本書是應(yīng)用型本科“十三五”教改規(guī)劃教材!肮こ塘黧w力學(xué)”是高等學(xué)校工程基礎(chǔ)類課程。本書參考了國外工程應(yīng)用型本科教材內(nèi)容,并結(jié)合國內(nèi)應(yīng)用型本科教改要求而編寫,內(nèi)容全面,側(cè)重基礎(chǔ)和工程的實(shí)際應(yīng)用。
著工程學(xué)的發(fā)展,工程流體力學(xué)在能源動力工程、機(jī)械工程、建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程、環(huán)境工程、石油和化學(xué)工程、航空航天工程以及生物工程等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用與發(fā)展。
“工程流體力學(xué)”是高等學(xué)校工程基礎(chǔ)類課程。本書面向高等學(xué)校的學(xué)生和現(xiàn)場的技術(shù)人員盡可能地深入淺出講解相關(guān)內(nèi)容,使讀者在具備基礎(chǔ)高等數(shù)學(xué)和物理學(xué)的知識后,就能閱讀和正確理解本書的內(nèi)容。
在本書的寫作中,特別注重了以下幾個方面:
。1)本書統(tǒng)一使用SI國際單位制。書中的符號進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)定,便于讀者在學(xué)習(xí)中更加容易保持概念的一致性。關(guān)于壓力和壓強(qiáng)的說法,因工程上習(xí)稱為壓力,又由于流體在工程概念上是沒有強(qiáng)度的,所以本書作為工程流體力學(xué),使用的是壓力概念。
。2)流體流動是相當(dāng)復(fù)雜的物理現(xiàn)象,除不得已情況外,均以一元流動理論為主來講解。書中的楷體字部分設(shè)置稍微詳細(xì)的說明,以幫助理解。
。3)利用各種實(shí)驗(yàn)資料和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)解決工程上的一些實(shí)際問題,這種應(yīng)用在第3、5、6、7章很明顯,從而避免了繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo),使其計算結(jié)果很容易得到。
。4)書中通過例題幫助讀者理解重要的概念和定律,在各章末附有測試練習(xí),以提高解決問題的能力。對理論性較強(qiáng)的內(nèi)容,比如平面勢流問題等,通過聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用,加深讀者的理解,提高讀者的學(xué)習(xí)興趣。
。5)本書豐富了繞流的阻力和升力計算、浮體穩(wěn)定性計算、局部阻力計算、明渠計算等內(nèi)容,彌補(bǔ)了目前國內(nèi)教材在該部分出現(xiàn)的短缺,為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)、技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用打下豐厚的基礎(chǔ)。
編著者一直從事流體傳動和工程流體力學(xué)課程教學(xué)與科研工作,具有豐富的教學(xué)和現(xiàn)場工作經(jīng)驗(yàn)。在編寫本書時,參考了國內(nèi)外前輩許多賢人的著作和論文,并得到了專業(yè)同事的支持與幫助。
本書由重慶科技學(xué)院向偉編寫完成,并繪制本書中的所有插圖。
限于水平,本書的不足之處在所難免,敬請讀者批評指正。
編著者向偉
2016.9.29于重慶科技學(xué)院
第1章 流體的性質(zhì) 1
1.1 流體的基本概念 1
1.2 密度、 比容和飽和蒸汽壓力 2
1.3 流體的壓縮性 5
1.4 流體的黏性 6
1.5 液體的表面張力 11
1.6 作用在流體上的力 13
1.7 閱讀材料:工程流體力學(xué)學(xué)習(xí)導(dǎo)論 14
思考題 17
習(xí)題 17
第2章 流體靜力學(xué) 19
2.1 流體靜壓力及其特性 19
2.2 靜止流體平衡方程 21
2.2.1 流體平衡微分方程式的建立 21
2.2.2 等壓面 22
2.2.3 靜力學(xué)基本方程式 22
2.2.4 靜力學(xué)基本方程式的意義 24
2.3 流體靜力學(xué)基本公式及其應(yīng)用 24
2.3.1 流體靜力學(xué)基本公式 25
2.3.2 流體靜壓力的表示方法和計量單位 26
2.3.3 液柱式測壓計 27
2.4 其他質(zhì)量力作用下的流體平衡 29
2.4.1 等加速水平運(yùn)動容器中流體的相對平衡 29
2.4.2 等角速旋轉(zhuǎn)容器中流體的相對平衡 30
2.4.3 工程應(yīng)用 33
2.5 平衡液體對壁面的作用力 35
2.5.1 作用在平面上液體的總壓力 35
2.5.2 作用在曲面上液體的總壓力 40
2.5.3 壓力體 42
2.6 浮力與浮體的穩(wěn)定性 45
2.6.1 浮力 46
2.6.2 浮體的穩(wěn)定性 48
思考題 50
習(xí)題 50
第3章 流體運(yùn)動的基本方程 55
3.1 描述流體運(yùn)動的基本概念 55
3.1.1 描述流體運(yùn)動的方法 55
3.1.2 描述流場的基本概念 56
3.2 連續(xù)性方程 62
3.2.1 一元定常流動的連續(xù)性方程 62
3.2.2 空間流動的連續(xù)性方程 65
3.3 理想流體的運(yùn)動微分方程 66
3.3.1 歐拉運(yùn)動方程 66
3.3.2 理想流體的伯努利方程 69
3.3.3 伯努利方程的意義 70
3.4 總流的伯努利方程及其應(yīng)用 70
3.4.1 總流的伯努利方程 70
3.4.2 伯努利方程的應(yīng)用 74
3.4.3 水力坡度與水頭線 80
3.5 伯努利方程的擴(kuò)展 82
3.5.1 重力、離心力聯(lián)合場的伯努利方程 82
3.5.2 分流量或合流量的伯努利方程 84
3.5.3 過流斷面間有能量的輸入和輸出的伯努利方程 85
3.6 動量和動量矩方程 87
3.6.1 定常流動量方程 88
3.6.2 動量矩方程及應(yīng)用 93
3.7 流體微團(tuán)運(yùn)動分析 95
3.7.1 流體微團(tuán)運(yùn)動分解 95
3.7.2 流體微團(tuán)變形和旋轉(zhuǎn)的特征量 95
3.8 流體的有旋流動 98
3.8.1 強(qiáng)制渦流 99
3.8.2 自由渦流 100
3.8.3 組合渦流 101
3.8.4 放射流和自由渦流的組合 102
3.9 黏性流體的運(yùn)動微分方程 103
3.9.1 納維-斯托克斯方程的建立 103
3.9.2 在簡單邊界條件下納維-斯托克斯方程的精確解 106
3.10 歐拉運(yùn)動方程與平面勢流 109
3.10.1 空間歐拉運(yùn)動方程 109
3.10.2 平面勢流模型 110
3.10.3 平面勢流的應(yīng)用 116
思考題 117
習(xí)題 117
第4章 量綱分析與相似理論 123
4.1 量綱分析 123
4.2 相似理論 127
4.3 模型實(shí)驗(yàn) 131
思考題 132
習(xí)題 132
第5章 黏性流體的管內(nèi)流動 133
5.1 流體流動的兩種流動狀態(tài)