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1 绪论1

1.1 流体力学的研究对象、发展概况和研究方法1

1.1.1 流体力学的研究对象1

1.1.2 流体力学的发展概况2

1.1.3 流体力学的研究方法3

1.2 流体质点与连续介质的概念3

1.2.1 流体质点的概念3

1.2.2 连续介质的概念4

1.3 流体的主要物理性质4

1.3.1 流体的密度与重度（density＆specific weight）4

1.3.2 黏性（viscosity）6

1.3.3 压缩性和膨胀性（compressibility＆distensibility）11

1.3.4 表面张力（surface tension）14

流体力学实验发现116

习题117

2 流体静力学19

2.1 静止流体上的作用力19

2.1.1 质量力19

2.1.2 表面力19

2.2 流体的平衡微分方程及其积分21

2.2.1 欧拉平衡微分方程21

2.2.2 平衡微分方程的积分22

2.2.3 等压面23

2.3 流体静力学基本方程23

2.3.1 静止液体中的压强分布规律24

2.3.2 静止液体中的压强计算和等压面24

2.3.3 绝对压强、相对压强、真空度25

2.3.4 流体静力学基本方程的几何意义与能量意义26

2.4 流体静压强的测量26

2.4.1 静压强的单位26

2.4.2 静压强的测量27

2.5 静止流体对平面壁的作用力31

2.5.1 平面壁上的总压力31

2.5.2 总压力的作用点32

2.6 静止流体对曲面壁的作用力35

2.6.1 总压力的大小、方向、作用点35

2.6.2 浮力36

流体力学实验发现237

习题238

3 流体动力学基础44

3.1 研究流体运动的两种方法44

3.1.1 拉格朗日法44

3.1.2 欧拉法45

3.1.3 质点导数46

3.2 研究流体运动时的一些基本概念47

3.2.1 迹线和流线47

3.2.2 定常流动和非定常流动48

3.2.3 流面、流管、流束与总流49

3.2.4 过流断面、流速、流量49

3.3 流体运动的连续性方程50

3.3.1 直角坐标系中的连续性方程50

3.3.2 微元流束与总流的连续性方程52

3.4 无黏性流体的运动微分方程53

3.5 无黏性流体运动微分方程的伯努利积分55

3.6 黏性流体的运动微分方程及伯努利方程57

3.6.1 黏性流体的运动微分方程57

3.6.2 黏性流体运动的伯努利方程57

3.6.3 伯努利方程的能量意义和几何意义59

3.7 黏性流体总流的伯努利方程61

3.7.1 急变流和缓变流61

3.7.2 动量校正系数和动能校正系数61

3.7.3 总流的伯努利方程62

3.7.4 其他几种形式的伯努利方程64

3.7.5 伯努利方程的应用举例65

3.8 测量流速和流量的仪器66

3.8.1 毕托管66

3.8.2 文丘里流量计67

3.9 定常流动总流的动量方程及其应用68

3.9.1 定常流动总流的动量方程69

3.9.2 动量方程的应用70

流体力学实验发现373

习题374

4 黏性流体运动及其阻力计算80

4.1 流体运动与流动阻力的两种形式80

4.1.1 流动阻力的影响因素80

4.1.2 流体运动与流动阻力的两种形式80

4.2 流体运动的两种状态——层流与紊流81

4.2.1 雷诺实验81

4.2.2 流动状态的判别标准——雷诺数82

4.2.3 不同流动状态的水头损失规律83

4.3 圆管中的层流85

4.3.1 分析层流运动的两种方法85

4.3.2 圆管层流的速度分布和切应力分布86

4.3.3 圆管层流的流量和平均速度87

4.3.4 圆管层流的沿程损失88

4.3.5 层流起始段88

4.4 圆管中的紊流89

4.4.1 运动要素的脉动与时均化89

4.4.2 混合长度理论91

4.4.3 圆管紊流的速度分布92

4.4.4 圆管紊流的水头损失94

4.5 圆管流动沿程阻力系数的确定95

4.5.1 尼古拉兹实验95

4.5.2 莫迪图97

4.6 非圆形截面管道的沿程阻力计算99

4.6.1 利用原有公式进行计算99

4.6.2 用蔡西（Chezy）公式进行计算100

4.7 边界层理论基础100

4.7.1 边界层的概念100

4.7.2 平板边界层的厚度101

4.7.3 边界层分离102

4.8 管路中的局部损失103

4.8.1 管径突然扩大的局部损失103

4.8.2 其他类型的局部损失104

4.8.3 水头损失的叠加原则107

流体力学实验发现4 雷诺数109

习题4110

5 有压管流与孔口、管嘴出流114

5.1 简单管路的水力计算114

5.1.1 短管的水力计算114

5.1.2 长管的水力计算115

