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出版者:人民大学

作者:杨林耀

出品人:

页数:243

译者:

出版时间:2000-4

价格:20.00元

装帧:

isbn号码:9787300033884

丛书系列:

图书标签:

• 信号与系统
• 电路分析
• 线性系统
• 傅里叶变换
• 拉普拉斯变换
• Z变换
• 滤波器设计
• 控制系统
• 通信原理
• 数字信号处理

机械之舞：流体力学原理与工程应用 图书主题： 深入探讨流体力学的基本理论、分析方法及其在现代工程领域中的广泛应用。 目标读者： 航空航天工程师、土木工程师、机械设计人员、化学工程师、能源技术人员，以及对流体运动现象有浓厚兴趣的物理学与数学专业学生。 --- 第一部分：流体力学基础——揭示流动的本质 本书的开篇将奠定坚实的理论基础，聚焦于流体力学的核心概念与数学描述。我们从流体（液体和气体）的本构性质入手，详细阐述密度、粘度、表面张力、可压缩性等关键参数的物理意义及其测量方法。 第一章：流体的本构特性与静力学 物质的连续性假设： 探讨如何用连续介质模型来简化对分子层面的复杂流体运动描述。 流体静力学： 深入分析静止流体中的压力分布，推导著名的帕斯卡定律和阿基米德浮力原理。重点讨论压力测量技术，如U型管、皮托管的原理与校准。 欧拉方程与伯努利方程的几何意义： 将流体静力学置于控制体积分析的框架下，为后续的动力学分析做铺垫。 第二章：流动的描述与运动学 拉格朗日与欧拉描述： 对比分析两种描述流体运动的基本视角，理解物质点跟踪与空间场分析的优劣。 流场的可视化： 详细介绍流线（Streamline）、迹线（Pathline）和时间线（Streakline）的数学定义及其物理图像，如何通过实验和数值模拟来捕获复杂的流动结构。 物质导数与控制体积分析： 引入物质导数（或随体导数）的概念，建立守恒定律在控制体积上的积分形式，这是所有工程应用分析的基石。 第三章：流体力学基本守恒定律 质量守恒（连续性方程）： 从控制体积角度严格推导出不可压缩流体和可压缩流体的连续性方程，探讨其在二维和三维流场中的应用形式。 动量守恒（纳维-斯托克斯方程的推导）： 详细剖析牛顿第二定律在流体单元上的应用，推导出包含粘性应力的纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程组。重点讨论牛顿流体与非牛顿流体的本构关系差异。 能量守恒： 建立考虑热传导、粘性耗散和做功的能量方程，适用于需要考虑温度效应（如高温燃气流动或低温液体制冷）的复杂问题。 --- 第二部分：分析方法与经典流动模型 本部分侧重于如何运用基础定律解决实际问题，并引入关键的无量纲参数和简化模型。 第四章：无量纲分析与相似性原理 量纲分析与π定理： 阐述巴金汉π定理在流体力学问题简化中的强大作用，如何通过无量纲数提炼问题的核心物理特征。 关键无量纲数： 深入解析雷诺数（Reynolds Number, Re）对流动模式（层流与湍流）的决定性影响；讨论马赫数（Mach Number, Ma）在可压缩流中的重要性；以及傅汝德数（Froude Number, Fr）在自由液面流中的作用。 