对平衡
3��5��1 匀加速水平直线运动中液体的平衡
3��5��2 匀角速旋转运动容器中液体的平衡
3��6 静止液体作用于平面壁和曲面壁上的总压力
3��6��1 静止液体作用在平面壁上的总压力
3��6��2 静止液体作用于曲面壁上的总压力
习题
第4章 流体动力学基本方程
4��1 连续性方程
4��2 黏性流体运动微分方程式
4��2��1 流体中任一点的应力
4��2��2 以应力表示的运动微分方程
4��2��3 应力应变率关系
4��2��4 黏性流体运动微分方程
4��3 流动问题的求解
4��3��1 初始条件与边界条件
4��3��2 圆管层流的解析求解
4��3��3 流动的数值求解简介
4��4 欧拉运动微分方程式
4��5 理想流体微分方程的积分
4��6 黏性流体的能量方程
4��6��1 总能方程
4��6��2 内能方程
习题
第5章 相似原理与量纲分析
5��1 相似的基本概念
5��2 方程分析法
5��3 相似准数
5��3��1 �玆e��
5��3��2 �獸r��
5��3��3 �獷u��与�玈t��
5��4 量纲分析法
5��4��1 量纲分析
5��4��2 π定理
5��5 模型律
5��5��1 π定理在确定相似判据中的应用
5��5��2 完全相似和部分相似
习题
第6章 黏性管流
6��1 一元流动模型
6��2 一元流动基本方程
6��2��1 连续性方程
6��2��2 元流伯努利方程
6��2��3 恒定总流伯努利方程
6��2��4 恒定总流动量方程
6��3 流动水头损失
6��3��1 流动阻力与水头损失
6��3��2 黏性流体的两种流态
6��3��3 均匀流方程
6��4 圆管中的流动
6��4��1 圆管中的层流
6��4��2 紊流运动
6��4��3 圆管中的紊流
6��4��4 紊流沿程水头损失
6��4��5 非圆管的沿程水头损失
6��4��6 局部水头损失
6��5 有压管流
6��6 孔口及管嘴出流
6��6��1 薄壁孔口的恒定自由出流
6��6��2 薄壁孔口的恒定淹没出流
6��6��3 管嘴的恒定出流
习题
xii流体力学（第二版）
第7章 边界层与绕流阻力
7��1 边界层概念
7��1��1 边界层的形成与发展
7��1��2 边界层的厚度
7��2 边界层微分方程式
7��3 边界层动量积分方程式
7��4 平板层流边界层
7��5 平板紊流边界层
7��6 曲壁边界层的分离
7��7 绕流物体的作用力
7��7��1 绕流阻力
7��7��2 低雷诺数下微粒的运动
习题
第8章 明渠流动
8��1 明渠概述
8��1��1 棱柱形渠道的横断面
8��1��2 明渠的底坡
8��1��3 明渠水流受力分析
8��2 明渠均匀流
8��2��1 明渠均匀流的特征及形成条件
8��2��2 明渠均匀流的基本公式
8��2��3 明渠水力最优断面和允许流速
8��2��4 复式断面明渠均匀流
8��2��5 非均质渠道的综合粗糙系数
8��3 明渠均匀流的水力计算问题
8��3��1 校核渠道的输水能力
