我所理解的流体力学

　　《我所理解的流体力学》适合作为相关专业的专科生、本科生教材或教学辅助资料，也适合研究生和广大工程技术人员自学和参者。

 

 

　　《我所理解的流体力学》是站在学习者的角度来写的，目的是通过《我所理解的流体力学》让读者更深入地理解流体力学的原理，使之成为自己真正掌握并可以运用的知识。和现有教材及相关图书相比，《我所理解的流体力学》的一个特色是尽量使用力学基本概念并以通俗的方式表述，更易于为学习者所接受。另一个特色是作者专门绘制了大量既精美又保持了科学性的插图，增加了学习的趣味性，并有助于对流动的理解。另外，书中还对众多生活中的流动现象进行了深入的分析，比如：下落中的雨滴是什么形状的？朝天开枪，落下来的子弹会不会打死人？用橡胶管放水时，捏扁出口为什么会使流速增加？等等。通过阅读《我所理解的流体力学》，读者会发现，其实这些都是可以用基本的流体力学知识解释的。尽管不是一本传统意义上的教材，《我所理解的流体力学》的章节和内容仍然基本涵盖了普通高等院校流体力学教学大纲的所有内容。

第1章  流休与流休力学
  1.1  流体的概念
  1.2  流体的一些性质
    1.2.1  流体的粘性
    1.2.2  液体的表面张力
    1.2.3  气体的状态方程
    1.2.4  气体的压缩性
    1.2.5  气体的导热性
  1.3  连续介质的概念
  1.4  流体中的作用力
第2章  流体静止时的力
  2.1  流体静止时的受力分析
  2.2  重力作用下流体内部的压力分布
  2.3  惯性力作用下流体内部的压力分布
  2.4  流体与固体对力的传递的异同
第3章  流休运动的描述
  3.1  流体力学中描述运动的方法
  3.2  迹线、流线和脉线
  3.3  流体质点的速度、加速度和物质导数
  3.4  雷诺输运定理
  3.5  雷诺输运定理和物质导数之间的关系
  3.6  不可压缩假设
  3.7  流体微团的运动与变形
    3.7.1  流体微团的线变形
    3.7.2  流体微团的整体旋转
    3.7.3  流体微团的角变形
第4章  流休动力学基本方程
  4.1  积分方法和微分方法
  4.2  连续方程
    4.2.1  积分形式的连续方程
    4.2.2  从积分方程得到微分方程
    4.2.3  对微控制体分析得到微分方程
  4.3  动量方程
    4.3.1  积分形式的动量方程
    4.3.2  微分形式的动量方程
  4.4  伯努利方程
  4.5  角动量方程
    4.5.1  积分形式的角动量方程
    4.5.2  微分形式的角动量方程
  4.6  能量方程
    4.6.1  积分形式的能量方程
    4.6.2  微分形式的能量方程
  4.7  定解条件
第5章  无粘流动和势流方法
  5.1  无粘流动的特点
  5.2  无粘旋涡运动
    5.2.1  粘性力产生涡量
    5.2.2  斜压流体中涡量的产生
    5.2.3  体积力无势时涡量的产生
  5.3  无旋流动和速度势
  5.4  平面势流简介
    5.4.1  均匀流动
    5.4.2  点源和点汇
    5.4.3  点涡
    5.4.4  偶极子
    5.4.5  均匀流绕圆柱流动
  5.5  平面势流的复势解法
    5.5.1  表达式更加简洁
    5.5.2  可以应用保角变换
    5.5.3  可以使用镜像法
  5.6  势流法的工程应用及现阶段的地位
第6章  粘牲剪切流动
  6.1  粘性流体的剪切运动与流态
  6.2  层流边界层
    6.2.1  普朗特层流边界层方程
    6.2.2  边界层的几种厚度
    6.2.3  求解边界层问题的积分方法
  6.3  湍流边界层
  6.4  管道流动
    6.4.1  进口段
    6.4.2  完全发展段
  6.5  射流与尾迹
    6.5.1  射流
    6.5.2  尾迹
  6.6  边界层分离现象
  6.7  流动阻力和流动损失
    6.7.1  流动阻力
    6.7.2  流动损失
第7章  可压缩流动基础
  7.1  声速和马赫数
    7.1.1  声速
    7.1.2  马赫数
  7.2  定常绝能等熵流动关系式
    7.2.1  静参数与总参数
    7.2.2  临界状态和速度系数
    7.2.3  气动函数
  7.3  膨胀波、压缩波和激波
    7.3.1  流体中的压力波
    7.3.2  正激波
    7.3.3  斜激波
  7.4  等熵变截面管流分析
    7.4.1  收缩喷管
    7.4.2  拉瓦尔喷管
第8章  流动相似与无量纲数
  8.1  流动相似的概念
  8.2  无量纲数
    8.2.1  雷诺数
    8.2.2  马赫数
    8.2.3  斯特劳哈尔数
    8.2.4  弗劳德数
    8.2.5  欧拉数
    8.2.6  韦伯数
  8.3  控制方程的无量纲化
  8.4  流动建模与分析
    8.4.1  低速不可压缩流动
    8.4.2  高速可压缩流动
    8.4.3  生活中的例子一水花
第9章  一些流动现象的分析
  9.1  物体在外太空的形状——流体的特性
  9.2  覆杯实验的原理——与液体的不易压缩性有关
  9.3  气塞现象——气体的易压缩性
  9.4  气球放气时的推力——动量定理与力
  9.5  水火箭的推力——推力与介质无关
  9.6  涡轮喷气发动机的推力——作用在什么部件上?
  9.7  总压的意义和测量——总压不是流体的性质
  9.8  压力随流速变化的理解——基于力或能量
  9.9  冲力与滞止压力——动量方程与伯努利方程的关系
  9.10  射流的压力——压力主导流动
  9.11  水龙头对流速的控制——管内总压决定射流速度
  9.12  捏扁胶管出口增加流速——总压决定射流速度
  9.13  吸气与吹气——压力主导流动
  9.14  建筑与风——复杂的三维非定常流动
  9.15  科恩达效应——粘性作用必不可少
  9.16  雨滴的形状——由表面张力和大气压力决定
  9.17  赛车中的真空效应——主要与来流速度相关
  9.18  质量越大射程越远——尺度效应
  9.19  河流倾向于走弯路——压力主导的通道涡
  9.20  旋转茶水中的茶叶向中心汇聚——也是通道涡
  9.21  河底的铁牛逆流而上——压力主导的马蹄涡
爹考文献

