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出版者:Marcel Dekker Inc

作者:Currie, Iain George

出品人:

页数:548

译者:

出版时间:2002-12

价格:$ 131.02

装帧:HRD

isbn号码:9780824708863

丛书系列:

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• 流体力学
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深入理解流体行为的基石：一场流体力学领域的全面探索 图书名称： （此处省略您提供的原书名，以避免内容重复和焦点转移，我们将重点放在本书将涵盖的主题上） 内容概要： 本书旨在为读者提供一个全面、深入且严谨的流体力学知识体系，涵盖从宏观现象到微观机理的各个层面。我们聚焦于构建扎实的理论基础，并辅以丰富的工程应用实例，确保读者不仅理解“是什么”，更能掌握“为什么”以及“如何应用”。 第一部分：流体力学的基本概念与连续介质假设 本部分是构建整个流体力学知识体系的基石。我们将从物质的本性出发，探讨流体与固体在力学行为上的本质区别。 1.1 流体的定义与分类： 详细阐述牛顿流体与非牛顿流体、可压缩流体与不可压缩流体的区分标准及其在工程中的意义。我们将探讨表面张力、粘性等关键性质的微观根源。 1.2 连续介质假设： 深入分析流体力学分析中至关重要的宏观近似——连续介质假设。我们将讨论该假设成立的条件（如马赫数、雷诺数）及其在不同尺度问题中的适用性。对流体微元的几何描述，如位移场、速度场和应变率张量，进行详尽的数学构建。 1.3 物质导数与控制体/控制面分析： 重点剖析物质导数（或随体导数）在描述流体运动随物质点变化中的核心作用。继而，引入欧拉观点（控制体）与拉格朗日观点（物质点）的视角转换，为后续的守恒定律在积分形式上的建立奠定数学框架。 第二部分：流体静力学与守恒定律的积分形式 在理解基本概念后，本书将转向流体静止状态下的平衡分析，并在此基础上推广至运动流体的守恒定律。 2.1 流体静力学： 详细推导压力在流体中的分布规律，包括等压面、测压管原理以及浮力、浮心与稳性分析。重点阐述帕斯卡定律及其在液压系统中的应用。 2.2 质量守恒定律（连续性方程）： 在控制体框架下，系统地推导质量守恒方程的积分形式与微分形式。特别关注不可压缩流体中连续性方程的简化形式及其对速度场的约束。 2.3 动量守恒定律（牛顿第二定律）： 这是流体力学分析的核心。我们将从牛顿第二定律出发，推导出动量守恒方程（欧拉方程）的积分形式，并阐述动量方程在计算喷射力、水轮机反作用力等工程问题中的应用。对边界层内动量损失的概念进行初步引入。 2.4 能量守恒定律： 建立适用于热力学过程的能量方程，区分导热、粘性耗散和流体功项。讨论绝热流动、等熵流动以及流体做功的机制。 第三部分：微分形式的控制方程与基本流型 本部分将理论推向更高层次，关注控制方程的微分形式，这对于分析复杂的、局部变化的流动是不可或缺的。 3.1 纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes Equations）： 详尽推导粘性流体的动量守恒方程——纳维-斯托克斯方程。分析压力梯度项、粘性应力项和惯性项的物理意义。讨论在不同假设下（如无粘流体，即欧拉方程）的简化与应用。 3.2 标量输运方程： 将质量、动量、能量的控制方程置于矢量微分算子框架下，理解流场中各种物理量（如温度、浓度）的对流、扩散过程。 3.3 无粘流动分析（势流理论）： 在特定条件下，分析无粘、不可压缩流体（势流）的特性。引入流函数和速度势的概念，讨论平面势流的基本叠加原理，如源、汇、偶极子和均匀流的组合，并应用于翼型周围的初步流动分析。 第四部分：流动分类与重要无量纲数 流动的分类是简化复杂问题的关键。本部分将围绕无量纲分析，提炼出支配流动的关键参数。 4.1 雷诺数（Reynolds Number）： 深入探讨雷诺数在判断流动状态（层流与湍流）中的决定性作用。通过量纲分析（Buckingham $pi$ 定理的初步应用），系统性地展示无量纲化在物理建模中的强大能力。 4.2 边界层理论导论： 阐述普朗特边界层概念的提出背景。对于高雷诺数流动，分析边界层内部速度梯度剧烈变化的区域特性，区分压强梯度对边界层分离的影响。 4.3 相似性原理与模型试验： 讨论流体力学中的相似性准则，包括几何相似、运动学相似和动力学相似。解释如何通过缩比模型试验预测全尺寸工程结构（如飞机、船舶）的流体力学性能。 第五部分：特定流动的深入分析 本部分将应用前述理论解决具有代表性的、在工程中至关重要的流动问题。 5.1 管内流动： 详细分析层流和湍流在圆管道中的速度剖面、压降计算（如达西-韦斯巴赫公式的推导）。引入摩擦因子图（Moody图）的应用，并讨论管道中的局部阻力。 5.2 明渠流动： 针对具有自由表面的流动，如河流、灌溉渠道，引入弗劳德数。分析均匀流、非均匀流，并深入探讨水跃现象的发生机理与能量耗散。 5.3 外部绕流： 研究流体绕过实体物体（如平板、圆柱体、翼型）时的流动特性。重点分析升力、阻力的来源，讨论绕流的尾流结构、涡脱落现象（卡门涡街），以及物体外形对阻力的影响。 5.4 可压缩流体基础（超音速流动简介）： 在不可压缩流体的基础上，引入马赫数对流动特性的影响。简要介绍等熵膨胀/压缩、正激波和斜激波的基本概念及其在喷气推进系统设计中的初步意义。 本书特色： 本书的编写风格注重物理图像的清晰表达与数学推导的严谨性相结合。每一章均配有大量的概念检验题和深度应用案例，旨在帮助学习者将抽象的数学模型与实际工程挑战紧密联系起来，从而培养出独立分析和解决复杂流体力学问题的能力。我们力求将流体力学从一门“计算的学科”提升为一门“理解的学科”。

