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出版者:哈尔滨工业大学出版社

作者:赵九江 等

出品人:

页数:369

译者:

出版时间:1995-12

价格:18.80元

装帧:

isbn号码:9787560304908

丛书系列:

图书标签:

• 材料力学
• 工程力学
• 固体力学
• 结构力学
• 力学
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• 理工科
• 大学教材
• 工程教育
• 应力分析

现代流体力学导论：从基础到前沿应用 图书简介 本书《现代流体力学导论》旨在为读者构建一个全面、深入且与时俱进的流体力学知识体系。内容涵盖了流体力学的基本原理、分析方法以及在工程和自然科学领域的前沿应用。本书不仅详尽阐述了经典流体力学的核心概念，更紧密结合现代计算流体力学（CFD）的发展，力求培养读者理论联系实际、解决复杂工程问题的能力。 第一部分：流体力学基础与控制方程 本部分作为全书的基石，系统地介绍了流体力学的基本概念和描述流体运动的数学工具。 第一章：流体性质与流场描述 我们将从微观角度审视流体的本质，讨论流体的基本物理性质，如密度、粘度、表面张力、可压缩性等。重点阐述如何利用场变量描述流体的宏观运动状态，包括拉格朗日描述和欧拉描述。引入流线、迹线和流迹的概念，并详细分析流场速度场的微分特性，如速度梯度张量、应变率张量，为后续的本构关系奠定基础。 第二章：流体运动的守恒定律 这是流体力学分析的核心。我们将严格推导并深入探讨三个基本的守恒定律在流体运动中的体现： 1. 质量守恒（连续性方程）： 分别在笛卡尔坐标系和曲线坐标系下推导，并讨论不可压缩流体的特殊形式。 2. 动量守恒（纳维-斯托克斯方程, N-S方程）： 详细推导N-S方程的完整形式，包括压力梯度项、粘性项和外力项。重点分析牛顿流体和非牛顿流体的本构关系差异。 3. 能量守恒（热力学第一定律在流体中的应用）： 讨论能量方程的推导，考虑粘性耗散和热传导对流体温度场的影响。 第三章：无粘流体动力学 在粘性效应可以忽略的情况下，流体运动简化为欧拉方程。本章首先分析欧拉方程，进而引入势流理论。详细阐述伯努利方程的物理意义和适用条件，并利用复变函数方法分析二维势流，如源、汇、偶极子和库塔-儒科夫斯基定理在翼型升力计算中的应用。 第二部分：粘性流体分析与边界层理论 粘性是流体力学中带来复杂流动现象（如摩擦阻力、流动分离）的关键因素。本部分聚焦于粘性流动的理论分析。 第四章：层流与管道流动 本章深入研究粘性流体在简单几何结构中的精确解，例如Poiseuille流（圆管层流）和Couette流（平板间剪切流）。通过对N-S方程的简化，求解精确的速度分布和压力降，为工程上的管网设计提供理论依据。讨论雷诺数（Reynolds Number）的物理意义及其在判定流动状态（层流与湍流）中的关键作用。 第五章：边界层理论 边界层理论是理解高雷诺数流动的核心。本章首先阐述边界层的概念及其物理结构，区分附着边界层和分离边界层。重点讲解普朗特边界层方程的推导及其简化。通过布劳修斯（Blasius）解析解，详细分析平板上的零压力梯度流动，并引入动量积分法（如卡门积分方程）来处理具有压力梯度的边界层，如压力梯度对流动分离的影响。 第六章：湍流基础 湍流是自然界和工程中最常见的流动形态。本章介绍湍流的统计特性，如时均化（Reynolds Averaging）方法，并推导出雷诺时均N-S方程。重点讨论湍流带来的附加应力——雷诺应力，并介绍经典的湍流模型（如 $k-epsilon$ 模型和 $k-omega$ 模型）的基本思想和适用范围，为计算流体力学（CFD）做好准备。 第三部分：流动相似性、可压缩流与特殊流动 本部分拓展流体力学至更复杂的物理环境和应用场景。 第七章：量纲分析与相似性原理 强调工程应用中的重要工具。利用 Buckingham $pi$ 定理进行量纲分析，确定影响流动的无量纲参数（如雷诺数、马赫数、福禄德数等）。深入探讨流动的相似性判据，指导物理模型实验的设计与外推。 第八章：可压缩流体力学基础 当流速接近音速时，流体的密度变化显著。本章介绍等熵流动的基本概念，包括速度、压力和温度之间的关系。重点分析异熵过程和流动中的激波（Shock Wave）现象，包括正激波和斜激波的分析方法（如欧拉方程和动量关系）。讨论喷管（如De Laval喷管）的设计原理，以及高超声速流动的特点。 第九章：流动损失与工程应用 将理论知识应用于实际工程问题。详细分析管路中的摩擦损失（沿程损失）和局部损失（局部阻力系数）。讨论流体机械（泵、风机、涡轮）中的能量传递原理，从流体力学的角度分析叶轮的相对运动和绝对运动，介绍欧拉机械能方程。 第十篇：计算流体力学导论 本章是连接理论与现代工程实践的桥梁。概述CFD的基本流程：前处理（几何建模与网格生成）、求解器（离散化方法如有限体积法）、后处理（结果可视化与工程分析）。简要介绍如何将N-S方程转化为代数方程组的数值求解策略，强调CFD在复杂流动模拟中的优势与局限性。 目标读者 本书适用于机械工程、航空航天、土木工程、化学工程、环境工程等相关专业的本科生、研究生，以及从事流体动力学、热力学、空气动力学、水力学等领域研究和工程设计的人员。通过系统学习，读者将能够熟练运用流体力学原理对各种工程问题进行精确的建模、分析和优化。

