Introduction To Thermal And Fluid Engineering pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Oxford Univ Pr

作者:Kraus, Allan D./ Welty, James R./ Aziz, Abdul S./ Welty, aziz A., Jr.

出品人:

页数:784

译者:

出版时间:

价格:98

装帧:HRD

isbn号码:9780195161434

丛书系列:

图书标签:

• 热工学
• 流体力学
• 传热学
• 工程热物理
• 流体工程
• 热传递
• 流体流动
• 热力学
• 工程应用
• 传热换热

好的，这是一本名为《现代流体力学与传热学基础》的图书的详细简介。 --- 现代流体力学与传热学基础 概述 《现代流体力学与传热学基础》是一部系统、深入探讨工程热力学核心分支——流体力学和传热学基本原理与应用的大型参考书与教材。本书旨在为工程、物理科学以及相关领域的研究生和高年级本科生提供坚实的理论基础，同时为工程师和科研人员提供解决实际工程问题的实用工具。本书的独特之处在于其对物理现象的深刻洞察力、严谨的数学推导，以及对现代计算方法与实验技术的整合。 本书的结构设计遵循逻辑递进的原则，从宏观现象的描述过渡到微观机理的分析，并最终落脚于工程应用。我们力求在保持数学严谨性的同时，突出物理图像的清晰性，帮助读者建立对流体运动和能量传递过程的直观理解。 第一部分：流体力学基础 本部分侧重于描述和分析流体的宏观运动规律及其背后的物理机制。 第一章：流体力学基本概念与流体静力学 本章首先界定流体（液体和气体）的特性，包括密度、粘度、可压缩性等，并引入了连续介质假设。重点讲解了流体运动的描述方法，包括拉格朗日和欧拉视角。随后，系统阐述了流体静力学的原理，推导了静水压力分布方程，并应用伯努利原理的静力学特例来分析浸没体上的合力与力矩计算，例如浮力与阿基米德原理的深入探讨。 第二章：流体动力学控制方程 本章是流体力学分析的基石。详细推导了流体运动的三个基本守恒定律在控制体和微分形式下的表达： 1. 质量守恒（连续性方程）： 从积分形式推导至微分形式，讨论了不可压缩流体下的简化形式。 2. 动量守恒（纳维-斯托克斯方程）： 严格推导了牛顿流体的动量方程，清晰区分了惯性力、压力梯度力、重力和粘性力（剪切应力）的作用。本章详细分析了方程中非线性项的物理意义及其对流动复杂性的贡献。 3. 能量守恒方程： 以热力学第一定律为基础，推导出描述能量传递（热传导、对流和功）的微分形式。 第三章：粘性流动的经典解法 本章专注于求解特定几何约束下的精确解析解，以深化对粘性效应的理解： 牛顿粘性流动的层流： 详细分析了泊肃叶流（Pipe Flow）和库埃特流（Couette Flow）的经典案例，计算了速度剖面、剪切应力以及相应的压降。 边界层理论的引入： 阐述了普朗特边界层理论的物理基础，重点分析了平板上的Blasius方程，并介绍了其数值求解的重要意义。 流线、迹线与流场可视化： 探讨了流函数和速度势函数的应用，以及如何通过数学工具描述复杂流场的拓扑结构。 第四章：无粘流、势流与相似性原理 本章探讨了理想化模型下的流动特性： 欧拉方程与伯努利方程的完整应用： 拓展了伯努利方程的应用范围，包括流束分析和膨胀过程的能量分析。 势流理论： 介绍了速度势和流函数，利用复变函数理论分析二维无粘不可压缩流动的叠加原理，如偶极子、源/汇的组合，并应用于翼型前缘的伯努利压力分布的初步分析。 流动相似性与量纲分析： 深入讲解了$pi$定理的应用，通过无量纲化识别关键的无量纲参数（如雷诺数$Re$、弗洛德数$Fr$、马赫数$Ma$），为实验设计和模型外推提供了理论依据。 第五章：湍流与复杂流动现象 本章过渡到工程中最常见的湍流现象： 湍流的统计特性： 描述了湍流的随机性、脉动速度、平均量和脉动量，引入了Reynolds应力概念。 