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我发现这本书在内容的编排上，非常注重知识的递进性和连贯性。从最基础的流体静力学，到流体动力学的基本原理，再到更复杂的湍流和压缩性流体等内容，整个体系构建得非常严谨，逻辑性极强。作者在讲解每一个概念的时候，都会首先回顾之前学过的相关知识点，然后在此基础上引入新的内容，使得学习过程非常平滑，不会有突兀感。我特别赞赏书中对“量纲分析”和“相似原理”的讲解，这部分内容对于理解和简化复杂的流体力学问题至关重要。作者用了很多简洁明了的例子，比如对不同尺寸的飞机模型进行风洞试验，来解释这些原理是如何在工程实践中发挥作用的。而且，这本书的数学推导过程也写得非常详细，每一步骤都清晰可见，即使对于数学基础不是特别扎实的读者，也能跟随作者的思路进行理解。我个人觉得，一本优秀的教材，应该能够让不同水平的读者都能从中获益，而这本书无疑做到了这一点。

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从这本书的字体选择、章节划分到理论阐述的逻辑顺序，我都能感受到作者在教学设计上的用心。它并没有像某些枯燥的教科书那样，把所有的公式和定义一股脑儿地抛给读者，而是循序渐进，层层递进。例如，在讲解流体涡量时，作者并不是直接给出一个复杂的数学公式，而是先从生活中常见的“漩涡”现象说起，引导读者去思考“旋转”的本质，然后再慢慢引入“涡量”的概念，并通过一系列的物理图像和简化模型来帮助读者理解。这种“具象化”的讲解方式，对于我这样一个初学者来说，非常有帮助。而且，书中对于每一个概念的定义，都力求做到精准而简洁，避免了不必要的术语堆砌。我个人觉得，好的教材，应该能够让读者在轻松愉快的氛围中，不知不觉地掌握复杂的知识。

