《我所理解的流體力學(xué)(第2版)》是站在學(xué)習(xí)者的角度來寫的,目的是通過該書讓讀者更深入地理解流體力學(xué)的原理,使之成為自己真正掌握并可以運用的知識。和現(xiàn)有教材及相關(guān)圖書相比,該書的一個特色是盡量使用力學(xué)基本概念并以通俗的方式表述,更易于為學(xué)習(xí)者所接受。另一個特色是作者專門繪制了大量既精美又保持了科學(xué)性的插圖,增加了學(xué)習(xí)的趣味性,并有助于對流動的理解。另外,書中還對眾多生活中的流動現(xiàn)象進行了深入的分析,比如:下落中的雨滴是什么形狀的?朝天開槍,落下來的子彈會不會打死人?用橡膠管放水時,捏扁出口為什么會使流速增加?等等。通過閱讀該書,讀者會發(fā)現(xiàn),其實這些都是可以用基本的流體力學(xué)知識解釋的。
盡管不是一本傳統(tǒng)意義上的教材,該書各章節(jié)內(nèi)容仍然基本涵蓋了普通高等院校流體力學(xué)教學(xué)大綱的所有內(nèi)容,適合作為相關(guān)專業(yè)的專科生、本科生教材或教學(xué)輔助資料,也適合研究生和廣大工程技術(shù)人員自學(xué)和參考。
本書在2014年出版后,得到了廣大學(xué)生和技術(shù)人員的認可,印刷了6次共12000冊。經(jīng)過幾年的讀者反饋,結(jié)合作者近幾年教學(xué)中的一些新的體會,對原書進行了一些修訂形成了第2版。本書相較第1版主要增加了一些內(nèi)容,并對全文語言進行了局部改動。現(xiàn)把主要改動列出如下:
。1)在各章后面增加了擴展知識和思考題兩部分內(nèi)容。擴展知識部分在深度和相關(guān)工程應(yīng)用方面進行了一些擴展,讓讀者能對本學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)狀有更深入的認識。每一章給出幾個思考題,有些涉及容易混淆的基本概念,有些嘗試從應(yīng)用方面加深流體力學(xué)理論的理解。
。2)第9章的流動實例分析從21個增加到25個。其中的列車進站和機翼升力原理兩個實例是科普中經(jīng)常舉例的流動現(xiàn)象,屬于身邊的流體力學(xué)知識,但很多科普的解釋存在問題。另兩個實例中的熱機和壓氣機是使用流體為工質(zhì)的流體機械。通常在相關(guān)專業(yè)書籍中講述這類機械時使用專門的理論,本書則嘗試從基本流體力學(xué)原理出發(fā)來理解它們的工作原理。
。3)部分正文增加了一些內(nèi)容,比如第4章能量方程部分增加了焓方程和熵方程,并討論了引起流體總焓變化的因素,以及軸功在具體流動中的表現(xiàn)形式。在第4章最后還增加了一節(jié)介紹流動方程的幾個解析解;
(4)改正了幾處錯誤。比如第3.2節(jié)原來講脈線的部分敘述有錯誤,而脈線在講述流體力學(xué)原理上并不是十分有用,所以這一版刪去了這里的脈線部分,而在該章末尾的擴展知識中對脈線做了一點補充。
(5)對一些圖進行了重新繪制,希望表述更清晰。
。6)對全書進行了重新編輯和排版,希望能更方便讀者閱讀學(xué)習(xí)。
另外,在這一版中,頁腳的翻頁動畫仍然保留,左側(cè)是隨雷諾數(shù)增大時圓柱繞流的流場脈線變化,右側(cè)是隨馬赫數(shù)增大時圓柱繞流的壓力分布變化。
最后,作者要借此機會感謝陳懋章老師在百忙之中為本書精彩作序。
第1章 流體與流體力學(xué)
1.1 流體的概念
1.2 流體的一些性質(zhì)
1.2.1 流體的粘性
1.2.2 液體的表面張力
1.2.3 氣體的狀態(tài)方程
1.2.4 氣體的壓縮性
1.2.5 氣體的導(dǎo)熱性
1.3 連續(xù)介質(zhì)的概念
1.4 流體中的作用力
擴展知識
思考題
第2章 流體靜止時的力
2.1 流體靜止時的受力分析
2.2 重力作用下流體內(nèi)部的壓力分布
2.3 慣性力作用下流體內(nèi)部的壓力分布
2.4 流體與固體對力的傳遞的異同
擴展知識
思考題
第3章 流體運動的描述
3.1 流體力學(xué)中描述運動的方法
3.2 跡線和流線
3.3 流體質(zhì)點的速度、加速度和物質(zhì)導(dǎo)數(shù)
3.4 雷諾輸運定理
3.5 雷諾輸運定理和物質(zhì)導(dǎo)數(shù)之間的關(guān)系
3.6 不可壓縮假設(shè)
3.7 流體微團的運動與變形
3.7.1 流體微團的線變形
3.7.2 流體微團的整體旋轉(zhuǎn)
3.7.3 流體微團的角變形
擴展知識
思考題
第4章 流體動力學(xué)基本方程
4.1 積分方法和微分方法
4.2 連續(xù)方程
4.2.1 積分形式的連續(xù)方程
4.2.2 從積分方程得到微分方程
4.2.3 對微控制體分析得到微分方程
