本書(shū)詳細(xì)闡述了流體動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)理論及其應(yīng)用,圍繞實(shí)際流動(dòng)講述流體力學(xué)基礎(chǔ)、工程常見(jiàn)問(wèn)題及處理方法,使讀者掌握解決經(jīng)常遇到的流體力學(xué)問(wèn)題的能力。內(nèi)容主要包括:緒論,流體靜力學(xué),流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ),流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ),量綱分析與相似理論,流動(dòng)阻力與其能量損失,孔口和管嘴出流與有壓管流,明渠流動(dòng)、堰流,滲流,可壓縮流體在管中的流動(dòng)。各章均有一定數(shù)量的例題以及結(jié)合教材內(nèi)容的習(xí)題,有助于讀者的理解及自主學(xué)習(xí)。
適讀人群 :土木類專業(yè)以及建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程、熱能與動(dòng)力工程、水利水電工程、給排水科學(xué)與工程、環(huán)境工程、機(jī)械工程、工程力學(xué)、水文與水資源工程、給水排水工程、市政工程等多個(gè)專業(yè)師生,相關(guān)工程技術(shù)人員
《工程流體力學(xué)》內(nèi)容豐富,注重基礎(chǔ),難易適中,是學(xué)習(xí)工程流體力學(xué)課程的實(shí)用教材。
流體力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)重要分支,是研究流體的力學(xué)運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科。它主要研究在各種力的作用下,流體本身的靜止?fàn)顟B(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài),以及流體和固體壁面、流體和流體間、流體與其他運(yùn)動(dòng)物體之間的相互作用和流動(dòng)的規(guī)律。隨著生產(chǎn)的需要與科學(xué)的發(fā)展,流體力學(xué)的研究對(duì)象在不斷地更新,研究?jī)?nèi)容在不斷地深化,研究范圍也在不斷地?cái)U(kuò)大。它的基本任務(wù)是建立描述流體運(yùn)動(dòng)的基本方程,確定流體經(jīng)各種通道及繞流過(guò)各種不同物體時(shí)速度、壓強(qiáng)的分布規(guī)律,探索能量轉(zhuǎn)換及各種損失的計(jì)算方法,并解決流體與限制其流動(dòng)的固體壁面之間的相互作用問(wèn)題。
20世紀(jì)50年代以來(lái),流體力學(xué)主要圍繞航空、航天、大氣、海洋、航運(yùn)、水利和各種管路系統(tǒng)等方面,研究流體運(yùn)動(dòng)中的動(dòng)量傳遞。50年代以后,能源、環(huán)境保護(hù)、化工、油氣開(kāi)采、采礦和土木建筑等領(lǐng)域中的流體力學(xué)問(wèn)題逐漸受到重視。近年來(lái),流體的對(duì)流傳熱、傳質(zhì)問(wèn)題研究受到高度重視,并取得了巨大進(jìn)展。
流體力學(xué)按其研究?jī)?nèi)容側(cè)重方面的不同,主要分為經(jīng)典流體力學(xué)(包括理論流體力學(xué)、實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)、計(jì)算流體力學(xué)和應(yīng)用流體力學(xué)等)和工程流體力學(xué)。理論流體力學(xué)主要研究流體力學(xué)中的理論知識(shí),研究流體力學(xué)中的力學(xué)模型,研究如何用數(shù)學(xué)方法求出問(wèn)題的定量解,對(duì)實(shí)際存在的流動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行系統(tǒng)觀測(cè),以便分析流動(dòng)規(guī)律,預(yù)測(cè)流動(dòng)現(xiàn)象的演變,如氣象、水文、潮汐研究等。實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)主要是用實(shí)驗(yàn)方法研究自然界或各類工程領(lǐng)域中的流體流動(dòng)現(xiàn)象和規(guī)律,以及流體與固體之間的相互作用。工程流體力學(xué)(應(yīng)用流體力學(xué))側(cè)重于研究流體力學(xué)在生產(chǎn)生活上的實(shí)際應(yīng)用,它不追求數(shù)學(xué)上的嚴(yán)密性,而是趨向于解決工程中出現(xiàn)的實(shí)際問(wèn)題。