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这本书的排版设计让我耳目一新。相比于我之前看过的很多技术书籍，它在视觉上更加舒适，也更容易阅读。字体的选择、行间距的设置都恰到好处，不会给眼睛造成过度的疲劳。而且，书中使用了大量的图表和示意图，这些插图的质量非常高，线条清晰，色彩搭配也很合理，能够非常直观地展示流体运动的物理过程。例如，在讲解流线、迹线和尘埃线时，书中提供的示意图非常生动形象，让我能够清楚地分辨这三者之间的区别和联系。此外，书中还运用了一些特殊的排版技巧，比如将重要的公式用醒目的颜色突出显示，将难点概念用特殊字体标记出来，这些细节都极大地提升了阅读体验。我个人觉得，一本好的书，除了内容本身要精彩，形式上的呈现同样重要，它能够直接影响到读者的阅读意愿和学习效果。

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我一直在寻找一本能够让我深入理解流体力学本质的书籍，而《Fundamental Mechanics of Fluids》恰恰满足了我的需求。这本书最大的优点在于，它不仅仅是陈述知识点，更注重引导读者去思考“为什么”。例如，在讲解流体守恒定律时，作者并没有直接给出方程，而是从宏观和微观两个层面，通过形象的比喻和逻辑推理，让读者自己去推导出守恒方程的物理意义，然后再给出其数学形式。这种“探究式”的学习方式，让我对流体力学有了更深层次的理解。而且，书中对于每一个重要概念的引入，都伴随着大量的图示和示意图，这些图示不仅美观，而且信息量巨大，能够非常直观地展示流体的运动状态。我个人认为，一本好的教材，应该能够激发读者的好奇心，引导他们主动去探索知识的奥秘，而这本书无疑做到了这一点。

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这本书的逻辑结构设计得非常巧妙，它不像一般的教科书那样，把所有的内容都堆砌在一起，而是将流体力学庞杂的知识体系划分成了几个相对独立的模块，每个模块之间又有着紧密的联系，形成一个有机整体。我特别欣赏它在章节安排上的考虑，从最基础的流体静力学开始，逐步过渡到流体动力学，再到更复杂的湍流理论和边界层理论。这种循序渐进的讲解方式，让我在学习过程中能够一步一个脚印，不至于被海量的信息 overwhelming。而且，书中对于每一个重要概念的引入，都力求做到“知其然，更知其所以然”。比如，在讲解伯努利方程时，作者花费了相当的篇幅来解释其物理背景和推导过程，并强调了其适用条件和局限性。这对于我理解这些理论的本质，避免死记硬背至关重要。此外，书中还穿插了大量的例题，这些例题的难度适中，覆盖了该章节的核心知识点，通过对例题的深入分析和解答，我能够更有效地巩固所学内容，并且学会如何将理论知识应用于实际问题。我个人认为，这种“理论讲解 + 例题分析”的模式，是提高学习效率的有效途径。

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这本书的封面设计是那种经典的学术风格，深蓝色的封底搭配银色的书名，显得非常沉稳，一眼就能看出这是一本偏重理论的书籍。我一开始拿到它的时候，其实并没有抱太大的期望，毕竟流体力学这个学科本身就充满了抽象的概念和复杂的数学推导，很多教材往往写得晦涩难懂，让人望而却步。然而，《Fundamental Mechanics of Fluids》给了我一个不小的惊喜。它不像某些同类书籍那样上来就抛出大量的公式和定理，而是从流体力学的基本概念入手，循序渐进地引导读者建立起对流体运动的直观理解。例如，在讲解流体的连续性方程时，作者并没有直接给出数学表达式，而是先通过类比宏观的水流和微观的粒子流，形象地说明了物质守恒的原理，然后才自然而然地引出数学模型。这种“先理解，后推导”的方式，对于我这样一名初学者来说，无疑是一种极大的帮助。我尤其喜欢书中关于流体性质的章节，它不仅列举了常见的流体，还深入探讨了粘性、密度、表面张力等关键参数对流体行为的影响，并且结合了大量的实际案例，比如飞行器的升力产生、管道中的液体流动阻力等，使得原本枯燥的物理概念变得生动有趣，也让我对这些参数的物理意义有了更深刻的认识。这本书的叙述语言也相当精炼，没有过多的修饰和冗余，每一个句子都紧扣主题，力求将最核心的信息传递给读者，这一点非常难得。