4.3 動量方程
4.3.1 積分形式的動量方程
4.3.2 微分形式的動量方程
4.4 伯努利方程
4.5 角動量方程
4.5.1 積分形式的角動量方程
4.5.2 微分形式的角動量方程
4.6 能量方程
4.6.1 積分形式的能量方程
4.6.2 微分形式的能量方程
4.6.3 焓方程、熵方程、總焓方程和軸功
4.7 方程的求解
4.7.1 定解條件
4.7.2 流動方程的幾個解析解
擴展知識
思考題
第5章 無粘流動和勢流方法
5.1 無粘流動的特點
5.2 無粘旋渦運動
5.2.1 粘性力產(chǎn)生渦量
5.2.2 斜壓流體中渦量的產(chǎn)生
5.2.3 體積力無勢時渦量的產(chǎn)生
5.3 無旋流動和速度勢
5.4 平面勢流簡介
5.4.1 均勻流動
5.4.2 點源和點匯
5.4.3 點渦
5.4.4 偶極子
5.4.5 均勻流繞圓柱流動
5.5 平面勢流的復(fù)勢解法
5.5.1 表達式更加簡潔
5.5.2 可以應(yīng)用保角變換
5.5.3 可以使用鏡像法
5.6 勢流法的工程應(yīng)用及現(xiàn)階段的地位
擴展知識
思考題
第6章 粘性剪切流動
6.1 粘性流體的剪切運動與流態(tài)
6.2 層流邊界層
6.2.1 普朗特層流邊界層方程
6.2.2 邊界層的幾種厚度
6.2.3 求解邊界層問題的積分方法
6.3 湍流邊界層
6.4 管道流動
6.4.1 進口段
6.4.2 完全發(fā)展段
6.5 射流與尾跡
6.5.1 射流
6.5.2 尾跡
6.6 邊界層分離現(xiàn)象
6.7 流動阻力和流動損失
6.7.1 流動阻力
6.7.2 流動損失
擴展知識
思考題
第7章 可壓縮流動基礎(chǔ)
7.1 聲速和馬赫數(shù)
7.1.1 聲速
7.1.2 馬赫數(shù)
7.2 定常絕能等熵流動關(guān)系式
7.2.1 靜參數(shù)與總參數(shù)
7.2.2 臨界狀態(tài)和速度系數(shù)
7.2.3 氣動函數(shù)
7.3 膨脹波、壓縮波和激波
7.3.1 流體中的壓力波
7.3.2 正激波
7.3.3 斜激波
7.4 等熵變截面管流分析
7.4.1 收縮噴管
7.4.2 拉瓦爾噴管
擴展知識
思考題
第8章 流動相似與無量綱數(shù)
8.1 流動相似的概念
8.2 無量綱數(shù)
8.2.1 雷諾數(shù)
8.2.2 馬赫數(shù)
8.2.3 斯特勞哈爾數(shù)
8.2.4 弗勞德數(shù)
8.2.5 歐拉數(shù)
8.2.6 韋伯數(shù)
8.3 控制方程的無量綱化
8.4 流動建模與分析
8.4.1 低速不可壓縮流動
8.4.2 高速可壓縮流動
8.4.3 生活中的例子——水花
擴展知識
思考題
第9章 一些流動現(xiàn)象的分析
9.1 物體在外太空的形狀——流體的特性
9.2 覆杯實驗的原理——與液體的不易壓縮性有關(guān)
9.3 氣塞現(xiàn)象——氣體的易壓縮性
9.4 氣球放氣時的推力——動量定理與力
9.5 水火箭的推力——推力與介質(zhì)無關(guān)
9.6 渦輪噴氣發(fā)動機的推力——作用在什么部件上?
9.7 總壓的意義和測量——總壓不是流體的性質(zhì)
9.8 收縮為何加速?——定常流動是平衡狀態(tài)
9.9 沖力與滯止壓力——動量方程與伯努利方程的關(guān)系
9.10 射流的壓力——壓力主導(dǎo)流動
9.11 水龍頭對流速的控制——管內(nèi)總壓決定射流速度
9.12 捏扁膠管出口增加流速——總壓決定射流速度
9.13 吸氣與吹氣——壓力主導(dǎo)流動
9.14 建筑與風(fēng)——復(fù)雜的三維非定常流動
9.15 科恩達效應(yīng)——粘性作用必不可少
9.16 雨滴的形狀——由表面張力和大氣壓力決定
9.17 賽車中的真空效應(yīng)——主要與來流速度相關(guān)
9.18 質(zhì)量越大射程越遠——尺度效應(yīng)
9.19 河流傾向于走彎路——壓力主導(dǎo)的通道渦
9.20 旋轉(zhuǎn)茶水中的茶葉向中心匯聚——也是通道渦
9.21 河底的鐵牛逆流而上——壓力主導(dǎo)的馬蹄渦
9.22 列車通過引起的壓力變化——不只是伯努利方程
9.23 機翼升力原理——科恩達效應(yīng)是關(guān)鍵
9.24 熱機的原理——利用工質(zhì)的壓縮性
9.25 壓氣機的增壓原理——非定常壓力做功
參考文獻
Tips
泰勒展開的意義
小心表面張力!
看懂張量表示法
流體中的高斯定理
非牛頓流體
氣體被壓縮時溫度為什么會升高?
推動功、流動功和體積功
正壓流體
科氏力
布拉修斯解
關(guān)于雷諾應(yīng)力
進口段與完全發(fā)展段之間存在過渡段
有趣的空氣阻力問題
理想氣體的熵和過程參數(shù)變化
激波管