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1绪论1

1.1 流体力学的发展概况、研究对象和研究方法1

1.1.1 流体力学的发展概况1

1.1.2 流体力学的研究任务与对象2

1.1.3 流体力学的研究方法2

1.2 流体质点与连续介质假设3

1.2.1 流体质点的概念3

1.2.2 连续介质假设4

1.3 流体的主要物理性质4

1.3.1 流体的密度、比体积和相对密度4

1.3.2 流体的压缩性和膨胀性5

1.3.3 液体的表面张力7

1.3.4 汽化压强7

1.4 流体的黏性7

1.4.1 牛顿黏性实验8

1.4.2 牛顿内摩擦定律8

1.4.3 黏度的表示9

1.4.4 压力、温度对黏度的影响10

1.4.5 流体的分类10

思考题11

习题11

2流体静力学13

2.1 静止流体的作用力13

2.1.1 质量力13

2.1.2 表面力13

2.1.3 流体静压强的特性14

2.2 流体的平衡微分方程15

2.2.1 欧拉平衡方程15

2.2.2 压强分布函数17

2.2.3 质量力的势函数17

2.2.4 等压面17

2.3 重力场中的静压分布及压强测定18

2.3.1 重力场中的静压强18

2.3.2 静力学基本方程的意义18

2.3.3 静压强分布及压强表示19

2.3.4 静压强的测量21

2.4 流体的相对平衡23

2.4.1 等加速水平运动容器中流体的相对平衡23

2.4.2 等角速旋转容器中液体的相对平衡24

2.5 静止流体对固体壁面的作用力25

2.5.1 平面壁上的作用力25

2.5.2 静止流体作用在曲面上的总压力及压力体27

思考题30

习题31

3流体运动学34

3.1 研究流体运动的两种方法34

3.1.1 拉格朗日法34

3.1.2 欧拉法34

3.2 欧拉法的基本概念35

3.2.1 流场分类35

3.2.2 稳定流动和不稳定流动35

3.2.3 迹线与流线36

3.2.4 流管、流束、总流37

3.2.5 有效断面、流量和断面平均流速37

3.2.6 系统与控制体38

3.3 连续性方程39

3.3.1 三维连续性微分方程39

3.3.2 一元流动（管流）的连续性方程40

3.4 理想流体微团的运动分析41

3.4.1 流体微团的速度分解公式41

3.4.2 流体微团的运动类型42

3.4.3 无旋流动与有旋流动43

3.5 速度势函数与流函数44

3.5.1 速度势函数44

3.5.2 平面流函数46

3.5.3 平面流函数与势函数的关系47

3.6 平面势流和势流的叠加48

3.6.1 基本的平面势流48

3.6.2 平面势流的叠加51

思考题54

习题54

4流体动力学56

4.1 流体运动微分方程及伯努利方程56

4.1.1 理想流体运动微分方程56

4.1.2 理想流体的伯努利方程57

4.1.3 伯努利方程的意义59

4.2 实际流体的伯努利方程59

4.2.1 实际流体微元流束的伯努利方程59

4.2.2 实际流体总流的伯努利方程60

4.2.3 总流伯努利方程的应用条件61

4.3 总流伯努利方程可解决的工程实际问题62

4.3.1 流动方向和能量损失问题62

4.3.2 压力问题64

4.3.3 流速与流量的测定67

4.3.4 有流量分流或汇流的能量方程68

4.4 稳定流的动量定理及应用69

4.4.1 稳定流的动量定理69

4.4.2 流体对弯管的作用力问题70

4.4.3 自由射流的冲击力问题71

4.5 动量矩方程及其应用73

4.5.1 稳定流的动量矩方程73

4.5.2 叶轮机械的欧拉方程73

思考题75

习题75

5流体的阻力与水头损失78

5.1 实际流体的流动微分方程78

5.1.1 实际流体的受力分析78

5.1.2 以应力形式表示的运动微分方程79

5.1.3 广义牛顿内摩擦定律79

5.1.4 不可压缩黏性流体的N-S方程80

5.2 水头损失产生的原因及其分类80

5.3 流体运动的两种状态81

5.3.1 雷诺实验81

5.3.2 流态的判别标准——雷诺数82

5.3.3 非圆管路中的雷诺数83