　　可以大概认为，2km以上时飞机内的压力恒定为0.8个大气压，当飞机降落到高度低于2km时，机舱开始逐步与外界压力趋于相同，这会引起很多人在降落时耳朵不适。之所以客舱不增压到一个大气压显然是出于对机体强度的考虑，随着材料和强度设计的进步，新型的客机有望提高在高空飞行时的机舱压力，让人们在进行空中旅行时更舒适。
　　有一种说法，深海与太空一样对人类是神秘莫测的，其中的主要原因就是海水在深处产生的巨大压力使人们到达那里十分困难。如果不考虑往返的旅程，只考虑当地的情况的话，深海甚至比外太空还要危险得多。在外太空，飞船内外的压差也就是一个大气压，在深海，这个压差可以有几百甚至上千个大气压，这对潜水艇的密封和强度都是巨大的挑战。
　　浮力是流体内压力随深度增加的体现，阿基米德总结出了简单好用的定律：浸在流体中的物体受到的浮力的大小等于被该物体排开的流体的重量。这个定律里面的“排开的流体的重量”实际上是由几个变量构成的：重力加速度g，流体的密度p，物体在深度方向的尺度h，物体在水平面上的投影面积A，这几个量的乘积正好就是被排开的流体的重量。根据阿基米德定律，如果物体的体积为零，就不受到浮力。一个无厚度的平板浸入水中时，如果是水平放置，则h=0，其上下表面的压力相同，浮力为零；如果是垂直放置，则A=0，其上下的压力虽然不同，但没有作用面积，浮力还是零。
　　水下平面和曲面的受力问题是工程上应用广泛的一类问题，水坝、水闸、船舶等的设计中都要进行相关的计算，很多问题不但要计算力，还要计算力矩。但无论具体工程问题有多么复杂，流体静力学只有一个关系式，就是欧拉静平衡方程，理解了这个方程的物理意义，就可以举一反三地理解所有流体静力学问题。
　　2.3惯性力作用下流体内部的压力分布
　　当流体做加减速运动时，只要加速度恒定，其内部就不会发生相对运动。这时如果与流体一起运动，则可以把加速度转化为惯性力，因此这一类问题也属于流体静力学问题。这类问题只有两种：即沿直线的恒加速运动和围绕某一中心的恒速转动。

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