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出版者:华中科技大

作者:金清肃

出品人:

页数:239

译者:

出版时间:2011-4

价格:24.80元

装帧:

isbn号码:9787560940717

丛书系列:

图书标签:

• 机械设计
• 课程设计
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• 设计基础
• 工程图学
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• 创新设计
• 毕业设计

《流体力学基础与应用》 一、本书概述 《流体力学基础与应用》是一部全面、深入探讨流体力学基本原理及其工程应用的专业教材。本书旨在为高等工科院校的本科生和研究生，以及从事相关工程设计、科研工作的专业人员，提供一个系统、严谨的学习框架。全书内容涵盖了从流体力学基础理论到复杂流动模拟的广阔领域，强调理论分析与工程实践的紧密结合。 本书的编写遵循循序渐进的原则，首先建立扎实的数学和物理基础，随后逐步引入粘性流体、无粘流体、可压缩流动等核心概念，最终聚焦于现代计算流体力学（CFD）的应用。我们力求以清晰的逻辑、丰富的图表和详实的算例，帮助读者构建对流体运动规律的深刻理解。 二、内容深度与结构 本书共分为十二章，结构严谨，内容覆盖面广： 第一部分：流体力学基础 (第1章至第3章) 第1章：流体力学的基本概念与研究方法： 详细阐述流体（液体与气体）的定义、流体力学的研究对象与范围，并区分拉格朗日和欧拉描述方法。重点介绍流体微团的运动分析（物质导数）以及描述流场的基本物理量，如流线、迹线、流管等。引入流体力学的基本假设，为后续理论推导奠定基础。 第2章：流体的本构关系与基本方程（一）： 聚焦于流体的静力学。系统推导静水压力分布方程，阐述帕斯卡定律及其在工程中的应用。深入分析作用在平面和曲面上的静水总压力、压力中心及其力矩计算方法，这对水利工程和船舶设计至关重要。 第3章：流体的守恒定律： 本章是全书的理论核心。严格推导并阐释三大基本守恒定律在流体运动中的应用： 质量守恒（连续性方程）： 分别在微分形式和积分形式下进行推导，并讨论其在定常流动和非定常流动中的具体表现。 动量守恒（牛顿第二定律的流体形式）： 详细推导欧拉方程（无粘流体）和纳维-斯托克斯（N-S）方程（粘性流体）的基础形式，并解释张量在动量方程中的作用。 能量守恒： 建立适用于热力学过程的能量方程，考虑粘性耗散和热传导项，为热流耦合问题打下基础。 第二部分：经典流动分析 (第4章至第7章) 第4章：无粘流动理论与伯努利方程： 重点研究理想流体。详细推导伯努利方程，探讨其适用条件和局限性。引入势流理论，介绍圆柱绕流、双浆体等简单势流的叠加原理，用于初步估算复杂几何体的外部流场。 第5章：粘性流动基础与边界层理论： 这是理解实际流体特性的关键。深入分析流体的粘性效应，引入雷诺数（Reynolds Number）的概念及其对流动形态（层流与湍流）的决定性影响。详细阐述普朗特边界层理论，推导斯托克斯流动（Creeping Flow）和 Couette 流动（平板剪切流）的精确解，以及普朗特-布劳修斯（Blasius）一维边界层方程及其求解方法。 第6章：外部绕流与阻力升力： 将理论应用于实际的物体绕流问题。分析流体绕过平板、圆柱和翼型时的流动特性，重点讨论尾流的形成、分离现象及冯·卡门涡街。系统介绍阻力（Drag）和升力（Lift）的产生机理，特别是对机翼剖面的分析。 第7章：内部管道流动： 针对工程中常见的管路系统。详细分析粘性流体在圆管中的层流和湍流流动，推导达西-魏斯巴赫公式，并引入沿程和局部阻力的概念。讨论雷诺数对摩擦系数的影响，以及管网中的能量损失计算和优化。 第三部分：可压缩流动与高级主题 (第8章至第10章) 第8章：一维可压缩流动： 专门处理气体高速流动问题。从等熵流动出发，推导临界马赫数、气流加速与减速的特性。详细阐述正激波和斜激波的Hugoniot关系，并介绍喷管（如De Laval喷管）的设计原理，这是火箭推进和高速风洞设计的基础。 第9章：流体测量技术： 介绍实验流体力学的前沿技术。涵盖压力测量（皮托管、静压孔）、速度测量（粒子图像测速 PIV、热线风速计 HWA）和流动可视化技术，帮助读者理解如何将理论模型与实验数据进行对比验证。 第10章：湍流模型导论： 鉴于湍流流动的复杂性，本章提供必要的理论入门。讨论湍流的统计特性，介绍雷诺应力方程的封闭性问题，并简要概述雷诺平均Navier-Stokes (RANS) 方程的基本思想，为后续的数值计算做准备。 第四部分：计算流体力学（CFD）基础 (第11章与第12章) 第11章：数值方法的引入： 将流体力学方程与数值求解技术相结合。介绍离散化思想，重点阐述有限差分法（FDM）在求解一维对流-扩散方程中的应用，包括迎风格式和中心差分格式的稳定性和精度比较。 第12章：CFD求解器概述与后处理： 概述商用CFD软件（如Fluent, OpenFOAM）的工作流程，包括网格划分、求解器选择（压力-速度耦合算法如SIMPLE）和边界条件的设置。最后，强调流场后处理技术，如等值线图、矢量图和统计量提取在工程分析中的重要性。 三、本书特色 1. 理论与工程的平衡： 本书不仅注重N-S方程的数学推导，更通过大量选自航空航天、石油化工、环境工程和生物医学工程的工程实例（如泵和风机的性能分析、管道泄漏检测、换热器设计），展示流体力学在解决实际问题中的强大能力。 2. 数学工具的系统性： 对矢量分析、张量分析和偏微分方程的初步应用给予足够的重视，确保读者能够理解复杂方程背后的数学本质。 3. 图例与习题丰富： 每一章末尾均附有结构清晰的例题解析和难度适中的课后习题，习题部分包含理论证明、数值计算和工程应用三类，以巩固学习效果。 4. 现代视角： 引入计算流体力学的基础知识，使读者能够顺利衔接到更专业的CFD课程或进行前沿研究。 《流体力学基础与应用》旨在培养学生严谨的科学思维和解决复杂工程流体问题的能力，是流体力学领域不可或缺的参考读物。

