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出版者:Butterworth-Heinemann

作者:Doddannavar, Ravi

出品人:

页数:240

译者:

出版时间:2005-4

价格:$ 75.65

装帧:Pap

isbn号码:9780750662765

丛书系列:

图书标签:

• 液压系统
• 液压技术
• 工程流体动力学
• 机械工程
• 流体动力学
• 工业自动化
• 维护
• 故障排除
• 实践指南
• 液压原理

机械工程的基石：流体力学与流体动力系统设计 一本深入探讨流体行为、输送、控制及应用工程的权威著作。 本书旨在为机械工程、土木工程、航空航天工程以及相关学科的工程师、研究人员和高级学生提供一个全面、严谨且具有高度实践指导意义的知识体系。它不仅仅是一本教科书，更是一本工程实践者的参考手册，聚焦于如何将流体力学的理论原理转化为高效、可靠的工程系统。 本书的结构设计遵循从基础理论到复杂系统集成的逻辑顺序，确保读者能够系统地掌握流体动力系统的设计、分析与优化所需的核心技能。 --- 第一部分：流体力学基础与流体性质的精确量化 本部分奠定了理解所有流体系统的物理基础，强调精确的物理解释和数学建模。 第一章：流体的基本概念与宏观描述 详细阐述了流体（液体和气体）与固体在应力响应上的本质区别。内容涵盖了流体的基本物理性质，如密度、比重、粘度（牛顿流体与非牛顿流体）、表面张力、压缩性和热力学特性。重点分析了流体的宏观描述方法，包括物质点、控制体和拉格朗日描述的适用范围。 第二章：流体静力学：静止流体的平衡分析 本章深入探讨了流体在平衡状态下的压力分布规律。详述了静水压力随深度变化的规律（帕斯卡定律），以及在加速或旋转参考系下的等压面分析。内容覆盖了各种压力测量仪器（如皮托管、压力传感器、U型管压力计）的工作原理和误差分析。此外，详细推导了作用在平面和曲面上流体力的计算方法，并讨论了浮力、浮心和稳性问题。 第三章：流体运动学：无应力运动的几何描述 从纯粹的几何角度描述流体的运动。本章关注流线、迹线和脉线之间的区别与联系。引入了流场描述中的速度场、加速度场和涡度概念。对常见的流型，如定常流、不可压缩流、均匀流和二维流，进行了清晰的数学界定和可视化分析。 第四章：流体动力学基础方程 这是全书的核心理论支柱。本章系统地推导和应用了流体动力学的三大守恒定律： 1. 质量守恒（连续性方程）： 在不同坐标系和不同流体类型下的形式。 2. 动量守恒（纳维-斯托克斯方程）： 详细解析了牛顿第二定律在流体元上的体现，并讨论了牛顿流体与非牛顿流体动量方程的差异。 3. 能量守恒（第一热力学定律）： 适用于流体流动的形式，涉及粘性耗散和热传导。 本章末尾，将重点探讨简化方程的应用，如欧拉方程（无粘流）和伯努利方程（定常、不可压缩、无粘流）的严格适用条件和实际修正。 --- 第二部分：流动分析与管道系统设计 本部分将理论知识应用于实际的流动工程问题，特别是管道和渠道中的能量损失与输送。 第五章：粘性流动的分析与边界层理论 深入研究粘性对流体运动的影响。本章详细介绍了雷诺数（Reynolds Number）的物理意义及其在判断层流与湍流中的关键作用。 管内流动： 对圆管内层流（泊肃叶流动）和湍流的阻力系数、速度剖面进行了精确分析。 边界层理论： 引入普朗特边界层概念，分析了附着、分离现象，以及平板上的摩擦阻力计算。 第六章：流动中的能量损失与水力计算 重点解决工程实践中不可避免的能量损失问题。区分了沿程（主要）损失和局部（次要）损失。 沿程损失： 详细应用达西-魏斯巴赫方程，并使用穆迪图（Moody Chart）进行快速、精确的摩擦系数确定。 局部损失： 系统分析了阀门、弯管、收缩段和扩散段等流体附件引起的能量损失系数（K值）的确定方法，以及如何将这些损失整合到总水头损失计算中。 第七章：流体输送系统与泵的基础 本章聚焦于如何利用机械能输入（泵）克服系统阻力，实现流体的有效输送。 泵的基础理论： 介绍离心泵、轴流泵和容积泵的工作原理、性能曲线（扬程-流量、效率-流量）。 系统匹配： 讲解如何建立管道系统曲线与泵性能曲线，确定最佳工作点。探讨汽蚀现象的预防、吸入扬程的计算（NPSH）。 --- 第三部分：流体动力元件与系统控制 本部分转向流体动力系统的核心——如何控制流体的方向、压力和流量，是液压与气动系统的设计基础。 第八章：流体动力元件的原理与特性 本章细致剖析了现代流体动力系统中的关键控制元件： 流量控制： 节流阀、分流阀和调速阀的工作特性、流量-压力降关系。 压力控制： 溢流阀（安全阀）、减压阀和背压阀的结构、工作逻辑和控制精度分析。 方向控制： 二通、三通、四通阀的工作原理，以及电磁阀、伺服阀在快速响应中的应用。 第九章：液压与气动系统元件的选型与集成 将元件提升到系统层面进行考察。 动力元件： 液压泵和气源（空压机）的选择标准，容积效率与机械效率。 执行元件： 液压缸和液压马达的选型，考虑负载、速度和工作循环的要求。分析单作用、双作用缸的控制回路。 辅助元件： 蓄能器（缓冲与储能应用）、过滤器和冷却器的作用与设计考量。 第十章：动态响应与系统稳定性分析 针对现代高精度自动化需求，本章引入动态分析方法。 瞬态分析： 考察启动、停止和换向过程中产生的压力和流量瞬变现象，如水锤效应的识别与缓解措施。 频率响应： 利用传递函数概念初步分析控制阀和执行器的动态特性，探讨反馈控制在维持系统稳定和动态性能中的作用。 --- 第四部分：特殊流体系统与高级应用 本部分拓宽了读者的视野，涵盖了工程中需要特殊处理的流体流动和能量转换场景。 第十一章：压缩气体流动与喷流技术 专门处理高马赫数下的气体流动问题。 等熵流： 重点分析气流通过喷管、文丘里管时的加速过程，临界压力比和最大流量的确定。 等熵流的能量转换： 深入探讨气动工具、燃气轮机和火箭喷管中的能量转化为动能的过程。 第十二章：多相流与非牛顿流体的处理 探讨在化工和特殊工艺中常见的复杂流体问题。 多相流： 气液两相流、气固两相流的工程建模挑战，例如管道中的气泡或固体颗粒的输运机制。 非牛顿流体： 针对剪切增稠、剪切稀化流体的特性，讨论其在搅拌、泵送和管道输送中的特殊阻力计算方法。 --- 本书特点： 本书的每一个章节都包含大量的工程实例分析（Case Studies）和详细的计算步骤（Step-by-Step Derivations）。所有理论推导都紧密结合实际工程规范和标准（如ANSI/ISO），确保读者学到的知识能够直接应用于现代工业设计和故障排除中。通过对系统集成、能量效率和可靠性设计的强调，本书致力于培养出能够应对复杂流体动力学挑战的优秀工程师。

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