5.4 圆管中的层流85

5.4.1 层流的起始85

5.4.2 层流内部的受力分析85

5.4.3 层流的速度分布及应力分布86

5.4.4 圆管层流的沿程损失水头87

5.5 圆管中的紊流89

5.5.1 紊流运动的基本特征89

5.5.2 断面上的速度分布91

5.5.3 紊流切应力92

5.5.4 紊流的沿程损失水头92

5.6 管路中的局部损失水头与计算98

5.6.1 局部损失产生的原因98

5.6.2 管径突然扩大的局部损失99

5.6.3 局部损失水头的计算公式99

5.6.4 管路中的总水头损失101

5.7 边界层理论102

5.7.1 边界层的概念103

5.7.2 边界层的基本特征103

5.7.3 边界层的分离与绕流阻力104

思考题105

习题105

6有压管路与孔口、管嘴出流108

6.1 有压管路概述108

6.1.1 有压管路的分类108

6.1.2 有压管路特性109

6.1.3 有压管路恒定流的水力计算问题109

6.2 简单管路的水力计算110

6.2.1 简单短管的水力计算110

6.2.2 简单长管的水力计算111

6.2.3 虹吸管和倒虹吸管的水力计算113

6.2.4 离心泵管路系统的水力计算114

6.3 复杂管路的水力计算115

6.3.1 串联管路的水力计算115

6.3.2 并联管路的水力计算115

6.3.3 管网的水力计算116

6.3.4 连续均匀出流管路的水力计算117

6.4 管路中的水击118

6.4.1 水击波的产生和传播过程118

6.4.2 水击压力的计算120

6.4.3 水击危害的预防121

6.5 孔口出流122

6.5.1 薄壁小孔口的出流122

6.5.2 大孔口的出流124

6.5.3 非恒定水头下的孔口出流125

6.6 管嘴出流126

6.6.1 圆柱形管嘴的出流126

6.6.2 管嘴的真空度127

6.6.3 其他常用管嘴的出流128

思考题129

习题130

7明渠均匀流与堰流133

7.1 明渠流的概念133

7.1.1 明渠的横断面133

7.1.2 渠道的底坡134

7.1.3 渠道的允许流速135

7.2 明渠均匀流的水力特征135

7.2.1 明渠均匀流的水力特征及其形成条件135

7.2.2 明渠均匀流的基本公式136

7.3 梯形断面明渠均匀流的水力计算138

7.3.1 水力最优断面138

7.3.2 梯形断面明渠均匀流的三类基本问题139

7.4 复式断面明渠均匀流的水力计算142

7.5 堰流144

7.5.1 堰流的水力特征144

7.5.2 堰流的分类145

7.5.3 堰流的基本公式146

思考题146

习题147

8气体的一元流动148

8.1 声速与马赫数148

8.1.1 声速148

8.1.2 马赫数150

8.2 气体的一维定常等熵流动151

8.2.1 气体一维定常流动的基本方程151

8.2.2 滞止参数153

8.3 气体一维定常等熵变截面管流155

8.3.1 气流速度与密度的关系155

8.3.2 气流速度与通道截面的关系155

8.3.3 喷管156

思考题159

习题159

9量纲分析与相似理论160

9.1 量纲及量纲分析法160

9.1.1 量纲160

9.1.2 量纲和谐原理162

9.1.3 瑞利法162

9.1.4 π定理163

9.2 相似理论165

9.2.1 流动相似165

9.2.2 相似准则167

9.3 模型实验与近似模型法170

9.3.1 模型实验170

9.3.2 近似模型法171

9.3.3 模型实验的应用173

思考题174

习题175

10计算流体力学基础177

10.1 CFD基础知识177

10.1.1 CFD的概念与作用177

10.1.2 CFD的特点177

10.1.3 CFD仿真的基本步骤178

10.2 常用CFD软件介绍179

10.2.1 PHOENICS179

10.2.2 CFX180

10.2.3 STAR-CD181

10.2.4 FLUENT181

10.3 工程实例分析182

思考题188

习题188

参考文献189