8��3��2 设计渠道底坡
8��3��3 设计渠道断面尺寸
8��4 无压圆管均匀流
8��4��1 无压圆管均匀流的水力计算
8��4��2 无压圆管的水力最优充满度
8��5 明渠非均匀流概述
8��5��1 断面比能
8��5��2 临界水深
8��5��3 临界底坡
8��5��4 明渠水流的三种流态
8��6 水跃和水跌
8��6��1 水跃
8��6��2 水跌
8��7 明渠恒定非均匀渐变流的微分方程
8��8 棱柱形渠道中恒定非均匀渐变流水面曲线的分析
8��8��1 顺坡渠道(�玦>0��)的水面曲线
8��8��2 平坡渠道和逆坡渠道的水面曲线
8��8��3 定性描绘水面曲线
习题
目 录xiii
第9章 堰流与闸孔出流
9��1 堰流
9��1��1 堰流基本公式
9��1��2 薄壁堰流的水力计算
9��1��3 实用堰流的水力计算
9��1��4 宽顶堰流的水力计算
9��2 闸孔出流
9��2��1 底坎为宽顶堰型的闸孔出流
9��2��2 底坎为曲线型实用堰的闸孔出流
习题
第10章 渗流
10��1 渗流基本概念
10��1��1 重力水和岩土的渗透特性
10��1��2 渗流分类
10��1��3 渗流模型
10��2 渗流达西定律
10��3 地下水的渐变渗流分析
10��3��1 地下水均匀流
10��3��2 地下水渐变渗流
10��4 集水廊道和井
10��4��1 集水廊道
10��4��2 完全潜水井
10��4��3 完全自流井
10��4��4 圆柱基坑排水
10��5 井群
10��5��1 完全潜水井群
10��5��2 完全自流井群
10��6 恒定渗流的微分方程
习题
xiv流体力学（第二版）
第11章 紊流射流
11��1 无限空间紊流淹没射流的结构
11��2 圆断面射流的运动分析
11��3 紊流淹没射流的温度分析和浓度分析
11��4 温差射流与浓差射流的轨迹
习题
第12章 一元气体动力学基础
12��1 基本概念
12��1��1 理想气体
12��1��2 微弱扰动的传播
12��1��3 马赫数、马赫锥
12��2 一元恒定气体运动的基本方程
12��2��1 连续性方程
12��2��2 伯努利方程式
12��2��3 能量方程式
12��3 一元气体等熵流动
12��3��1 等熵滞止参数
12��3��2 气流绝热运动的压缩性影响
12��3��3 绝热气流速度与形状的关系
12��4 气体在管道中的运动
12��4��1 圆管中气体的等温流动
12��4��2 圆管中气体的绝热流动
习题
第13章 流体机械基础
13��1 流体机械概述
13��2 离心式流体机械
13��2��1 离心式流体机械的结构
13��2��2 离心式流体机械的性能参数
13��2��3 离心式流体机械的欧拉方程
13��3 流体机械性能曲线
13��3��1 流体机械的性能曲线
13��3��2 无量纲性能曲线
习题
附录
附录Ⅰ 矢量与场论基础
附录Ⅱ 英汉关键词
附录Ⅲ 梯形渠道水力计算图解(1)
附录Ⅳ 梯形渠道水力计算图解(2)
主要参考文献