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说实话，这本书的阅读体验是充满挑战的，但也是回报率极高的。它的难度梯度设计得非常精妙，前几章相对平缓，让你适应这种分析的节奏和符号系统，但一旦进入到复杂结构，比如薄壁梁的扭转或者组合受力分析时，那简直就是一场智力上的马拉松。我记得有一次为了搞懂如何应用莫尔圆来处理三维应力状态的转换，我足足在草稿纸上演算了近三个小时，画了好几张相互垂直的坐标系。但当你最终能清晰地在纸面上构建出那个代表应力状态的微元体，并准确地找出主应力方向时，那种成就感是无与伦比的——仿佛你征服了一个原本属于物理世界的难题。这本书没有给我们提供任何捷径，它强迫你直面问题的本质，用基础的公理去推导出工程实践中需要的一切工具。它教会了我，面对未知的力学问题时，不要慌张，先回归到最小的尺度——那个应力微元，然后逐步放大，问题就迎刃而解了。

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这本书的编排方式，让我体会到了一种结构美学。它不是简单地罗列公式，而是围绕着“平衡、几何关系、本构关系”这三大支柱构建起整个理论框架的。这种清晰的结构使得知识点之间的内在联系变得非常透明。比如，在讲解几何关系（变形兼容性）时，作者会非常巧妙地将它与前面讲到的应力-应变关系（本构）联系起来，让你明白为什么位移场的连续性对于应力场的存在是如此关键。我发现，很多其他教材在处理这些关联时会显得有些割裂，但这本书在这方面做得极其出色，它把力学看作一个不可分割的整体系统。读完之后，我不再是孤立地记住“拉伸模量”或“泊松比”是什么，而是将它们放在一个完整的物理模型中去理解它们的功能和局限性。这对于培养系统的、而非片段化的工程认知是至关重要的。

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从一个纯粹的工程应用角度来看，这本书的价值在于它提供了处理“不确定性”的工具箱。现实中的结构很少是理想化的，我们面对的往往是载荷不均、材料性质存在波动，或者几何形状的微小偏差。这本书的后半部分，特别是关于疲劳和蠕变现象的讨论，极大地拓宽了我的视野。它没有停留在静态的、线性的世界里，而是勇敢地进入了时间依赖性和概率性的领域。例如，S-N曲线的引入，以及对断裂韧性的初步介绍，让我意识到结构的安全系数不仅仅是一个凭空设定的数字，而是基于对材料失效机理深刻理解的风险评估结果。这种从宏观到微观，从简单到复杂的层次递进，使得这本书不仅是一本理论教科书，更像是工程师的“风险管理手册”。它教会我的核心理念是：设计一个结构，本质上就是设计一个能够容忍预见和不可预见风险的系统。

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这本书简直是工程思维的启蒙，我记得我第一次翻开它的时候，那些复杂的应力-应变曲线图和各种截面惯性矩的推导，虽然一开始看着头疼，但慢慢地，那种逻辑的严密性和物理图像的清晰感就建立起来了。它不仅仅是教你如何计算一个梁的弯矩，更重要的是，它让你对“力”如何作用于物质，以及物质如何抵抗这种作用有了一种深刻的直觉。比如，讲到剪应力分布的时候，作者没有简单地给出公式，而是用非常形象的例子解释了为什么中性轴附近剪应力最大。读完后，我感觉自己看世界的方式都变了，以前看到一座大桥，只会觉得它“很壮观”，现在我会下意识地去想象它的受力情况，去思考它的支撑结构是如何平衡那些垂直向下的重力以及侧向的风荷载的。这本书为我后续学习结构动力学和有限元分析打下了极其坚实的基础，很多高等课程中的理论，你都能在它这里找到最朴素的、最核心的物理源头。那种茅塞顿开的感觉，是任何高级软件模拟都无法替代的。它教会了我，真正的工程设计，首先是建立在扎实的理论基础之上的理性判断，而非盲目的计算堆砌。

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我对这本书的感受，更多的是一种对严谨性的敬畏。这本书的叙事风格极其冷静、客观，几乎没有冗余的形容词或煽情的语句，每一个定义、每一个定理的提出都像是数学证明一样环环相扣，不容置疑。这种风格对于初学者来说可能略显枯燥，但我发现，正是这种克制，保证了知识体系的纯粹和高可靠性。尤其欣赏它在处理塑性变形和失效分析那几章时的处理方式，它没有回避材料的非线性特性，而是用非常清晰的步骤引导我们理解从弹性极限到屈服再到最终断裂的整个物理过程。它不是一本“速成手册”，更像是一份技术圣经，要求读者投入足够的时间去咀嚼每一个细节。我尤其喜欢其中穿插的那些经典的实验案例，比如霍普金森杆实验或者拉伸试样断口分析，这些内容让抽象的理论有了可触摸的现实佐证，极大地增强了学习的信服力。这本书的好处在于，它训练的不仅是你的计算能力，更是你的论证能力，让你学会如何用物理规律来组织和表达复杂的工程现象。

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