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出版者:

作者:Bruun, H.H.

出品人:

页数:532

译者:

出版时间:1995-5

价格:$ 282.50

装帧:

isbn号码:9780198563426

丛书系列:

图书标签:

• 流体测量
• 热线风速仪
• 流体动力学
• 传热学
• 实验技术
• 传感器
• 工程应用
• 气流测量
• 湍流
• 微尺度流动

气动流体动力学基础与应用：探索速度测量的前沿技术 图书简介 本书系统性地梳理了气动流体动力学领域的核心理论、实验方法及其在现代工程实践中的广泛应用。全书内容丰富、结构严谨，旨在为流体力学研究人员、航空航天工程师、机械设计专家以及相关专业的高年级本科生和研究生提供一本全面、深入的学习和参考资料。 第一部分：流体力学基础理论的深化解析 第一章：连续介质假设与流场描述 本章首先回顾了流体力学分析的基石——连续介质假设的适用范围和局限性。我们深入探讨了描述流场运动的基本数学工具，包括拉格朗日和欧拉描述法的内在联系与区别。重点讲解了物质导数（随体导数）的物理意义及其在处理可压缩和不可压缩流体运动方程中的关键作用。本章随后详细介绍了流场中的关键物理量：速度场、压力场、密度场和温度场，并辅以矢量分析方法，为后续的复杂流动分析奠定坚实的数学基础。 第二章：流体运动的控制方程 这是理解任何流体现象的理论核心。本章详尽推导了三大基本守恒定律在流体力学中的具体表达形式——质量守恒（连续性方程）、动量守恒（纳维-斯托克斯方程）和能量守恒（热力学第一定律）。对于纳维-斯托克斯方程，我们将对其进行详细的剖析，探讨牛顿流体和非牛顿流体的粘性项差异。同时，针对特定简化条件（如无粘流、等温流、稳态流），展示如何对这些偏微分方程组进行简化，并介绍积分形式的控制方程（如雷诺输运定理）在分析控制体（Control Volume）问题中的应用。 第三章：无粘流动与势流理论 在理想流体（即假设流体粘性为零）的范畴内，本章引入了流线、迹线、流束的概念，并重点阐述了伯努利方程的普适性及其应用场景。随后，我们将进入势流理论的讨论。势流的定义、速度势函数（$phi$）和流函数（$psi$）的引入，为二维无粘流动问题的求解提供了强大的解析工具。本章将详细介绍奇点法——点源、点汇、偶极子和环量——如何通过叠加原理来构造复杂的流场模型，如圆柱绕流（达朗贝尔佯谬的分析）和翼型绕流的基础模型。 第四章：粘性流与边界层理论 本章聚焦于粘性效应在流场中的重要性。我们将从微观角度理解牛顿粘性应力的产生机制。核心内容是边界层理论。我们将阐述普朗特（Prandtl）对流场进行区域划分的深刻见解，即在固体表面附近存在一个薄的、粘性占主导作用的边界层，而在边界层外部则可视为势流。详细推导和求解斯托克斯流动（Stokes Flow）和普朗特-布劳修斯（Blasius）方程，揭示了零点厚度和位移厚度的物理意义，并探讨了边界层分离现象的条件和后果。 第二部分：实验流体力学与先进测量技术 第五章：流体性质与实验测量基础 准确的实验数据是理论验证和工程设计的基础。本章首先回顾了流体密度、粘度、比热容等关键物性参数的定义、测量方法（如密度计、粘度计）及其温度和压力依赖性。接着，系统介绍常用的流场变量测量技术，包括静压/动压的测量原理（如皮托管、静压孔的布置和误差修正）。本章强调了测量系统的校准、数据采集的频率选择以及统计学在处理实验不确定性中的应用。 第六章：速度场可视化技术概述 可视化是理解复杂流动的直观途径。本章全面介绍非接触式和接触式流场可视化技术。接触式方法如：示踪粒子法（如油雾法）和流线追踪法。非接触式方法是本章的重点，包括： 1. 粒子图像测速法（PIV）的原理与实践： 详细介绍双脉冲激光照明、示踪粒子选择、图像采集与互相关算法的实现。重点讨论如何从互相关峰值中提取精确的速度矢量信息，以及高精度测量的技术要求。 2. 拉格朗日追踪技术： 介绍如何利用高速摄像机追踪单个或少量示踪粒子，从而获得高时间分辨率的速度信息。 3. 背景散射技术（Mie Scattering）： 用于可视化流场中的气溶胶分布和混合过程。 第七章：基于传感器的流动参数测量 本章侧重于利用特定传感器对局部流动参数进行定量测量，这是深入理解局部物理过程的关键。除了传统的热电偶（温度）和压力传感器外，本章将重点介绍： 1. 光纤传感技术在流体环境中的应用： 探讨光纤布拉格光栅（FBG）传感器在测量压力波动和结构振动耦合效应时的优势。 2. 基于光学原理的速度测量： 详细介绍多普勒测速技术（如激光多普勒测速LDV）的基本原理，包括其对散射光频率偏移的捕获，以及它如何提供高精度、无污染的单点速度测量。 第三部分：工程应用与先进课题 第八章：可压缩流动与激波现象 本章将流体力学分析拓展到高马赫数（$Ma > 0.8$）的范围。核心内容是等熵流动、声速和马赫数。详细分析了渐缩-渐扩喷管中的拉伐尔喷管（Laval Nozzle）工作原理和临界流现象。重点阐述了斜激波和正激波的结构、强度以及其对流场参数的突变影响，并利用泰勒-麦克杜格尔关系进行定量分析。 第九章：湍流理论与建模 湍流是流体力学中最具挑战性的课题之一。本章首先从统计学角度描述湍流的特性，包括平均量、脉动量、湍流强度和雷诺应力。随后，深入探讨雷诺平均纳维-斯托克斯方程（RANS）的推导，并系统介绍主流的湍流模型：零方程模型（如常压下经验公式）、单方程模型（如$k-epsilon$模型、$k-omega$模型）以及二方程模型的适用范围和局限性，为计算流体力学（CFD）应用提供理论支撑。 第十章：多相流与颗粒物输运 本章探讨了气相与非气相（如液体或固体颗粒）相互作用的复杂流动。主要内容包括： 1. 颗粒物在气流中的运动轨迹预测： 考虑粒子惯性、曳力、升力以及布朗运动的影响。 2. 气固两相流中的床层行为： 介绍流化床反应器中的最小流化速度、湍动流化状态的判据。 3. 雾滴的形成与燃烧： 讨论液滴蒸发模型和气流对雾滴破碎的影响，这在内燃机和燃气轮机设计中至关重要。 本书的结构设计确保了从基础原理到尖端实验技术的连贯性，力求为读者提供一个坚实且前沿的流体力学知识体系。

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