高等代数新编 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

现代流体力学导论 作者： 张伟，李明 出版社： 科学出版社 出版时间： 2023年10月 ISBN： 978-7-03-076543-2 --- 内容简介 《现代流体力学导论》是一本全面、深入且兼具前瞻性的教材，旨在为本科高年级学生和研究生提供坚实的流体力学理论基础，并引导他们掌握现代流体力学的前沿研究方法和工程应用技术。本书内容组织遵循从基本原理到复杂现象的逻辑递进，力求在理论的严谨性与工程实践的关联性之间取得完美平衡。 第一部分：流体力学基础与分析工具 本书开篇即系统回顾了经典流体力学的三大基本守恒定律——质量守恒、动量守恒和能量守恒，并将其应用于流体运动的描述。 第一章：流体运动的描述与分类 本章详细介绍了拉格朗日和欧拉描述方法的转换，流场的物质导数概念，以及流体分类（牛顿流体与非牛顿流体、可压缩流体与不可压缩流体）的物理意义。重点阐述了流线、迹线和涡量场的概念及其在分析流体旋转特性中的作用。此外，还引入了张量分析的基础知识，为后续的应力描述打下数学基础。 第二章：粘性流动的控制方程 本章是全书的核心之一。我们从微元体分析出发，推导出不可压缩牛顿流体的纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程组，并讨论了其在笛卡尔坐标系、圆柱坐标系和球坐标系下的具体形式。对于可压缩流动，则引入了能量方程和状态方程，形成完整的控制方程组。特别地，本章深入探讨了应力张量和粘性耗散的物理内涵，并详细分析了流体动边界条件和物理解释。 第三章：无粘流动的分析 尽管现实流动大多涉及粘性，但无粘流体模型在理论分析和特定工程问题中仍具有不可替代的价值。本章介绍了欧拉方程，重点研究了伯努利方程的适用范围及其在流线上的推广形式。随后，引入了势流理论，包括速度势和流函数，并详细分析了二维定常无粘流动的基本解叠加原理，如源、汇、偶极子以及均匀流的组合，为理解翼型绕流奠定基础。 第二部分：经典流动问题的解析与近似 在掌握了基本方程后，本书进入对经典流动问题的详细解析，涵盖了低速、高速以及边界层等关键领域。 第四章：边界层理论 边界层理论是连接理想流体与实际粘性流动的桥梁。本章系统阐述了边界层的物理概念、厚度的定义以及判据。首先，利用普朗特（Prandtl）的边界层假设，推导了简化后的边界层方程。随后，详细介绍了布劳修斯（Blasius）解析解法在平板上的应用，并利用积分法（如卡门-波尔豪申方程）处理非简化的边界层问题。此外，本章还讨论了分离现象和尾流的形成机制。 第五章：层流与湍流基础 本章首先考察了稳定、低速的层流问题，如圆管中的泊肃叶流（Poiseuille flow）和平行平板间的库埃特流（Couette flow），精确求解了这些经典问题的速度剖面和压降关系。随后，将焦点转向普遍存在的湍流现象。我们从统计学角度描述湍流脉动特性（均值、脉动速度的均方根、自相关函数），并引入雷诺应力概念。雷诺时均N-S方程的导出和湍流模型（如零方程、单方程和双方程模型，特别是 $k-epsilon$ 模型）的基本思想和适用性被清晰阐述。 第六章：可压缩流动导论 本章专注于气体动力学，主要研究高马赫数流动。首先，导出了等熵流动关系，并详细分析了激波的物理结构和数学模型，特别是正激波和斜激波的计算方法（如伊桑-贝克公式）。本章还包括了管道中的绝热流和弹道流（带有摩擦）的分析，以及收缩-扩张喷管（拉伐尔喷管）的膨胀和压缩过程。 第三部分：现代计算与应用 本部分将理论知识与现代工程计算方法相结合，展示了流体力学在当代科学研究中的实际应用。 第七章：计算流体力学（CFD）方法概述 本章为读者介绍了现代流体力学研究不可或缺的计算工具。我们概述了求解N-S方程的主要数值方法，包括有限差分法（FDM）、有限体积法（FVM）和有限元法（FEM）。重点讲解了对流项的离散化技术，如迎风格式和中心差分格式，以及处理压力-速度耦合问题的关键算法，如SIMPLE系列算法。本章强调了网格生成、收敛性判断和物理模型选择对计算结果准确性的影响。 第八章：高级主题与前沿应用 本章涵盖了流体力学中一些高阶且具有挑战性的课题。内容包括： 1. 非牛顿流体流动： 幂律流体、剪切增稠与剪切稀化现象及其在化学工程中的应用。 2. 多相流动的基本概念： 气泡流、湍流中的颗粒输运，以及欧拉-欧拉和欧拉-拉格朗日模型的适用性。 3. 微尺度流动： 斯托克斯流在生物医学工程中的应用，以及德博列数和斯图尔德数的物理意义。 4. 复杂边界条件下的流动模拟： 例如，周期性边界条件在模拟阵列流动中的应用。 附录 附录提供了常用的流体力学常数表、各种坐标系下的矢量微分算子表格，以及求解一维等熵流动的特征线图。 本书特色： 理论与实践并重： 每一章均配有丰富的工程背景实例和习题，巩固理论理解。 现代数学工具的应用： 强调张量分析和数值方法在解决复杂流动问题中的重要性。 清晰的逻辑结构： 从最简模型（无粘）逐步过渡到最复杂模型（湍流、可压缩），便于学习者建立清晰的知识体系。 适合对象： 本科高年级、研究生，以及从事相关工程设计和研发的工程师。 通过研读本书，读者将能够熟练运用流体力学原理分析和预测各种工程场景下的流体行为，为进一步深入研究计算流体力学或专业工程领域打下坚实的基础。