工程流體力學(xué)是土建類專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。該門課程理論性強(qiáng),相關(guān)理論知識(shí)邏輯嚴(yán)密,使得學(xué)生學(xué)習(xí)本課程有一定的難度,因而我們?cè)诰帉懕緯?shū)的過(guò)程中,強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識(shí),注意遵循由淺入深、循序漸進(jìn)的原則,力求結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、重點(diǎn)突出、簡(jiǎn)明易學(xué)。書(shū)中編入了一定數(shù)量的例題和習(xí)題,供讀者學(xué)習(xí)選用,以便鞏固對(duì)基本內(nèi)容的理解,加強(qiáng)基本方法的訓(xùn)練。在優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容的同時(shí),加強(qiáng)對(duì)學(xué)生能力,如力學(xué)和數(shù)學(xué)建模能力、數(shù)學(xué)模型的分析能力、邏輯思維能力等的培養(yǎng)。在具體寫法方面,力求概念清晰、論證嚴(yán)謹(jǐn)、敘述簡(jiǎn)要。
本書(shū)由河南工業(yè)大學(xué)劉起霞、西華大學(xué)楊小林主編,具體編寫分工如下:前言、第2章由河南工業(yè)大學(xué)劉起霞編寫,第1章和第4章由河南工業(yè)大學(xué)陳雁編寫,第3章由河南工業(yè)大學(xué)陳淼編寫,第5章由鄭州市軌道交通有限公司呂高樂(lè)編寫,第6章由河南工業(yè)大學(xué)馮永編寫,第7章由黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司杜建偉編寫,第8章和第10章由西華大學(xué)楊小林編寫,第9章和附錄由河南工業(yè)大學(xué)王瑞編寫。全書(shū)由劉起霞統(tǒng)稿審閱,由太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院賈月梅教授主審。在本書(shū)編寫過(guò)程中,得到河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院和西華大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院的大力支持和鼓勵(lì),特別是許多有經(jīng)驗(yàn)的老教師為本書(shū)的編寫提出了許多寶貴意見(jiàn),在此謹(jǐn)表示衷心感謝。
為了配合本教材使用,我們開(kāi)設(shè)了流體力學(xué)網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)平臺(tái)(網(wǎng)址為http://jpkc.haut.edu.cn/jpkc/Index/Catlog718.aspx),廣大讀者可以通過(guò)該平臺(tái)瀏覽電子講義和作業(yè)解答,開(kāi)展網(wǎng)上討論,提交反饋意見(jiàn)。在編寫過(guò)程中,參考了一些其他院校編寫的優(yōu)秀教材,在此一并表示感謝。
對(duì)于書(shū)中可能存在的缺點(diǎn)和不足之處,誠(chéng)望讀者批評(píng)指正。
編者
2015年11月
劉起霞,河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院副教授
第1章 緒論(1)
1.1 工程流體力學(xué)的研究對(duì)象、任務(wù)及研究方法(1)
1.2 流體的主要物理性質(zhì)(5)
1.3 作用在流體上的力(17)
1.4 流體的力學(xué)模型(20)
思考題(22)
習(xí)題(22)
第2章 流體靜力學(xué)(27)
2.1 流體靜水壓強(qiáng)及其特性(27)
