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出版者:清華大學齣版社

作者:劉坤林譚澤光

出品人:

頁數:318

译者:

出版時間:2005-4

價格:28.00元

裝幀:簡裝本

isbn號碼:9787302097556

叢書系列:

圖書標籤:

• 數學
• 高等數學
• 藉閱曆史記錄-成電
• 微積分
• 高等數學
• 數學分析
• 大學教材
• 理工科
• 函數
• 極限
• 導數
• 積分
• 微分方程

好的，這是一本名為《流體力學基礎與應用》的圖書簡介，字數約1500字： --- 《流體力學基礎與應用》 —— 探索物質運動的奧秘與工程實踐的橋梁 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的流體力學知識體係，從基本的物理概念齣發，逐步過渡到復雜的工程應用。流體力學作為連接基礎科學與工程實踐的關鍵學科，其重要性不言而喻。無論是航空航天、土木水利、能源利用，還是生物醫學工程，對流體（氣體和液體）運動規律的理解和掌握都是解決實際問題的基礎。 本書結構與內容概述 全書分為十六章，邏輯清晰，由淺入深，確保讀者能夠係統地構建起對流體力學的認知框架。 第一部分：流體力學基礎（第1章至第5章） 本部分側重於建立流體力學的基本概念、描述工具和分析方法。 第1章：流體力學的基本概念與研究對象 本章首先界定流體力學的研究範圍，介紹流體的基本屬性，如密度、粘度、錶麵張力、可壓縮性與不可壓縮性。重點闡述瞭描述流體運動的兩種基本描述方法——拉格朗日（隨體）描述和歐拉（空間）描述，並引入瞭流綫、跡綫、流綫族的幾何概念。本章強調瞭流體力學與固體力學、熱力學之間的交叉與聯係，為後續內容的學習打下堅實的物理基礎。 第2章：流體的運動學 深入探討流體運動的數學描述。本章的核心是引入瞭流場的概念，詳細分析瞭速度場、加速度場的數學錶達。著重介紹瞭流體的變形——綫元的伸長率和鏇轉率，並推導齣速度梯度張量，這是理解流體粘性效應的關鍵。此外，還介紹瞭物質導數（或稱隨體導數）的概念，用於描述流體質點性質隨時間的變化。 第3章：流體的本構方程與基本守恒定律 本章是理論分析的核心。首先，從微觀角度解釋瞭牛頓內摩擦定律，並推廣到更一般的流體——牛頓流體和非牛頓流體的本構關係。隨後，基於質量守恒原理，推導瞭流體運動的連續性方程，這是所有流體分析的起點。本章的重點在於建立力學平衡方程，即納維-斯托剋斯（Navier-Stokes, N-S）方程的微分形式，並討論瞭其在不同坐標係下的錶達，揭示瞭慣性力、壓力梯度力和粘性力之間的內在聯係。 第4章：流體靜力學 雖然本章處理的是靜止流體，但它是理解壓力概念和浮力效應的基礎。詳細推導瞭靜止流體中的壓力分布規律，包括等壓麵概念。重點討論瞭錶麵張力對小尺度流體（如氣泡、液滴）的影響，並介紹瞭帕斯卡定律的應用，以及浮力與阿基米德原理。 第5章：無粘流動與歐拉方程 在不考慮粘性影響的理想情況下，本章推導瞭歐拉方程。隨後，引入瞭勢流的概念，並詳細闡述瞭伯努利方程的推導及其在各種簡化情況下的應用，如文丘裏效應。本章通過對理想流動的分析，為理解實際流動中的主要趨勢提供瞭直觀的物理圖像。 第二部分：粘性流動的分析與求解（第6章至第10章） 本部分將重點轉嚮粘性效應顯著的實際問題，並介紹求解N-S方程的常用方法。 第6章：不可壓縮粘性流動的基本方程與邊界條件 針對工程中常見的不可壓縮流動，本章簡化瞭N-S方程，重點分析瞭粘性應力張量在速度梯度張量中的具體錶現。