流體力學(xué)是船舶與海洋工程專業(yè)的一門核心專業(yè)基礎(chǔ)課,是船舶與海洋結(jié)構(gòu)物流體性能、載荷與響應(yīng)研究和分析的理論基礎(chǔ)。隨著船舶與海洋工程的快速發(fā)展,一方面各種新型結(jié)構(gòu)物不斷提出,另一方面結(jié)構(gòu)物所處的海洋環(huán)境日益復(fù)雜,為保證海洋結(jié)構(gòu)物的營運(yùn)安全,必須首先弄清結(jié)構(gòu)物的流體性能。船舶流體力學(xué)領(lǐng)域所涉及的難點(diǎn)問題和熱點(diǎn)問題不斷涌現(xiàn),使本學(xué)科成了開展前沿理論、技術(shù)創(chuàng)新研究最為活躍的一個領(lǐng)域。這也對船舶與海洋工程專業(yè)學(xué)生的流體力學(xué)工程應(yīng)用及創(chuàng)新能力培養(yǎng)提出了更高的要求。
本書是在綜合分析國內(nèi)有關(guān)高校船舶與海洋工程本科專業(yè)所用流體力學(xué)教材內(nèi)容、特點(diǎn)及存在問題的基礎(chǔ)上,依據(jù)目前該專業(yè)培養(yǎng)方案和課程教學(xué)大綱要求,吸收其他專業(yè)流體力學(xué)教材的成果,結(jié)合教學(xué)團(tuán)隊20多年的教學(xué)體會和教學(xué)成果而編寫成的。其主要特點(diǎn):
①知識體系與基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程密切銜接。根據(jù)教學(xué)大綱和人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求,與先修的《高等數(shù)學(xué)》《理論力學(xué)》《材料力學(xué)》及后修的《船舶原理》等課程在教學(xué)內(nèi)容上做到相互銜接,互不重復(fù);
②課程內(nèi)容與船舶流體力學(xué)實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合。在內(nèi)容上既保留經(jīng)典流體力學(xué)的理論,更突出船舶流體力學(xué)近20年發(fā)展的最新成果,特別增加與船舶水動力學(xué)關(guān)系密切的內(nèi)容,且應(yīng)用例子盡可能取之于船舶與海洋工程中的實(shí)際問題;
③知識體系既注重船舶與海洋工程專業(yè)所需理論知識的獨(dú)特性,又兼顧其他專業(yè)的使用,具有通用性;
④課程內(nèi)容充分體現(xiàn)本課程建設(shè)的成果。在介紹有關(guān)概念、推導(dǎo)有關(guān)公式、例題求解中,盡可能將教學(xué)團(tuán)隊近30年的教學(xué)體會、教學(xué)成果反映其中,以便學(xué)生更易理解概念、掌握習(xí)題求解技巧。
全書共分10章,朱仁慶負(fù)責(zé)第1章緒論、第2章流體靜力學(xué)、第3章流體運(yùn)動學(xué)、第4章理想流體動力學(xué)、第5章流體的渦旋運(yùn)動、第6章勢流理論的編寫及全書統(tǒng)稿;楊松林負(fù)責(zé)第7章水波理論和第10章邊界層理論的編寫;王志東負(fù)責(zé)第8章黏性流體動力學(xué)和第9章量綱分析與相似理論的編寫。另外倪永燕、劉永濤、徐剛、吳梓鑫也提供了一定幫助,最后江蘇科技大學(xué)教務(wù)處組織同行專家對書稿進(jìn)行了審定,專家們提出了許多有益的修改建議,作者在此一并表示衷心感謝!
本書編寫過程中,吸納了同類教材有關(guān)成果,特在此向有關(guān)作者和出版社致謝!
本書出版得到了江蘇省高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程項目、江蘇省高校重點(diǎn)教材建設(shè)項目的資助。
由于作者水平有限,不妥與錯誤之處在所難免,懇請廣大讀者給予批評指正。
編 者2015年4月
第1章 緒論
1.1 流體力學(xué)研究對象
1.2 流體力學(xué)發(fā)展簡史
1.3 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)
1.4 流體的主要物理性質(zhì)
1.5 作用在流體上的力
習(xí)題1
第2章 流體靜力學(xué)
2.1 流體靜力學(xué)基本方程及其應(yīng)用
2.2 靜止流體對物體表面的作用力及力矩
2.3 浮力及其浮體的穩(wěn)定性
習(xí)題2
第3章 流體運(yùn)動學(xué)
3.1 流動圖形觀察
3.2 描述流體運(yùn)動的兩種方法
3.3 跡線與流線
3.4 流動的分類
3.5 連續(xù)方程
3.6 流函數(shù)及其性質(zhì)
3.7 流體微團(tuán)的運(yùn)動分析
3.8 無旋運(yùn)動的勢函數(shù)
習(xí)題3
第4章 理想流體動力學(xué)
4.1 理想流體運(yùn)動方程歐拉運(yùn)動微分方程
4.2 伯努利積分(定常運(yùn)動、沿流線或渦線的積分)
4.3 拉格朗日積分(無旋流場的伯努利積分)
4.4 兩種積分意義及其應(yīng)用
4.5 動量定理、動量矩定理及其應(yīng)用
習(xí)題4
第5章 流體渦旋運(yùn)動基本理論
5.1 渦線 渦面 渦管 渦通量和渦管強(qiáng)度
5.2 速度環(huán)量定理(斯托克斯定理)
5.3 渦旋運(yùn)動基本定理
5.4 理想流體的渦量輸運(yùn)方程
5.5 渦旋誘導(dǎo)的速度場(畢奧-薩伐爾定理)
習(xí)題5
第6章 勢流理論
6.1 不可壓縮勢流問題的基本方程和邊界條件
6.2 復(fù)勢和復(fù)速度
6.3 平面基本流動的復(fù)勢
6.4 平面勢流基本解的疊加
6.5 平面勢流的保角變換法
6.6 鏡像定理
6.7 平面定常繞流物體受力計算
6.8 非定常無旋繞流問題
習(xí)題6
第7章 水波理論
7.1 水波概念
7.2 水波問題的基本方程和定解條件
7.3 水波問題的線性化
7.4 平面駐波
7.5 平面進(jìn)行波
7.6 淺水波
7.7 波群與群速度
7.8 船行波及開爾文波系
7.9 波能的轉(zhuǎn)移及興波阻力
習(xí)題7
第8章 黏性流體動力學(xué)
8.1 應(yīng)力及廣義牛頓內(nèi)摩擦定律
8.2 納維爾-斯托克斯方程
8.3 不可壓縮黏性流動的精確解
8.4 湍流及其運(yùn)動特征
8.5 雷諾湍流方程
8.6 普朗特混合長度理論
8.7 圓管內(nèi)的湍流
8.8 管道流動局部損失
8.9 管路計算
習(xí)題8
第9章 相似理論與量綱分析
9.1 流動相似及相似準(zhǔn)則數(shù)
9.2 量綱分析法
9.3 相似理論的應(yīng)用
習(xí)題9
第10章 邊界層理論
10.1 邊界層概念
10.2 邊界層流動狀態(tài)
10.3 邊界層基本微分方程
10.4 邊界層動量積分方程
10.5 平板層流邊界層
10.6 平板湍流邊界層
10.7 平板混合邊界層
10.8 曲面邊界層
10.9 邊界層分離及引起的阻力
10.10 卡門渦街
10.11 圓柱與圓球繞流阻力
10.12 流動阻力及其減小辦法
習(xí)題10
習(xí)題參考答案
參考文獻(xiàn)