前言/序言

流体力学（第二版） 内容简介 《流体力学（第二版）》作为一本深入浅出的流体力学教材，全面涵盖了流体力学的基本理论、研究方法及前沿应用。本书旨在为学习者提供一个扎实而系统的流体力学知识体系，无论您是物理、工程、航空航天、海洋科学，还是其他相关领域的学生、研究人员，都能从中受益匪。 第一部分：流体基本概念与性质 本书的开篇，我们将一同走进流体世界的奇妙旅程。首先，我们会详细阐述流体的宏观描述方法，区分连续介质模型与分子模型，理解流体的本质。您将深入了解流体的基本性质，包括密度、比重、压力、温度、比热容、粘性等。特别是粘性，我们将从微观的分子作用和宏观的动量传递两个层面进行剖析，并引入牛顿流体与非牛顿流体这一核心概念，为后续的学习奠定坚实基础。 压力的概念及其分布将是重点。我们将讨论静止流体中的压强随深度的变化规律，理解帕斯卡原理及其在液压系统中的应用。浮力与阿基米德原理也将被详细讲解，并结合丰富的实例，如船只的漂浮、气球的升空等，帮助您直观感受这一重要物理现象。 第二部分：流体静力学 流体静力学是流体力学的基石之一。本部分将系统地研究静止流体的力学行为。我们将从压强的定义出发，推导出流体静力学基本方程，并在此基础上深入探讨各种压力测量仪器的工作原理，如U形管压差计、弹簧压力表等。 曲面上的静压力的计算是流体静力学中的难点与重点。我们将提供详细的推导过程和计算方法，并结合工程实际中的闸门、水坝等结构物受力分析，帮助您掌握求解复杂形状表面压力的技巧。 另外，本部分还将介绍浮体和沉体的稳定性问题。通过对浮体受力分析，我们将理解为何物体能够漂浮，并探讨如何判断其稳定性，这对于船舶设计、浮动平台建造等领域至关重要。 第三部分：流体动力学基础 本部分的重点将转向流体运动的描述。我们将首先引入描述流体运动的两种基本方法：拉格朗日法和欧拉法。您将理解如何通过追踪单个流体质点或观察固定空间的流场来分析流体运动。 流线、迹线和等流线这些重要的几何概念将得到清晰的解释，它们能够直观地展现流体的运动轨迹和速度分布。在此基础上，我们引入流体动力学中最基本也是最重要的定律之一——质量守恒方程，即连续性方程。我们将从不同形式（如微分形式和积分形式）推导其方程，并讲解其在均匀流、非均匀流等不同流动状态下的应用。 第四部分：伯努利方程及其应用 伯努利方程是流体力学中最具代表性的方程之一，它揭示了流体在稳态流动中，其动能、势能和压力之间的相互关系。本部分将详细推导伯努利方程，并深入讨论其适用条件，如无粘性、不可压缩、稳态流动等。 在此基础上，我们将探讨伯努利方程在各种实际问题中的应用。例如，文丘里管的流量测量、皮托管的速度测量、喷雾器的工作原理等。通过对这些经典案例的分析，您将深刻理解伯努利方程的普适性和重要性，并学会如何将其应用于解决工程问题。 第五部分：动量方程与动量矩方程 本部分将引入流体动力学的 otro 主要方程——动量方程。在牛顿第二定律的基础上，我们将推导出动量方程，并理解它如何描述流体动量变化与作用在流体上的力的关系。 动量方程的应用范围非常广泛，我们将重点讲解其在分析射流、尾迹、泵和涡轮等机械中的应用。例如，如何计算喷射流对固定表面的冲击力，如何分析自由射流的动量传递等。 此外，我们还将介绍动量矩方程，它在分析旋转流动、涡流等问题中具有重要作用。通过对这两个动力学方程的学习，您将能更全面地理解流体的受力情况及其运动规律。 第六部分：相似性原理与量纲分析 在流体力学的研究中，直接进行大规模的实验往往成本高昂且困难重重。相似性原理和量纲分析为此提供了一种有效的解决途径。本部分将详细介绍相似性原理，包括几何相似、运动相似和动力相似。 在此基础上，我们将重点学习量纲分析的方法，特别是 Buckingham-π 定理。通过量纲分析，我们可以将复杂的物理问题简化为由无量纲参数构成的方程，从而减少实验变量，指导模型实验设计，并帮助推断实验结果。本书将通过大量的实例，如管道流动、物体绕流等，演示如何运用量纲分析来研究流体问题。 第七部分：粘性流（内流） 在实际流动中，流体的粘性不可忽视。本部分将重点研究粘性流体的流动，特别是在封闭管道中的流动，即内流。我们将从层流和紊流两个方面进行深入探讨。 对于层流，我们将讨论泊肃叶定律，推导其流量和压降的表达式，并分析圆管和平行板层流的特性。 对于湍流，由于其复杂性，我们将首先介绍湍流的统计学特征，如平均速度、脉动速度、湍流强度等。