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我最欣赏这本书的是它在讲解过程中，始终保持着一种严谨而又不失活泼的学术态度。作者在阐述每一个理论时，都会清晰地指出其前提条件和适用范围，并且会适时地提醒读者注意一些常见的误区。这让我对流体力学有了一个更加深刻和全面的认识，避免了望文生义的陷阱。而且，书中对于一些历史上的争论和发展过程也有所提及，比如牛顿流体和非牛顿流体的区别，以及在不同历史时期人们对流体性质认识的演变。这不仅增加了知识的深度，也让我对科学探索的过程有了更直观的感受。我个人觉得，一本优秀的教材，不应该只是一个知识的罗列者，更应该是一个思想的启迪者。它应该能够激发读者对科学的兴趣，引导读者去思考，去探索。

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我拿到《Fundamental Mechanics of Fluids》这本书的时候，其实最吸引我的就是它扉页上那句“献给所有对流动世界充满好奇的探索者”。这句话让我觉得，作者不仅仅是在传授知识，更是在传递一种精神。这本书的叙事风格非常独特，它不像我之前读过的很多教材那样，上来就是公式和推导，而是用一种非常平易近人的语言，一步一步地引导你进入流体力学的世界。就好像一位经验丰富的导师，耐心地向你解释每一个概念背后的物理意义。我尤其喜欢书中关于流体粘性的章节，作者用了很多生动的比喻，比如蜂蜜的粘稠和水的流动，让我一下子就理解了粘性这个抽象的概念。然后，再结合一些实际的例子，比如管道输水时的阻力，就让我更深刻地体会到粘性在实际中的重要性。而且，这本书中的插图质量也非常高，每一张插图都精准地描绘了流体运动的形态，非常有助理解。例如，在讲解漩涡的时候，作者绘制了非常清晰的示意图，让我能够直观地看到涡旋的形成和发展过程。这对于我这样视觉型学习者来说，简直是福音。

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这本书的语言风格非常朴实，没有华丽的辞藻，也没有故弄玄虚的表达。作者用最直接、最清晰的方式将复杂的流体力学概念呈现给读者。我尤其喜欢书中在讲解一些关键理论时，会穿插一些非常贴近生活的例子。比如，在讲解流体中的压强时，作者会用潜水员在水下感受到的压力变化来类比，让你一下子就能体会到压强与深度的关系。又比如，在讲解表面张力时，会提到水滴的形状以及一些昆虫如何在水面上行走，这些生动的例子，让原本枯燥的物理原理变得鲜活起来。而且，书中对于每一个数学推导，都写得非常详细，每一步计算都清晰可见，不会让你感到迷茫。这一点对于我这样数学功底不算特别深厚的读者来说，简直是福音。

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这本书的讲解方式非常注重理论与实践的结合，这一点让我印象深刻。它不仅仅停留在抽象的数学推导层面，而是会通过大量的实际案例来佐证理论的正确性，并且帮助读者理解这些理论在现实世界中的应用。我尤其喜欢书中关于“边界层理论”的章节，作者并没有直接给出纳维-斯托克斯方程的复杂形式，而是先从一个简单的水流通过障碍物的例子入手，解释了边界层是如何形成的，以及它对流体运动产生的关键影响。然后，再慢慢引入能量方程和动量方程，最终导出了求解边界层方程的方法。这种由浅入深、由现象到本质的讲解思路，让我能够更好地理解这些复杂的理论。此外，书中还穿插了一些历史背景的介绍，比如达西、雷诺等科学家在流体力学发展史上的贡献，这不仅增加了阅读的趣味性，也让我对这个学科的发展脉络有了更清晰的认识。我个人觉得，一本好的教材，不仅要教会你“是什么”，更要告诉你“为什么”和“如何用”。

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