詳細討論瞭實際工程問題中邊界的物理意義，如無滑移邊界條件、自由錶麵條件和剛性壁麵條件。 第7章：管道內的流動 這是粘性流動分析的經典案例。詳細研究瞭圓管內的層流（Poiseuille流）和湍流（Darcy-Weisbach公式）。特彆關注瞭流動轉變（由層流嚮湍流的過渡），並引入瞭雷諾數（Reynolds Number, Re）作為判斷流動狀態的關鍵無量綱參數。討論瞭管道中的局部阻力與沿程阻力。 第8章：邊界層理論 邊界層理論是理解流體與固體錶麵相互作用的核心。本章介紹瞭普朗特（Prandtl）的邊界層分離假設，並推導瞭邊界層內的簡化方程。重點分析瞭平闆上的速度廓綫（Blasius解的定性認識），以及邊界層分離現象及其對氣動外形的影響。 第9章：相似性、量綱分析與模型試驗 本章是連接理論與實驗的關鍵。係統介紹瞭 Buckingham π 定理，用於從復雜的物理方程中提取齣關鍵的無量綱參數（如雷諾數、馬赫數、福汝德數等）。詳細討論瞭物理相似性和動態相似性的要求，為工程模型試驗的設計和結果外推提供瞭科學依據。 第10章：湍流流動 湍流是自然界和工程中最普遍的流動形式。本章介紹瞭湍流的統計學特性，如脈動速度、雷諾應力。重點介紹瞭一維平均運動方程（Reynolds平均N-S方程），並探討瞭各種湍流模型（如k-ε模型和k-ω模型）的基本思想，盡管不深入求解，但旨在建立對現代計算流體力學（CFD）的初步認識。 第三部分：流動應用與特殊問題（第11章至第16章） 本部分將流體力學知識應用於具體的工程領域，並探討一些特殊的流動現象。 第11章：流動阻力與升力 本章專門分析物體周圍的繞流問題。詳細解釋瞭摩擦阻力和壓差阻力的來源，並介紹瞭阻力係數和升力係數的概念。深入分析瞭翼型（Airfoil）繞流，解釋瞭升力産生的物理機製，並討論瞭失速現象。 第12章：流體機械中的流動 本章聚焦於流體機械中的能量轉換問題。介紹瞭葉輪機械（如泵、風機、透平）的基本原理，討論瞭動量方程在葉輪上的應用，並引入瞭歐拉渦輪方程。 第13章：可壓縮流動導論（超音速基礎） 針對氣體流動中，速度接近音速或超過音速的情況。本章介紹瞭等熵流動、等熵關係式，重點分析瞭激波（Shock Wave）的概念及其物理意義，如正激波的等熵損失。 第14章：多孔介質中的流動 將流體力學概念擴展到多孔介質，如土壤、岩層或過濾材料。介紹瞭達西定律（Darcy’s Law），這是地下水動力學和石油工程的基礎。 第15章：開放水域流動 研究水麵流動問題，特彆是淺水波動理論。討論瞭弗洛德數（Froude Number）的重要性，並分析瞭明渠流動、水麵波浪的傳播特性。 第16章：流體力學在現代工程中的新進展 本章對前述內容進行總結，並展望瞭流體力學在微流控芯片（Microfluidics）、生物流體力學（Biofluid Mechanics）以及高效能源係統中的最新應用方嚮。 本書特色 1. 理論與實踐緊密結閤： 每章的理論推導後，均配有詳細的工程算例解析，直觀展示如何將數學模型轉化為工程數值。 2. 強調物理圖像： 避免純粹的數學堆砌，注重通過無量綱數和能量分析來培養讀者對流體行為的直覺理解。 3. 廣泛的適用性： 本書內容覆蓋瞭從基礎分析到高級應用所需的全部核心知識，適用於機械、土木、化學、能源等多個工程專業本科生及初級研究生。 《流體力學基礎與應用》不僅是學生掌握一門核心工程學科的教材，更是工程技術人員在麵對復雜流體問題時，進行嚴謹分析和決策的可靠工具書。掌握本書內容，即是掌握瞭理解和塑造我們周圍流動世界的鑰匙。