5.2 管网的水力计算基础118

5.2.1 串联管路118

5.2.2 并联管路119

5.2.3 连续均匀出流管路120

5.2.4 管网的类型及水力计算120

5.3 孔口出流123

5.3.1 薄壁小孔口定常出流123

5.3.2 大孔口定常自由出流125

5.3.3 孔口非定常出流125

5.4 管嘴出流126

5.4.1 圆柱形外管嘴定常出流127

5.4.2 管嘴的真空度与使用条件127

5.4.3 其他形状的管嘴出流129

流体力学实验发现5130

习题5131

6 明渠均匀流与堰流135

6.1 明渠流的概念135

6.2 明渠定常均匀流的水力计算136

6.2.1 基本计算公式136

6.2.2 计算平均流速的经验公式137

6.2.3 流速分布规律141

6.3 明渠的水力最佳断面143

6.3.1 水力最佳断面尺寸的确定143

6.3.2 水力计算的基本类型146

6.4 堰流147

6.4.1 堰流的基本概念147

6.4.2 矩形薄壁堰自由出流148

习题6149

7 渗流力学基础150

7.1 渗流的基本概念150

7.1.1 渗流和渗流力学150

7.1.2 多孔介质及孔隙性150

7.1.3 多孔介质的压缩性152

7.2 渗流的基本定律153

7.2.1 达西定律及渗透率153

7.2.2 达西定律适用范围154

7.2.3 渗透率或渗透系数的确定154

7.3 单相液体渗流156

7.3.1 渗流数学模型的建立156

7.3.2 稳态渗流数学模型的解160

7.3.3 非稳态渗流数学模型描述164

7.4 两相渗流基本知识164

7.4.1 流体饱和度164

7.4.2 相对渗透率165

习题7166

8 气体的一元流动与气-固两相流167

8.1 声速和马赫数167

8.1.1 声速方程式167

8.1.2 马赫数170

8.2 一元气流的流动特性172

8.2.1 气流速度与密度的关系172

8.2.2 气流速度与流道断面积的关系173

8.3 等熵气流与正激波174

8.3.1 等熵气流174

8.3.2 正激波176

8.4 两相流力的分析178

8.4.1 曳力与曳力系数178

8.4.2 非球形颗粒的几何特征与曳力系数181

8.4.3 流体通过固定床的流动182

8.4.4 固体颗粒流态化185

8.5 两相流模型190

8.5.1 两相模型190

8.5.2 拟均相法191

习题8192

9 相似原理与量纲分析194

9.1 相似原理194

9.1.1 力学相似的基本概念194

9.1.2 相似准则196

9.1.3 近似模型法198

9.2 量纲分析及其应用201

9.2.1 量纲分析201

9.2.2 量纲分析法的应用203

习题9205

10 流体机械：泵与风机208

10.1 离心式泵208

10.1.1 离心式泵的构造与工作原理208

10.1.2 泵的扬程209

10.1.3 叶轮212

10.1.4 泵中的能量损失212

10.1.5 泵的吸上扬程与气蚀现象215

10.1.6 离心式泵的性能曲线217

10.1.7 泵在管路中的工况点218

10.1.8 离心式泵的选择219

10.2 离心式通风机220

10.2.1 通风机的风压、风量和效率220

10.2.2 离心式风机的性能与工况222

10.2.3 离心式通风机的选择222

10.3 轴流式风机224

10.3.1 轴流式通风机的构造和工作原理224

10.3.2 轴流式压气机225

习题10226

11 计算流体力学基础227

11.1 计算流体力学基本知识227

11.1.1 计算流体力学的基本思想与特点227

11.1.2 计算流体力学的发展228

11.1.3 计算流体力学的应用228

11.1.4 计算流体力学的工作流程229

11.2 控制方程的离散231

11.2.1 控制方程的通用形式231

11.2.2 离散化方法分类231

11.2.3 有限体积法原理232

11.3 流场的求解计算233

11.3.1 求解计算的难点233

11.3.2 求解计算的方法234

11.3.3 SIMPLE算法及其改进235

11.4 边界条件与网格生成235

11.4.1 边界条件235

11.4.2 网格类型及网格生成236

11.5 CFD软件的基本知识及应用238

11.5.1 CFD软件的结构238

11.5.2 常用CFD软件239

11.5.3 CFD软件的应用实例240

12 工程流体力学应用实例243

12.1 流体力学在矿业工程中的应用实例243

12.2 流体力学在环境工程中的应用实例246

12.3 流体力学在安全工程中的应用实例249

12.4 流体力学在土木工程中的应用实例252

12.5 流体力学在机械工程中的应用实例256

习题答案261

参考文献266