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第一章 基本概念1

1.1 连续介质模型1

1.2 流体的主要物理性质2

1.2.1 流体的粘性2

1.2.2 牛顿流体和非牛顿流体3

1.2.3 实际流体与理想流体3

1.2.4 流体的压缩性3

1.3 描述流体运动的两种方法4

1.3.1 拉格朗日法4

1.3.2 欧拉法5

1.3.3 速度的质点导数（随体导数）6

1.4 流线与迹线7

1.5 流体微团的运动分析8

1.5.1 流体微团运动的分解8

1.5.2 流体微团运动的组成分析9

第二章 流体力学控制方程11

2.1 连续性方程11

2.1.1 连续性方程的推导11

2.1.2 特殊情形下的连续性方程13

2.2 运动方程13

2.2.1 应力表示的运动方程13

2.2.2 本构关系式15

2.2.3 纳维-斯托克斯方程16

2.3 能量方程16

2.4 组分质量守恒方程18

第三章 平面势流与机翼原理20

3.1 速度势20

3.1.1 速度势函数？（x,y,z）20

3.1.2 势函数方程21

3.2 流函数22

3.2.1 不可压缩平面运动流体的流函数ψ22

3.2.2 流函数的基本性质22

3.2.3 理想流体的边界条件23

3.2.4 ？与ψ之间的关系23

3.3 几种简单的势流流动24

3.3.1 点涡26

3.3.2 点源＋点汇→偶极子27

3.4 平面势流的叠加流动29

3.4.1 点汇＋点涡→螺旋流29

3.4.2 绕圆柱体无环量的流动30

3.5 绕圆柱体有环量的流动（库塔-儒柯夫斯基公式）33

3.5 机翼原理36

3.5.1 空气的基本性质36

3.5.2 低速翼型38

3.5.3 机翼的升力和阻力43

第四章 气体动力学基础48

4.1 可压缩气流的基本概念48

4.1.1 音速48

4.1.2 马赫数50

4.2 理想气体一维定常流的基本方程53

4.2.1 基本方程53

4.2.2 滞止参数55

4.2.3 气体按不可压缩流体处理的限度56

4.3 喷管的等熵流动57

4.3.1 流动参数随断面积的关系57

4.3.2 通过收缩喷管的最大流量60

4.4 激波62

4.4.1 激波的形成63

4.4.2 正激波的传播速度64

4.4.3 正激波前后气流参数的关系65

4.4.4 激波突跃压缩与等熵压缩的比较66

第五章 水波基础理论68

5.1 小振幅水波68

5.1.1 基本方程和边界条件68

5.1.2 近似处理69

5.1.3 色散关系71

5.1.4 水波的折射72

5.1.5 水波的辐射74

5.1.6 水波的绕射76

5.2 非线性水波77

5.2.1 摄动展开方法77

5.2.2 深水Stokes非线性波78

5.2.3 幂级数方法80

5.2.4 孤立波和椭圆余弦波82

5.3 分层流与内波86

5.3.1 静力稳定性87

5.3.2 内波基本方程的建立88

5.3.3 线性内波的传播91

第六章 旋涡运动与台风94

6.1 旋涡运动的基本特性94

6.1.1 涡线、涡管和涡束94

6.1.2 涡通量与速度环量95

6.1.3 斯托克斯定理95

6.1.4 涡量方程96

6.2 旋涡运动的重要定理97

6.2.1 汤姆逊（Thomson）定理97

6.2.2 亥姆霍兹（Helmholtz）旋涡定理99

6.3 兰金组合涡与台风100

6.3.1 由涡量场确定速度场100

6.3.2 兰金组合涡102

6.4 卡门涡街105

6.5 台风简述106

6.5.1 什么是台风106

6.5.2 台风的结构和天气107

6.5.3 台风发生的特点107

6.5.4 台风的分布108

6.5.5 台风的编号与命名108

6.5.6 台风的路径109

6.5.7 台风的具体成因109

6.5.8 台风的影响110

第七章 计算流体力学初步112

7.1 什么是计算流体力学112

7.2 CFD模拟流程113

7.3 可靠性检验115

7.4 模型方程116

7.4.1 偏微分方程类型116

7.4.2 典型模型方程117

7.5 有限差分理论基础118

7.5.1 差分方程的构造118

7.5.2 差分方程有效性分析120

7.6 有限体积法120

7.6.1 计算区域的离散化120

7.6.2 控制方程的离散化122

7.7 CFD软件介绍129

7.7.1 FLUENT130

7.7.2 CFX130

7.7.3 STAR-CD131

7.7.4 FLOW-3D132

7.7.5 Gerris132

7.7.6 OpenFOAM133

第八章 实验流体力学基础134

8.1 相似理论135

8.1.1 几何相似135

8.1.2 运动相似136

8.1.3 动力相似136

8.2 实验基础设备138

8.2.1 风洞简介138

8.2.2 分层流水槽简介139

8.2.3 其他实验设备143

8.3 实验流体力学中的基本测量技术146

8.3.1 流动显示技术146

8.3.2 流体作用力测量技术149

8.3.3 流速场测量技术152

第九章 湍流160

9.1 湍流概述和湍流的基本方程161

9.1.1 湍流的产生与随机性161

9.1.2 湍流的基本方程162

9.2 湍流的统计理论166

9.2.1 均匀各向同性湍流166

9.2.2 湍流理论中的三种统计方法167

9.2.3 湍流脉动的谱及其特征尺度169

9.2.4 湍谱分析的基本思想与湍流统计理论最根本的困难171

9.3 湍流的模式理论172

9.3.1 涡粘模型172

9.3.2 雷诺应力模型176

9.3.3 湍流模式的综合评述177

9.4 湍流的数值模拟178

9.4.1 湍流的直接数值模拟178

9.4.2 湍流的大涡模拟180

9.5 湍流三种数值模拟的对比184

9.5.1 湍流的三种数值模拟的区别184

9.5.2 湍流的三种数值模拟的特点185

第十章 混沌与分形187

10.1 混沌的发现187

10.2 混沌的产生及特征189

10.2.1 Logistic方程（虫口模型）189

10.2.2 费根鲍姆的普适常数191

10.2.3 奇怪吸引子——Lorenz方程191

10.2.4 混沌的特征192

10.3 分形几何193

参考文献195