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出版者:高等教育出版社

作者:杨世铭 陶文铨

出品人:

页数:447

译者:

出版时间:1998-1

价格:30.10元

装帧:平装

isbn号码:9787040066937

丛书系列:

图书标签:

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书名：流体力学基础 内容简介 本书系统地阐述了流体力学的基本原理、分析方法和工程应用。内容涵盖了流体力学的核心理论框架，旨在为读者提供坚实的理论基础和解决实际问题的能力。 第一部分：流体力学基础与本构关系 第一章 流体力学的基本概念 本章首先界定流体运动的内涵，区分连续介质模型与分子运动论的适用范围。详细介绍了描述流体运动的基本物理量，包括速度场、密度、压力和应力。重点讨论了流体的分类，如牛顿流体与非牛顿流体、等熵流体与非等熵流体，并引入了流线、迹线和流位移线的概念，为后续的分析打下基础。 第二章 流体的本构方程与运动方程 本章深入探讨了描述流体内部相互作用的本构关系。详细推导了适用于粘性流体的应力-应变率关系，重点分析了牛顿内摩擦定律的微观和宏观意义。在此基础上，推导出描述流体运动的基本控制方程——欧拉方程（无粘流体）和纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程。方程的推导过程详尽，强调了动量守恒原理在流体力学中的核心地位。此外，还讨论了质量守恒方程（连续性方程）的微分形式和积分形式，并阐述了角动量守恒的应用。 第三章 粘性流体的基本解 本章针对N-S方程的解析解，研究了在特定边界条件下具有解析表达的流动问题。重点分析了以下经典算例： 1. 平板上的粘性流动： 详细分析了库埃特流（Couette Flow）和泊肃叶流（Poiseuille Flow）。库埃特流作为简单剪切流的典范，用于理解速度梯度与剪切应力之间的线性关系。泊肃叶流则展示了管道内粘性流动的压力驱动特征和抛物线速度分布。 2. 圆管内的稳态流动： 深入探讨了层流状态下圆管内流动的速度剖面、最大流速与平均流速的关系，并引入了沿程压力损失的概念。 3. Creeping Flow（斯托克斯流）： 在极低雷诺数（Re ≪ 1）假设下，线性化N-S方程，求解了球体在无限流体中缓慢运动所受到的阻力（斯托克斯定律），该部分对于理解微尺度流动具有重要意义。 第二部分：流体运动的分析方法与无粘流动 第四章 相似性、量纲分析与边界层理论 本章侧重于工程应用中的简化方法。首先，通过皮姆（Pi）定理进行量纲分析，阐述了如何通过无量纲数（如雷诺数、弗劳德数）来预测和比较不同尺度流动的相似性。然后，重点介绍边界层理论的物理基础——当粘性效应主要集中在靠近固壁的薄层区域时，如何将N-S方程简化为边界层方程。详细讨论了普朗特（Prandtl）边界层方程的推导、积分形式（普朗特-卡门积分方程）以及对平板边界层厚度的预测。 第五章 无粘流体理论：欧拉方程与势流 在忽略粘性影响的理想情况下，流体运动由欧拉方程支配。本章分析了欧拉方程的特点和应用。特别关注了势流理论，即速度场可由速度势函数表示的流动。讨论了二维势流的共形映射方法，如斯卡特变换（Schwarz-Christoffel Transformation），用于处理复杂边界下的流动问题。详细分析了偶极子、源汇以及环量（Circulation）的概念，并将其应用于经典的库塔-茹科夫斯基定理（Kutta-Joukowski Theorem）的推导，以解释机翼升力的产生机制（尽管该定理基于环量，而环量的存在本身与粘性密切相关，但数学上是基于无粘假设）。 第三部分：流动失稳与湍流 第六章 流动失稳与过渡 本章探讨了从稳定（层流）到不稳定（湍流）的转变过程。详细分析了影响流动机理的无量纲参数——雷诺数（Re）的物理意义。通过对管道流和平板流的分析，确定了层流转捩的临界雷诺数。讨论了流动的稳定性和稳定性判据，包括对小扰动的线性稳定性分析。 第七章 湍流基础 湍流是工程实践中流体运动的主导形式。本章首先描述了湍流流动的基本统计特性，如瞬时速度的脉动性、平均量和脉动量的概念。推导了雷诺平均N-S方程（RANS），揭示了湍流带来的额外“雷诺应力”项。重点介绍了湍流模型的必要性，包括零方程模型（如经验公式）、一方程模型（如 Spalart-Allmaras 模型）以及两方程模型（如 $k-epsilon$ 和 $k-omega$ 模型）的基本思想和适用范围，强调了湍流模型在求解复杂工程问题中的关键作用。 第四部分：可压缩流体动力学 第八章 基本等熵流动 本章引入了流体压缩性效应，重点研究了等熵流动，即流动过程中熵保持不变。详细分析了等熵关系的推导及其在可压缩流动中的应用。核心内容包括： 1. 声速与马赫数： 定义并计算了声速，引入了马赫数（Ma）作为判断流动可压缩性的关键参数。 2. 拉伐尔喷管（Isentropic Nozzle Flow）： 详细分析了从亚音速到超音速（或反之）的等熵加速/减速过程，包括喉部（Choked Flow）现象的形成机理，以及临界条件下的参数计算。 第九章 激波与非等熵流动 本章处理了超音速流动中不可逆的冲击波现象。详细推导并分析了斜激波和正激波的结构。通过质量、动量和能量守恒定律，推导出正激波关系式（Rankine-Hugoniot 关系），阐明了激波前后流速、压力、密度和熵值的突变特性。同时，讨论了斜激波的几何分析方法（如 $ heta-M$ 图或激波图），以及激波与边界的相互作用（如绕流楔形物体）。 附录：流体物性参数表与常用积分公式 总结 本书力求在理论深度与工程实用性之间取得平衡，通过严谨的数学推导和丰富的实例分析，使读者全面掌握流体力学的分析工具和解决实际问题的能力。

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概念清晰,结构合理.经过那么多年的打磨,论述深入浅出,确实是非常好的一本传热学教材. 在工作中也一直翻阅.