然后，我们将讨论湍流的几种主要理论模型，包括雷诺平均方程、混合长度理论等。我们将学习如何计算管道中的湍流压降，并引入摩擦系数的概念及其与雷诺数的关系。 第八部分：边界层理论 边界层理论是研究粘性流体绕流物体的核心理论。本部分将详细介绍边界层的概念，即流体在固体壁面附近由于粘性作用形成的薄层。我们将讨论边界层的形成、发展和分离。 普朗特边界层方程是本部分的重点，我们将对其进行推导和简化，并介绍求解边界层方程的近似方法，如积分方法。通过对边界层的分析，我们可以理解分离现象的发生，并为减阻设计提供理论依据。 第九部分：外流 外流是指流体在开放空间中的流动，例如物体绕流、流体射流等。本部分将继续深入探讨粘性流对外流的影响。 我们将分析物体绕流引起的阻力和升力。通过对不同形状物体（如圆柱体、翼型）的绕流进行分析，我们将理解阻力系数和升力系数与雷诺数、迎角等参数的关系。 另外，本部分还将讨论流体射流、尾迹以及空化等重要的外流现象。这些现象在航空、船舶、化工等领域有着广泛的应用。 第十部分：压缩性流体流动 前面的大部分内容都基于不可压缩流体的假设。然而，当流体速度接近声速或超过声速时，流体的压缩性将变得非常显著。本部分将转向研究压缩性流体流动。 我们将首先介绍压缩性流体的基本概念，如声速、马赫数等。然后，我们将讨论可压缩流体的质量守恒、动量守恒和能量守恒方程。 我们还将重点研究激波和膨胀波等现象，它们是可压缩流动中的重要特征。例如，超音速飞机产生的音爆，以及火箭发动机喷管中的流动。 第十一部分：多相流 现实世界中的流体流动往往不是单一相的，而是由两种或两种以上相互作用的相组成，如液滴、气泡、固体颗粒等。本部分将介绍多相流体的基本概念和研究方法。 我们将从单相流与多相流的区别入手，介绍不同类型多相流的分类，如气液两相流、气固两相流、液固两相流等。 在研究方法上，我们将介绍一些常用的模型，如欧拉-欧拉模型、欧拉-拉格朗日模型等，并讨论一些典型的多相流现象，如气泡上升、颗粒沉降、两相管道流等。 第十二部分：流体力学的数值方法 随着计算机技术的发展，数值方法已成为流体力学研究的重要工具。本部分将介绍一些流体力学的基本数值方法。 我们将首先介绍有限差分法、有限体积法和有限元法等离散化技术。然后，我们将讨论如何求解Navier-Stokes方程的数值算法，如SIMPLE算法、PISO算法等。 本部分还将简要介绍计算流体力学（CFD）的基本流程，包括网格生成、物理模型选择、求解器设置、后处理分析等。通过学习这些数值方法，您将能够利用计算机模拟流体流动，解决复杂的工程问题。 第十三部分：前沿应用与展望 本书的最后一章将目光投向流体力学的前沿应用领域。我们将探讨流体力学在航空航天工程（如飞机设计、火箭推进）、能源工程（如风力发电、水轮机）、生物医学工程（如血液流动、呼吸道动力学）、环境工程（如污染物扩散、海洋环流）等领域的最新研究进展和应用实例。 同时，我们还将对流体力学未来的发展趋势进行展望，包括湍流模拟的精度提升、多相流数值方法的进步、人工智能在流体力学研究中的应用等。 《流体力学（第二版）》力求理论与实践相结合，通过丰富的例题和习题，帮助读者巩固所学知识，培养解决实际问题的能力。我们希望本书能够成为您流体力学学习旅程中的得力助手，为您在相关领域的研究和发展提供坚实的理论基础和深刻的洞察。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在工程领域摸爬滚打了多年的工程师，我深知流体力学在实际应用中的重要性。无论是航空航天、船舶工程，还是土木建筑、机械设计，甚至能源、环境等领域，都离不开流体行为的理解和预测。《流体力学（第二版）》这本书，在我看来，是一本能够真正帮助工程师解决实际问题的宝典。它不仅仅是理论的堆砌，更注重理论与实践的结合。我特别欣赏书中对各种工程实例的分析，这些分析往往能够将抽象的理论具象化，让我能够更直观地理解流体动力学原理在实际工程中的应用。例如，书中关于翼型绕流的分析，对于我理解飞机升力的产生机制非常有帮助；而关于管道流动的讨论，则直接关系到水利工程和化工生产中的管道设计。我期待书中在数值模拟和计算流体力学（CFD）方面的内容，随着计算能力的提升，CFD已经成为解决复杂流体问题的强大工具，希望能在这本书中找到相关的理论基础和入门指导，以便我能够更好地运用这些工具来优化我的设计和解决遇到的工程难题。

