A Brief Introduction To Fluid Mechanics, 2005 Justask! pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Young, Donald F.

出品人:

页数:560

译者:

出版时间:

价格:$127.80

装帧:Pap

isbn号码:9780471735595

丛书系列:

图书标签:

• 流体力学
• 流体 mechanics
• 工程流体
• 流体动力学
• 流体静力学
• 入门
• 教材
• Justask!
• 2005
• 物理学

流体力学基础：原理、应用与前沿探索 书籍名称：流体力学基础：原理、应用与前沿探索 目标读者： 本科生、研究生、工程师、科研人员以及所有对流体运动的科学和工程应用感兴趣的专业人士。 内容概要： 本书旨在提供一个全面且深入的流体力学导论，系统性地阐述流体运动的基本原理、分析方法以及在各个工程和自然科学领域的广泛应用。本书超越了对基本概念的简单介绍，力求通过严谨的数学推导、丰富的工程实例和最新的研究进展，构建读者对这一复杂而迷人领域的深刻理解。 全书结构清晰，从宏观的流体力学概念出发，逐步深入到微观的分子作用，最终涵盖从经典层流到复杂湍流的多种流动状态。 --- 第一部分：流体力学的基本概念与数学基础 (Foundations and Mathematical Framework) 本部分为后续复杂分析奠定坚实的理论基础。 第一章：流体的本质与连续介质假设 本章首先定义了流体（液体和气体）的物理特性，如粘性、密度、比热容和表面张力。重点讨论了流体力学区别于固体力学的核心——连续介质假设 (Continuum Hypothesis)。我们将探讨该假设的适用范围及其在微观尺度上的局限性。详细分析了流体的基本状态方程、热力学性质，以及压力和应力的定义。 第二章：流体运动的描述与参考系 介绍描述流体运动的两种基本方法：拉格朗日描述 (Lagrangian Description) 和 欧拉描述 (Eulerian Description)。通过坐标变换和物质导数（或随体导数，Material Derivative）的概念，建立了速度场、加速度场以及物质微团随时间变化的数学关系。本章还涵盖了流线（Streamlines）、迹线（Pathlines）和时间线（Streaklines）的区别与联系，并引入了描述流场特性的标量和矢量场概念。 第三章：流体力学中的守恒定律 流体力学分析的基石——三大守恒定律的数学表达： 1. 质量守恒 (Conservation of Mass)： 引入连续性方程 (Continuity Equation)，以微分形式和积分形式（控制体分析）进行阐述。讨论不可压缩流体和可压缩流体的具体形式。 2. 动量守恒 (Conservation of Momentum)： 严格推导纳维-斯托克斯方程 (Navier-Stokes Equations)。我们将详细解析牛顿运动定律在流体微团上的应用，区分粘性力和压力梯度项的物理意义。对于不可压缩牛顿流体，重点分析简化后的形式。 3. 能量守恒 (Conservation of Energy)： 讨论热力学第一定律在流动系统中的应用，推导出包含粘性耗散项的能量方程，并探讨等熵流动（Isentropic Flow）的特殊情况。 --- 第二部分：经典流动分析与无粘流体 (Classical Analysis and Inviscid Flows) 本部分侧重于解析解和简化模型的应用。 第四章：粘性流动的简化与解析解 针对纳维-斯托克斯方程的复杂性，本章研究特定边界条件下的简化流动模型： 泊肃叶流 (Poiseuille Flow)： 管道内牛顿流体的稳定层流，推导流量与压降的关系。 库埃特流 (Couette Flow)： 两个平行板之间的剪切流动，分析速度剖面和剪切应力。 边界层理论基础 (Introduction to Boundary Layer Theory)： 普朗特（Prandtl）对高雷诺数流动的革命性简化，引入边界层概念，区分惯性主导区和粘性主导区。 第五章：无粘流体与欧拉方程 在粘性可以忽略的情况下（高雷诺数），应用欧拉方程 (Euler Equations) 进行分析。 伯努利原理 (Bernoulli’s Principle)： 详细推导并讨论其适用条件（等熵、无加速和无粘性流动）。通过伯努利方程解决实际的静压、动压和总压测量问题。 势流理论 (Potential Flow Theory)： 引入速度势函数和流函数，分析二维无旋流动的叠加原理。介绍基本的势流模型，如源、汇、偶极子和均匀流的组合，以及用于分析机翼绕流的库塔-茹科夫斯基定理 (Kutta-Joukowski Theorem)。 --- 第三部分：实际流动现象与工程应用 (Real Flows and Engineering Applications) 本部分聚焦于不可压缩流动的实际工程问题，并过渡到更复杂的流态。 第六章：流体静力学与浮力 处理静止流体的平衡问题。推导流体中压力的随深度变化规律，分析浸没曲面和平面上的总压力和合力，并深入探讨阿基米德原理和浮力在船舶和潜水器设计中的应用。 第七章：量纲分析与相似性 (Dimensional Analysis and Similarity) 介绍白金汉 $pi$ 定理 (Buckingham $pi$ Theorem)，讲解如何通过无量纲数（如雷诺数 $Re$、马赫数 $Ma$、弗洛德数 $Fr$）来简化复杂问题，预测物理现象，并指导物理模型与原型之间的相似性（几何相似、运动学相似和动力学相似）。 第八章：不可压缩流动中的能量损失与管道流动 详细分析流体在管道、阀门和配件中因摩擦和局部阻力导致的能量损失（不可恢复的能量耗散）。推导达西-韦斯巴赫公式，讨论摩擦系数与雷诺数的关系（光滑管和粗糙管）。介绍扩展的伯努利方程，用于工程管路系统设计。 第九章：可压缩流动导论：声速与激波 当流速接近音速时，粘性、密度变化和能量交换变得至关重要。本章介绍声速的定义及其在不同介质中的传播。重点分析等熵流动，并导向正激波 (Normal Shock Wave) 的分析，介绍马赫数在激波两侧的变化，为超音速空气动力学奠定基础。 --- 第四部分：湍流与高级课题 (Turbulence and Advanced Topics) 第十章：湍流的特性与统计描述 湍流是流体力学中尚未完全解决的难题之一。本章介绍湍流的统计特性：脉动速度、雷诺应力。解释雷诺平均纳维-斯托克斯方程（RANS）的提出，并初步介绍湍流模型（如零方程模型、 $k-epsilon$ 模型）的基本思想，解释其在工程预测中的必要性。 第十一章：流动分离与升力/阻力 深入研究边界层从表面分离的机制，讨论分离如何显著增加阻力并可能导致失速。分析物体绕流中的升力产生机理（基于环量和压力分布），并探讨不同物体（翼型、球体、圆柱体）的阻力特性曲线。 结论与展望： 全书最后总结了流体力学在环境科学、生物医学工程（如血液动力学）、航空航天和能源技术等前沿领域中的核心作用，并展望了计算流体力学（CFD）在求解非定常和复杂湍流问题中的发展趋势。 --- 本书特色： 严谨的物理图像与数学推导相结合： 每一步推导都附有清晰的物理意义解释。 丰富的图表和算例： 大量手工计算实例和工程应用案例，帮助读者掌握解题技巧。 平衡性： 兼顾了理论分析的深度和工程应用的广度，确保读者既能理解“为什么”，也能知道“如何做”。 强调无量纲化： 贯穿始终地使用无量纲参数，培养读者对物理规律普适性的认识。

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