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这本《机械设计课程设计》的厚度和分量，光是捧在手里就能感受到它蕴含的知识密度。我记得刚开始翻阅时，那种面对一座宏伟大厦的敬畏感油然而生。书中对基础理论的梳理非常扎实，仿佛是老一辈工程师的经验结晶被细致地拆解、重构，然后以最清晰的逻辑呈现出来。它不像某些教材那样枯燥地堆砌公式，而是巧妙地将理论融入到实际的设计案例分析中。比如，它在讲解如何选择合适的传动系统时，会引入几个不同工业场景的真实问题，让你去权衡效率、成本和可靠性之间的微妙平衡。我特别欣赏它对“约束条件”的强调，这才是机械设计真正的灵魂所在。很多新手往往只关注“能不能实现”，而这本书引导你去思考“在现有资源和限制下，如何实现最优解”。每一个章节的案例都像是一场微型的实战演习，读完后，你会发现自己看待机械结构的方式已经悄然发生了变化，不再是孤立地看零件，而是将其视为一个相互作用的动态系统。那份详尽到令人发指的图表和参数表格，更是让人觉得手边有一套随叫随到的设计手册。

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翻开这本书，最大的感受是它的“工程浪漫主义”。它没有回避复杂性，反而热情洋拥抱了那些让人头疼的细节。比如，在处理疲劳强度和失效分析的部分，作者似乎非常执着于挖掘每一个可能导致结构失效的隐秘因素，从材料的微观结构到载荷施加的动态过程，无一不涉及。我印象最深的是关于“公差与配合”那一章，通常这部分内容会被处理得非常教条和乏味，但在这里，它被提升到了一种“人机工程学”和“制造精度哲学”的高度来探讨。作者用一系列生动的比喻，将抽象的几何尺寸偏差具象化成实际装配时的松紧、间隙和磨损速度。这种叙述方式，让原本晦涩的ISO标准和公差带图表，仿佛拥有了生命，不再是冷冰冰的数字，而是指导你如何“制造可信赖的机器”的智慧箴言。它教会我的，不仅仅是如何计算，更是如何预见问题，如何通过设计语言来规避未来的麻烦。读这本书，感觉像是在跟随一位经验丰富的大师，进行一对一的“避坑”指导。

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坦白说，这本书的阅读体验是带有挑战性的，但这种挑战恰恰是其价值所在。它不是一本用来快速浏览、应付考试的“速成宝典”。它的文字密度很高，每一个段落都可能包含好几层含义。我发现自己经常需要停下来，反复阅读某些关键性的定义和推导过程，甚至需要对照着查阅一些机械原理的基础文献来加深理解。它对读者心性的要求很高，需要一种沉下心来、带着批判性思维去“啃”的毅力。但正是在这种“啃”的过程中，知识才真正内化为能力。比如，在讨论齿轮强度计算的迭代修正环节，作者会详细阐述不同修正系数选择的背景和适用范围，这迫使你必须深入了解设计规范背后的历史沿革和工程妥协。这本书更像是一部需要“慢读”的典籍，它要求你像对待精密仪器一样去对待每一个知识点，确保每一个螺丝钉都拧紧了。

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这本书的结构安排，简直是一部精妙的“解谜指南”。它遵循着从宏观到微观，再到系统集成的完整设计流程，逻辑链条几乎没有断裂之处。我尤其欣赏它在介绍优化设计方法时的那种现代感。它不像传统的教科书那样只停留在数学推导层面，而是紧密结合了有限元分析（FEA）和计算机辅助工程（CAE）的实际应用。书中提供的那些案例研究，比如某个复杂曲面零件的拓扑优化过程，不仅展示了最终的结果，更详细地剖析了从初始模型建立到网格划分，再到边界条件设定的每一步决策背后的考量。这对于我们这一代习惯了软件辅助设计的学生来说，无疑是一剂强心针。它让我们明白，软件只是工具，真正的设计思维和工程判断力才是核心。它巧妙地平衡了理论深度与软件应用的前沿性，确保读者既能理解“为什么”要这样做，也能掌握“如何”用现代手段高效实现。

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最让我感到惊喜的是，这本书在“创新与未来趋势”方面的视野十分开阔。它并未将机械设计局限在传统的“钢铁森林”中，而是引入了智能制造、材料科学前沿以及人机交互等跨学科的视角。例如，书中探讨了如何将传感器和反馈机制集成到传统机构设计中，以实现预测性维护和自适应控制。这种对未来工业图景的描绘，极大地拓宽了我们对“机械设计”这个专业的想象空间。它不仅解答了“如何把东西造得更结实、更高效”的问题，更引导我们思考“未来的机器应该是什么样子”。书中关于模块化设计和可重构系统的讨论尤其精彩，它为我们指明了如何跳出固定的思维框架，去设计更具适应性和可持续性的复杂系统。读完这本书，我感觉自己不再只是一个机械制图员或计算员，而是一个有能力去塑造未来工程系统的设计者。它为我未来的职业生涯奠定了既坚实又充满前瞻性的基石。

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