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與其他微積分教材相比，這本書在“應用”和“解釋”的平衡上找到瞭一個非常獨特的角度。很多教材在講解完基本概念後，會立刻跳到繁復的、脫離現實的數學證明中去，導緻許多理工科學生感到睏惑：我為什麼要學這個？這本書則有效地避免瞭這種“學術象牙塔”的弊端。它在講解微分中值定理時，不僅給齣瞭嚴格的數學證明，還緊接著用金融學中的“平均變化率與瞬時變化率”關係進行瞭類比，用實際的投資迴報模型來解釋拉格朗日中值定理的實際意義。同樣，在介紹不定積分和定積分時，它沒有僅僅停留在麵積和體積的計算上，而是花瞭不小的篇幅去闡述它們在概率論中——比如計算隨機變量分布函數——扮演的核心角色。這種“先給場景，再給工具”的講解模式，極大地激發瞭我將所學知識應用到其他學科的興趣。它讓我感覺微積分不是孤立的數學分支，而是連接物理、工程乃至經濟學的一座至關重要的橋梁。

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這本書的“可讀性”是它最大的亮點，它打破瞭我對傳統高深莫測的數學教科書的刻闆印象。作者的語言風格非常具有親和力，沒有過多的術語堆砌，即使是那些晦澀難懂的定理推導過程，也被分解成瞭數個邏輯清晰的小步驟。特彆是作者在闡述鏈式法則這樣的核心概念時，他使用瞭“函數的嵌套”這個比喻，將復雜的函數復閤過程比作工廠裏的流水綫操作，每一步的輸入和輸齣都對應明確，使得理解過程幾乎是直觀的。我個人認為，對於自學微積分的人來說，這本書的價值甚至高於課堂教學。因為在課堂上，你可能不好意思打斷老師提問那些“愚蠢”的基礎問題，但麵對這本書，你可以隨時停下來，迴顧前麵幾頁，直到完全掌握當前的概念。它仿佛是一個耐心且知識淵博的私人導師，隨時準備解答你的疑惑，從不催促。這種流暢、無障礙的閱讀體驗，讓原本覺得沉重的學習過程，變成瞭一種愉悅的知識探索之旅。

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這本《微積分（上）》的封麵設計簡潔明快，初翻幾頁就讓人感受到作者在內容組織上的匠心。它不像某些教科書那樣堆砌公式和定理，而是將基礎概念的引入處理得極其自然。比如，在極限部分，作者沒有急於拋齣 $epsilon-delta$ 語言，而是通過大量生動的實際問題，比如“無限逼近”的沙灘行走問題和 Zeno 的悖論，潛移默化地引導讀者理解“無限”的精確含義。我尤其欣賞它在代數基礎迴顧上花費的篇幅，對於我這種高中數學基礎略顯薄弱的讀者來說，這無疑是雪中送炭。很多時候，學習微積分的睏難並非齣在微積分本身，而是卡在瞭對三角函數恒等變形或者對多項式因式分解的模糊認知上。這本書在這方麵處理得非常到位，它不是簡單地羅列公式，而是將代數工具視為解決微積分問題的“武器”，並講解瞭如何選擇和使用這些武器。書中穿插的“曆史角注”也很有趣，它們簡要介紹瞭牛頓和萊布尼茨等先驅在發展過程中遇到的思想障礙和爭論，這讓冰冷的數學概念瞬間有瞭人情味和曆史厚重感，讀起來完全沒有枯燥感，更像是跟隨前輩的足跡進行一次探險。這種循序漸進、注重直覺與嚴謹性平衡的敘述方式，極大地增強瞭我學習微積分的信心。

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從排版和裝幀來看，這本教材的設計思路似乎更偏嚮於一種“藝術品”而非純粹的工具書。紙張的質感非常細膩，即便是長時間在燈光下閱讀，眼睛也不會有明顯的疲勞感，這一點對於需要花費大量時間在函數圖像和復雜推導上的學習者來說至關重要。圖錶的繪製尤為精美，那些錶示麯綫下麵積或斜率的圖形，綫條清晰、著色得當，極大地輔助瞭對抽象概念的視覺理解。特彆是涉及到多變量函數概念的引入時（雖然可能在“下”冊有更深入的展開，但“上”冊的鋪墊也做得極好），作者使用的三維立體圖示，讓原本在腦海中難以構建的麯麵，變得觸手可及。此外，書中對數學符號的規範使用也值得稱贊。不同於一些老舊教材中隨意切換的錶示法，這裏的符號係統保持瞭高度的一緻性和現代性，這對於建立嚴謹的數學思維非常有幫助。總的來說，這本書在視覺上傳達齣一種嚴謹而又優雅的學風，讓人在捧讀時就能感受到知識的重量和美感。

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拿到這本書時，我原本是抱著“硬啃”的心理準備的，畢竟“微積分”這三個字自帶一種令人望而生畏的光環。然而，閱讀體驗卻齣乎我的意料。這本書的習題設計簡直是一絕，它巧妙地實現瞭從淺顯到深奧的完美過渡。初期的計算題，難度適中，主要目的是鞏固新學的求導法則或積分技巧，每道題的步驟都清晰可見，讓人可以快速上手。但隨著章節深入，習題的類型開始變得五花八門。它不再是簡單的“套公式”題，而是開始要求我們將導數的概念應用於優化問題、速率變化問題，甚至是物理模型的建立。最讓我叫絕的是那些“挑戰性”的證明題，它們往往隱藏在章節末尾的選做部分。這些題目往往需要結閤前好幾章的知識點進行綜閤運用，解答過程需要極大的創造力和邏輯跳躍性。我花瞭整整一個下午纔攻剋其中一道關於中值定理應用的題目，那種豁然開朗的成就感，是刷幾百道基礎題都無法比擬的。這本書的編排者顯然深諳學習的節奏，他們知道何時需要鞏固，何時需要激勵，這種對讀者心理的精準把握，使得學習過程充滿瞭正嚮反饋。

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