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出版者:McGraw-Hill Education (ISE Editions)

作者:Joseph Edward Shigley

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1986-12-01

价格:0

装帧:Paperback

isbn号码:9780071002929

丛书系列:

图书标签:

• 机械工程
• 机械设计
• 工程设计
• 机械原理
• 设计方法
• 工程力学
• 材料力学
• 制造工艺
• CAD/CAM
• 创新设计

《流体力学基础与应用》 内容简介 本书系统阐述了流体力学的基本原理、分析方法以及在工程实践中的广泛应用。全书结构严谨，内容翔实，旨在为读者提供扎实的理论基础和解决实际工程问题的能力。 第一部分：流体力学的基本概念与控制方程 本书首先介绍了流体力学的基本研究对象——流体（液体和气体）的宏观和微观特性，如密度、粘度、表面张力等。我们深入探讨了流体的本构关系，特别是牛顿流体和非牛顿流体的行为差异。 随后，章节聚焦于流体力学的核心——控制方程的建立。我们详细推导了质量守恒方程（连续性方程），这是任何流体运动分析的基石。接着，我们推导了动量守恒方程，即著名的纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程。N-S方程作为描述粘性流体运动的微分方程组，其复杂性与精确性并重，本书将逐步解析各项的物理意义，并介绍其在不同坐标系（直角坐标系、柱坐标系、球坐标系）下的表达形式。此外，我们还引入了能量守恒方程，用于分析流体运动中的热力学过程和能量传递问题，尤其是在涉及高温、高速流动的场合。 第二部分：静力学、积分形式与相似律 在引入微分方程之前，本书通过分析流体静力学，为读者建立直观的物理图像。我们探讨了流体静压力随深度变化的规律，并详细介绍了帕斯卡定律在水利工程、潜水器设计中的应用。重点讨论了平面和曲面上的流体作用力计算，包括浮力、压力的合力和力矩的确定。 为了解决工程中遇到的宏观问题，我们引入了控制体方法，并推导了流体动力学问题的积分形式控制方程。这套方程避免了对流场内部细节的求解，直接通过控制体的边界条件来确定总体的动量和质量变化，非常适用于管道流动、喷射流动等工程分析。 为了弥补精确解析解的不足，本书投入大量篇幅讲解流体力学中的相似性原理。我们详细阐述了无量纲化（Dimensionless Analysis）的重要性，并着重介绍了雷诺数（Reynolds Number）、弗劳德数（Froud Number）、马赫数（Mach Number）等关键的无量纲参数。通过皮姆（Buckingham Pi Theorem）定理，我们展示了如何通过实验相似性和模型试验来预测原型系统的性能，这在风洞试验、船舶水池试验中具有不可替代的价值。 第三部分：主流流动分析 本部分将理论应用于典型的工程流动问题。首先，我们深入分析了理想流体（无粘性流体）的流动，推导并应用了伯努利方程（Bernoulli's Equation），展示了速度与压力之间的转化关系，这在翼型设计和简单管道系统分析中至关重要。 随后，重点转向粘性流体的内部流动——管道流动。我们详细分析了层流（Laminar Flow）和湍流（Turbulent Flow）的特性差异，并通过达西-韦斯巴赫（Darcy-Weisbach）公式计算了管道中的沿程和局部阻力。此外，本书还涵盖了非圆管道的等效直径计算、管网的串并联分析，以及泵和阀门等流体机械对流动性能的影响。 对于边界层理论，本书进行了细致的讲解。我们解释了边界层的形成机制、厚度演化，并应用普兰特（Prandtl）的动量积分法对平板上的摩擦阻力进行了近似计算。我们还区分了附着边界层和分离边界层，探讨了流动分离对阻力、升力的负面影响。 第四部分：特殊流动与应用 本书的最后一部分扩展到更复杂的流动现象和现代工程应用。 我们专题研究了可压缩流动。在马赫数大于0.3的流动中，流体的密度变化不能被忽略。我们详细介绍了等熵流动、管道中的等熵流、局部冲击波（Normal Shock Wave）的理论，以及拉伐尔喷管（Laval Nozzle）的设计原理，这些是航空航天推进系统设计的基础。 孔隙介质流动被独立成章，详细介绍了达西定律（Darcy's Law），其在地下水文、石油开采中的应用，包括渗透率的测量和地下水流场的建模。 此外，本书还探讨了明渠流动（Open Channel Flow）。这对于水利和土木工程师至关重要。我们分析了均匀流、非均匀流（如水跃现象），并介绍了曼宁（Manning）公式在渠道设计中的应用。 结语 本书的编排旨在平衡理论的深度与工程应用的广度。每章末均配备了大量精选的习题和案例分析，鼓励读者将所学知识应用于解决真实的工程挑战。本书不仅是高等流体力学课程的优秀教材，也是相关领域工程师和研究人员的重要参考资料。

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