物理相似性与模型试验： 探讨如何利用相似性原理指导风洞试验、水槽试验的设计与数据外推。 第五章：粘性流动的分析：边界层理论 粘性效应的集中区域： 解释雷诺数低和高时流动的本质区别。介绍普朗特（Prandtl）对边界层概念的革命性贡献。 平板上的边界层： 详细推导和求解层流平板上的普朗特边界层方程（Blasius解），计算摩擦阻力系数。 湍流边界层： 介绍湍流混合的特征，讨论经验公式（如1/7次幂律）和对数律，用于估算工程中常见的全湍流阻力。 边界层的分离： 分析逆压梯度对边界层稳定性的影响，理解流动分离点预测的意义及其对气动外形（如机翼失速）的后果。 第六章：理想流体与势流理论 无粘、不可压缩流动： 在忽略粘性效应的前提下，应用拉普拉斯方程求解速度势和流函数。 速度势与流函数： 详细介绍如何通过流函数的性质判断流场的无旋性与不可压缩性。 基本流动单元的叠加： 构造源、汇、偶极子和匀速流，并展示如何通过叠加这些基本单元来模拟复杂的绕流问题（如绕圆柱体、翼型）。 达西定律与渗流： 将势流理论应用于地下水流和多孔介质中的渗流问题，引入渗透率的概念。 --- 第三部分：可压缩流动与高级主题 本部分将视角提升至音速和超音速范畴，并探讨现代工程中不可或缺的湍流建模与数值方法。 第七章：可压缩流体力学导论 等熵流动： 建立理想气体（如空气）等熵流动的基本关系式，推导压力、温度、密度与马赫数之间的关系。 正激波与斜激波： 详细分析在压缩过程中产生的激波现象，利用罗伊方程（Rayleigh公式）和欧氏关系（Prandtl-Meyer函数）进行斜激波的几何计算。 管道中的流动： 探讨法向激波在管道中的影响（如发动机进气道设计），以及拉瓦尔喷管中的加速原理。 第八章：湍流模型与工程应用 湍流的本质与随机性： 从雷诺时均化（Reynolds Averaging）出发，引入雷诺应力项，理解湍流带来的动量和能量输运增强效应。 一维、二维湍流模型： 重点介绍经典的湍流模型，如零方程模型（代数模型）、$k-epsilon$ 模型和 $k-omega$ 模型，解释其在计算流体力学（CFD）中的地位和局限性。 涡量和涡旋动力学： 探讨涡量在描述旋转流动（如旋风、水轮机尾流）中的重要性，介绍涡旋理论在空气动力学中的应用。 第九章：流体力学在现代工程中的前沿交叉 燃烧与传热耦合： 分析火焰传播、燃烧室内的流体动力学稳定性（如对流失稳）。 微尺度流动（Microfluidics）： 探讨在微通道中，惯性力可忽略，表面张力和粘性主导的流体行为，以及其在生物医学芯片中的应用。 计算流体力学（CFD）方法概述： 简要介绍有限体积法（FVM）的离散化过程，以及求解非线性N-S方程组所需的高效迭代算法，强调网格生成与后处理的重要性。 --- 附录： 常用流体力学常数表、流体物性数据、工程中的积分表格。 本书特色： 本书力求理论的严谨性与工程实践的紧密结合。每章均包含大量的例题和具有挑战性的习题，旨在培养读者利用基本物理定律进行定量分析的能力，而非仅仅停留在公式的记忆层面。通过对实际工程案例的分析，如飞机机翼的气动特性、泵和风机的内部流动效率优化、管道网络的水力计算等，确保读者能将所学知识转化为解决复杂工程问题的工具。全书结构清晰，从基础概念到前沿应用层层递进，是流体力学领域深度学习的理想教材。