湍流模型基础： 详细介绍雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程，并讨论了湍流建模的挑战。重点介绍零阶模型（如混合长度模型）和简单的一阶模型（如$k-epsilon$模型）的基本结构和物理意义。 管内流动与边界层分离： 分析了湍流管流的摩擦因子与雷诺数的关系（Moody图的推导基础），并探讨了压力梯度对边界层分离的影响及其工程后果。 第二部分：传热学基础 本部分聚焦于能量从高温区域向低温区域传递的三种基本机理：传导、对流和辐射。 第六章：热传导基础 本章系统研究了固体和静止流体中的热量传递： 傅里叶定律： 从微元体分析出发，推导出傅里叶导热定律，明确了热流密度与温度梯度的关系。 稳态导热： 求解一维、二维和三维稳态导热问题的拉普拉斯方程和泊松方程。详细分析了平面壁、圆柱壳体和球壳的定常导热计算，以及接触热阻的概念。 非稳态导热（瞬态传热）： 引入毕奥数（Biot number）分析集总参数法（Lumped Capacitance Method）的适用性。对于更复杂的情况，推导并应用半无限大物体和无限大平板的瞬态导热解（使用分离变量法或误差函数）。 热源存在下的导热： 探讨内部热源对温度场的影响，例如核反应堆燃料棒或电加热元件的温度分布。 第七章：热对流 本章将流体力学与传热学相结合，是本书的重点之一： 对流传热的基本概念： 定义了对流传热系数（换热系数）$h$，并阐述了其依赖性（流体物性、流速、几何形状）。 强迫对流： 重点分析了平板上的流动（层流和湍流）的努塞尔数（Nusselt number）经验关联式推导与应用，以及管内流动的充分发展段和发展段的换热分析。讨论了内部流与外部流的差异性处理。 自然（自由）对流： 阐述了浮力驱动的流动，引入格拉晓夫数（Grashof number）和雷利数（Rayleigh number），分析了垂直板、水平板和圆柱周围的自然对流换热。 相变传热基础： 对沸腾和冷凝过程中的传热特点进行初步介绍，强调其换热系数远高于单相流体。 第八章：热辐射传热 本章独立探讨了不依赖于介质的能量传递方式： 辐射基本量： 定义了黑体辐射的斯忒藩-玻尔兹曼定律、辐射力、辐射率、吸收率、反射率和透射率之间的关系。 灰体与实体的辐射： 介绍了解决非黑体表面辐射问题的分析方法。 表面间辐射： 详细推导了辐射交换因子（View Factor）的几何性质（递归性、求和性），并利用网络方法（辐射电路类比）求解复杂多面体之间的净辐射换热，重点分析了辐射屏蔽和漫反射表面的影响。 第九章：换热器设计与综合传热问题 本部分将前述原理应用于实际工程系统： 换热器分析： 详细介绍对流传热系数的计算与总传热系数$U$的确定。推导了平均温度差法（LMTD）的适用性与局限性。 NTU-effectiveness 方法： 引入数效法（Number of Transfer Units），用于分析结构复杂的换热器，特别是在出口温度未知或流体热容比极端情况下的设计与性能评估。 传热与流阻的耦合： 探讨在换热器设计中，如何平衡热效率（高$h$）与流动阻力（低压降）之间的矛盾，这是优化设计的核心。 特色与优势 1. 深度与广度兼顾： 本书不仅覆盖了经典的基础理论，还引入了现代计算流体力学（CFD）和有限元/有限差分方法在求解控制方程中的基本思想（作为概念性介绍，而非深入的编程指南）。 2. 物理图像优先： 每一项重要方程的推导都伴随着对物理机制的清晰阐述，例如，如何从宏观动量守恒过渡到微观粘性剪切力的贡献。 3. 全面的例题与习题： 书中包含大量精心设计的算例，旨在巩固理论知识并展示工程应用步骤。习题部分难度梯度合理，适合不同层次的学习者。 4. 现代视角： 对诸如湍流建模的挑战性、辐射网络方法的现代化应用（例如在真空环境或高背温下的应用）进行了恰当的介绍。 《现代流体力学与传热学基础》是希望在热流科学领域打下坚实基础的读者不可或缺的参考资源。

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