评分☆☆☆☆☆

对于刚开始接触流体力学的高年级本科生来说，找到一本既能覆盖考试要求，又能培养学习兴趣的书籍至关重要。《流体力学（第二版）》恰好满足了我的需求。这本书的结构设计非常合理，先是基础概念的铺垫，然后是各种基本方程的推导和讲解，最后延伸到更复杂的现象和应用。它的语言风格比较严谨，但又不失清晰，很多地方都配有图示，帮助我们更好地理解抽象的物理过程。我特别喜欢书中每个章节末尾的习题，它们难度适中，覆盖了该章节的主要知识点，通过练习，我能够有效地检验自己的学习效果，并且熟悉考试题型。我还注意到，书中在讲解一些关键公式时，会给出其物理意义的解释，而不是简单地展示数学推导，这对于我们理解公式背后的含义非常有帮助。我期待通过这本书，能够全面掌握流体力学的基本原理，并且能够运用这些原理来解决一些典型的工程问题，为我即将到来的专业课程和毕业设计打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我之前对流体力学的学习经历有些坎坷，总觉得它抽象难懂，很多公式和概念像是天书一样。这次抱着试试看的心态入手了《流体力学（第二版）》，没想到带来了惊喜。这本书最打动我的地方在于，它在讲解复杂的理论时，并没有一味地抛出公式，而是尽可能地从直观的物理意义出发，用易于理解的方式进行阐述。比如，书中在介绍粘性流的欧拉方程时，并没有直接推导，而是先用一种类比的方式，让我对流体内部的力和运动关系有了初步的认识。这种由浅入深、由表及里的讲解方式，极大地降低了我的学习门槛。而且，书中还穿插了一些历史发展脉络和科学家的故事，让原本枯燥的理论变得生动有趣，也让我对流体力学这门学科的认识更加全面。我特别期待书中关于层流和湍流的对比分析，以及对流体稳定性问题的探讨，希望能在这本书的引导下，真正克服我对流体力学的畏难情绪，找到学习的乐趣和方法。

评分☆☆☆☆☆

这次入手的是《流体力学（第二版）》，说实话，拿到书的那一刻，心里还是挺激动的。我是一名本科生，之前接触过一些流体力学的基础知识，但总感觉隔靴搔痒，不够系统，很多理论和应用总是在脑子里模糊不清。这次选择这本教材，也是经过多方打听和对比，听说是很多学校的经典教材，而且第二版在内容上进行了更新和补充，理论更加严谨，也融入了一些最新的研究进展。翻开书的第一感觉是，排版非常舒服，字体大小适中，纸张质量也很好，阅读起来不费眼。目录清晰明了，章节划分也很有逻辑性，从最基础的流体静力学到复杂的湍流理论，层层递进，感觉很扎实。我尤其期待书中关于边界层理论、相似性原理和量纲分析的讲解，这部分内容对于理解很多流体现象至关重要。而且，我注意到书中包含了不少例题和习题，这对于我这种需要通过练习来巩固知识的学生来说，简直是福音。希望能通过这本书，真正掌握流体力学的精髓，为后续的学习和研究打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我是一名从事科研工作的博士生，流体力学是我的主要研究方向之一。在科研过程中，严谨的理论基础和前沿的研究方法至关重要。《流体力学（第二版）》这本书，在我看来，是一部能够引领我深入探索流体力学前沿领域的灯塔。它不仅仅是对经典理论的梳理，更在很多方面体现了作者对学科发展的深刻理解和独到见解。我尤其关注书中关于非牛顿流体、多相流以及微尺度流动的最新研究成果，这些都是当前流体力学研究的热点和难点。希望书中能够提供一些关于这些复杂流体现象的数学模型和分析方法，以便我能够将其应用于我的研究项目中。此外，我对书中在方法论上的探讨也充满期待，例如如何构建有效的实验方案、如何设计数值模拟的计算域和边界条件等，这些细节往往是决定科研成败的关键。我相信，通过学习这本书，我能够进一步提升我的理论素养和科研能力，为我未来的学术研究提供坚实的支撑。

评分☆☆☆☆☆

这书有问题，第九章这里少一个标题和内容，我想问问字哪去了啊？？？

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评分☆☆☆☆☆

挺好

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挺好

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