2.2 流體平衡微分方程(29)
2.3 重力場(chǎng)中流體靜水壓強(qiáng)的分布規(guī)律(32)
2.4 壓強(qiáng)的表示方法和量度單位(38)
2.5 測(cè)壓計(jì)(41)
2.6 作用于平面壁上的靜水總壓力(49)
2.7 作用于曲面上的靜水總壓力(54)
2.8 流體的相對(duì)平衡(61)
思考題(64)
習(xí)題(65)
第3章 流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)(71)
3.1 描述流體運(yùn)動(dòng)的方法(71)
3.2 歐拉法的基本概念(72)
3.3 恒定總流連續(xù)性方程(81)
3.4 元流能量方程(83)
3.5 恒定總流能量方程(90)
3.6 恒定總流能量方程的應(yīng)用(92)
3.7 恒定氣流伯努利方程(101)
3.8 恒定總流動(dòng)量方程(106)
思考題(109)
習(xí)題(109)
第4章 量綱分析與相似理論(114)
4.1 量綱分析的概念和原理(114)
4.2 量綱分析法(116)
4.3 流動(dòng)相似原理(120)
4.4 模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(126)
思考題(130)
習(xí)題(131)
第5章 流動(dòng)阻力與其能量損失(133)
5.1 流動(dòng)阻力與能量損失的分類(133)
5.2 層流與紊流、雷諾數(shù)(135)
5.3 均勻流基本方程及沿程水頭損失通用公式(139)
5.4 圓管中的層流流動(dòng)(142)
5.5 紊流流動(dòng)(145)
5.6 紊流的沿程損失(153)
5.7 流動(dòng)的局部水頭損失(164)
5.8 減小阻力的措施(171)
思考題(172)
習(xí)題(172)
第6章 孔口、管嘴出流和有壓管流(175)
6.1 孔口及管嘴的恒定出流(175)
6.2 孔口及管嘴的非恒定出流(183)
6.3 短管的水力計(jì)算(184)
6.4 長(zhǎng)管的水力計(jì)算(194)
6.5 管網(wǎng)水力計(jì)算基礎(chǔ)(205)
6.6 水擊(210)
6.7 離心泵及其水力計(jì)算(215)
思考題(222)
習(xí)題(222)
第7章 明渠流(226)
7.1 明渠的分類(226)
7.2 明渠均勻流(228)
7.3 明渠恒定非均勻流的若干基本概念(243)
7.4 水躍和跌水(253)
7.5* 明渠恒定非均勻漸變流的基本微分方程(257)
7.6 明渠恒定非均勻漸變流的水面曲線分析(258)
7.7* 棱柱形渠道中恒定非均勻漸變流水面曲線的計(jì)算(265)
思考題(267)
習(xí)題(267)
第8章 堰流(269)
8.1 堰流的定義及分類(269)
8.2 堰流基本公式(271)
8.3 薄壁堰(273)
8.4 實(shí)用堰(275)
8.5 寬頂堰(281)
8.6* 小橋孔徑水力計(jì)算(285)
8.7 消力池水力計(jì)算(289)
思考題(297)
習(xí)題(297)
第9章 滲流(300)
9.1 滲流基本定律(300)
9.2 地下水的均勻滲流與非均勻滲流(311)
9.3 集水廊道和井(319)
9.4 井群(324)
9.5 流網(wǎng)及其在滲流計(jì)算中的應(yīng)用(325)
思考題(330)
習(xí)題(330)
第10章 氣體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)(333)
10.1 聲速與馬赫數(shù)(333)
10.2 氣體一維恒定流的基本方程(337)
10.3 氣體一維恒定流的參考狀態(tài)(340)
10.4 氣流參數(shù)與通道斷面面積的關(guān)系(342)
10.5 噴管(344)
10.6 擴(kuò)壓管(349)
10.7 等斷面有摩擦的絕熱管流(350)
思考題(355)
習(xí)題(355)
附錄A 矢量及其運(yùn)算(357)
A.1 矢量概念(357)
A.2 矢量計(jì)算(357)
A.3 矢量微分算符及其運(yùn)算(359)
附錄B 流體力學(xué)中常見(jiàn)的物理量(361)
附錄C 流體的黏度(362)
附錄D 誤差函數(shù)(363)
附錄E 氣體動(dòng)力函數(shù)(365)
附錄F 部分習(xí)題參考答案(367)
參考文獻(xiàn)(376)