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我必须指出，这本书的深度远远超出了我对一本标准教材的预期。它并非仅仅满足于教会读者“如何计算”，而是深入挖掘了“为什么会这样发生”的根本原因。例如，在关于微观尺度热传输的讨论中，作者引入了玻尔兹曼输运方程的背景知识，尽管这部分内容相对偏向研究前沿，但作者处理得非常得体，没有让读者感到突兀或不知所措。它提供了一个坚实的理论框架，使得我们能够理解宏观现象背后的微观机制——例如，晶格振动如何影响固体导热系数的变化。这种层次分明的讲解方式，培养了一种批判性思维：不满足于表面的计算结果，而是要去探究能量在分子和原子层面上是如何“交谈”的。对于那些想要将研究方向拓展到纳米技术、半导体热管理领域的读者来说，这本书提供的理论深度是无价的基石。它提供的不仅是知识点，更是一种科研的思维范式。

评分☆☆☆☆☆

这本书的习题设置，可以说是全书的“第二生命线”。很多教材的习题要么是机械重复的计算练习，要么就是难度陡增的怪题，让人提不起精神。但这里的习题设计，充分体现了教育学的精妙考量。开始的部分，习题紧密围绕前述例题，用于巩固基本概念和计算技巧，确保基础扎实。随后，难度逐步升级，引入了需要综合运用多章节知识点才能解决的综合题，这些题目往往模拟了真实世界中多模式耦合的复杂场景。最让我印象深刻的是，书末附带的几道“开放性探讨题”，它们没有标准答案，而是引导读者去设计实验、提出假设或比较不同模型在特定条件下的适用性。这极大地激发了我们的创造力和解决非结构化问题的能力，让人感觉自己不仅仅是在解题，更是在参与一次小型的工程设计挑战。这种循序渐进、由浅入深，最终导向独立思考的训练体系，是这本书最值得称赞的教学设计之一。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和图示设计，实在是教科书中的一股清流。很多专业书籍的通病就是图表晦涩难懂，要么过于简单，无法捕捉细节，要么就是密度过大，让人眼花缭乱。但这里的情况完全不同，每一个重要的概念，无论是边界条件的设定，还是不同传热模式（对流、辐射、传导）的耦合，都有精良的插图辅助说明。特别是对数值模拟方法的介绍部分，作者非常巧妙地使用了颜色梯度和流线图，使得有限体积法求解的离散化过程变得异常直观。我记得有一章专门讨论了复杂几何体内的热流分布，书中提供的三维渲染图清晰地展示了热点区域，这比单纯看公式推导有效率高出百倍。此外，书中大量引用的实验数据和工程实例，都给出了非常详尽的来源和误差分析，这体现了作者严谨的学术态度和对知识准确性的极高要求。这种注重细节、美学与功能并重的编辑处理，极大地降低了学习的认知负荷，让复杂的物理过程不再是高不可攀的象牙塔里的理论。

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这部作品简直是打开了一扇通往工程学核心奥秘的大门，我必须承认，最初翻开它时，内心是怀着一丝敬畏和忐忑的。毕竟，热力学和流体力学这些基础概念的复杂性常常让人望而却步。然而，作者以一种令人惊叹的清晰度和流畅性，将那些原本抽象的物理过程，转化成了可以被直观理解的画面。尤其是在讲解瞬态导热问题时，那些偏微分方程的推导过程，不再是枯燥的符号堆砌，而是仿佛有生命一般，每一步的引入和变换都逻辑严密，层层递进，让你真正体会到数学语言在描述自然现象时的美感与力量。我特别欣赏它在理论与实际应用之间的完美平衡，书中的案例分析，例如高效能热交换器的设计考量，或者电子元件的散热优化，都紧密结合了现代工业的需求，这使得学习过程充满了目的性和成就感。它不仅仅是一本教科书，更像是一位经验丰富的导师，耐心且深刻地引导着每一个求知者，去掌握这门至关重要的学科精髓。读完后，我对能量如何传递、转化和耗散的理解，达到了一个全新的高度，这对我后续的专业项目有了极大的助益。

评分☆☆☆☆☆

从作者的叙述风格来看，流露出一种深厚的工程直觉和对学科的无限热爱。行文之间，虽然遵循严格的科学规范，却又不失一种人文关怀。在讲解一些历史上的经典实验（比如福勒的辐射定律验证）时，作者不吝笔墨地描述了科学家们在面对实验困难时的心路历程和巧妙的解决方法。这种叙事方式极大地拉近了读者与科学发现过程的距离，让人感受到科学探索并非一帆风顺，而是充满了智慧与毅力。它成功地将一门常被视为“冷硬”的工程学科，注入了温度和故事性。阅读过程中，我时常会停下来，思考这些定律在工业革命或现代科技发展中扮演的关键角色。这本书不仅仅教授了知识，更重要的是，它传递了一种严谨、求真、勇于探索的职业精神，让我更加坚定了投身于热力学相关工程领域的决心。这是一种润物细无声的影响力，远超出了课本本身的知识范畴。

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