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刚拿到这本新书，说实话，第一印象有点复杂。书的装帧设计得挺有意思，封面那种略带复古的深蓝色调，配上烫金的标题，透着一股沉稳的学术气息。我翻开目录，内容涵盖了从基础的数学工具到复杂的动态系统分析，感觉内容量非常扎实。作者似乎非常注重理论与实际的结合，每个章节后都附带了大量的例题和思考题，这对于我们这些需要深入理解概念的读者来说，无疑是宝藏。我特别注意到，作者在处理傅里叶变换和拉普拉斯变换这些核心概念时，用了非常直观的图示和类比，不像有些教材那样干巴巴地堆砌公式，读起来流畅度高了很多。不过，说实话，对于初学者来说，可能第一遍阅读需要啃一些硬骨头，那些微分方程的推导部分，还是需要放慢速度，甚至要结合外部资料辅助理解才行。整体感觉，这是一本可以放在案头，时不时拿出来研读的工具书，它不是那种读完就束之高阁的快餐读物，更像是一个长期的学习伙伴，需要时间和耐心去打磨。

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这本书给我的最大感受是“严谨的平衡艺术”。它成功地在学术的深度和教学的广度之间架起了一座坚固的桥梁。作者在处理诸如采样定理这类关键性定理时，给出了非常详尽的数学证明，逻辑链条清晰到可以让人不借助任何辅助材料自行推演。然而，紧随其后的应用说明部分，又立即将读者拉回到实际的工程问题中，比如如何处理混叠现象，如何选择合适的采样频率。这种“证明-应用”的交替模式，确保了读者既能知其所以然，又能用之不惑。对我个人而言，最受启发的是作者关于系统稳定性判据的阐述，他引入了一种全新的视角来审视李雅普诺夫稳定性理论的应用边界，这让我对控制理论的理解有了一次质的飞跃。这本书无疑是该领域的一部里程碑式的著作，它不仅是知识的汇编，更是一套完整的思维训练体系。

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这本书的叙事节奏把握得相当到位，完全不像一本技术类书籍。我更倾向于把它看作是一场精心策划的智力冒险。作者的文字功底极强，他总能巧妙地在严谨的数学推导和生动的工程背景之间切换。比如，在讲解Z变换的应用时，他没有直接跳到复杂的系统稳定性判断，而是先用一个关于数字滤波器设计的小故事引入，让我立刻对抽象的代数运算产生了具体的画面感。这种“先搭场景，再解难题”的写法，极大地降低了我的畏难情绪。我尤其欣赏作者在关键概念定义上的克制与精确，每一个术语的提出都经过了深思熟虑，让人感觉信息的密度极高，但又毫不晦涩。当然，对于那些已经非常熟悉该领域的老手来说，可能前几章会略显拖沓，但对于希望建立一个坚实、无懈可击的基础的后来者，这种详尽的铺垫是极其珍贵的。我甚至在想，如果能配上更多的交互式模拟环节，体验感会更上一层楼，但就现有纸质书的呈现而言，已经是同类中的佼佼者了。

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这本书的排版和印刷质量简直无可挑剔，这对于一本需要大量绘制波形图和复杂数学表达式的书籍来说，至关重要。我发现，那些原本容易混淆的图形，比如卷积的图解，因为线条的清晰度和墨色的饱满度，使得原本模糊的边界变得异常锐利。很多时候，我们阅读专业书籍，常常因为图表质量低劣而导致理解障碍，但在这本书中，这个问题几乎没有出现。特别是当涉及到多维度的系统响应分析时，那些三维的曲面图，处理得既美观又准确，让人在视觉上就能捕捉到系统行为的精髓。说实话，我以前买过几本盗版或者印刷质量较差的版本，阅读体验极差，而这本正版书的实体感受，绝对值回票价。它让你感觉，你手中的不仅仅是一堆纸张和油墨，而是一件经过匠心打磨的知识载体，阅读过程本身就是一种享受。

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读完这本书的很大一部分内容后，我得说，它在体系构建上的野心是显而易见的。它不仅仅是在罗列知识点，而是在构建一个宏大的、层层递进的分析框架。作者似乎力图将原本分散在不同角落的信号处理和系统理论，整合到一个统一的语言体系下。我被它对“时域”与“频域”之间对偶性的强调所震撼，这种深刻的哲学思考贯穿始终，让我对信号的本质有了更深层次的理解，而不是仅仅停留在计算层面。此外，书中对非线性系统的初步探讨虽然篇幅不长，但点到了很多前沿研究的方向，显示出作者的视野并未局限于传统教科书的范畴。如果说有什么遗憾，那就是在某些特定领域的深入应用案例上，略显保守，可能囿于篇幅限制。总体而言，这本书更像是一张高质量的地图，它为你指明了探索未知领域的正确航线，但你需要自己去掌舵，去经历那些风浪。

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