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出版者:

作者:Zucker, Robert D./ Biblarz, Oscar

出品人:

页数:512

译者:

出版时间:2002-8

价格:1158.00 元

装帧:

isbn号码:9780471059677

丛书系列:

图书标签:

• Gas Dynamics
• Fluid Mechanics
• Compressible Flow
• Thermodynamics
• Aerodynamics
• Heat Transfer
• Engineering
• Physics
• Science
• Applied Mathematics

《气体动力学基础》内容概述（非本书内容） 引言：理解流动的奥秘 气体动力学是物理学和工程学中一个至关重要的分支，它研究高速气体运动的物理现象及其规律。它不仅是理解空气动力学、火箭推进、燃气轮机设计等前沿技术的基础，也深入到地球大气层运动乃至宇宙航行等宏大课题之中。本书旨在为读者提供一个扎实且全面的气体动力学理论框架，通过严谨的数学推导和清晰的物理图像，揭示高速流体运动背后的基本原理。 第一部分：气体动力学的基本概念与方程 本部分奠定了整个学科的理论基石。我们将首先回顾经典流体力学的基础，特别是连续介质假设在气体流动中的适用性。重点在于理解“气流”的特性，例如密度、压力、温度和速度这四个基本宏观变量，以及它们如何构成流场的描述。 核心内容包括气体动力学的基本控制方程——质量守恒（连续性方程）、动量守恒（纳维-斯托克斯方程的简化形式）和能量守恒（第一定律）。我们将详细讨论这些方程在不同坐标系下的表达形式，并探讨其在等熵流动和绝热流动条件下的简化形式。对理想气体假设的讨论是关键，理解它在何种工况下成立，以及在何种情况下需要考虑更复杂的分子动力学效应。 第二部分：一维等熵流动 一维等熵流动是气体动力学中最基础且应用最广泛的模型之一。它描述了没有熵增（即无摩擦、无热交换）的情况下，流体穿越管道或喷管时的变化规律。 本章将深入探讨马赫数（Mach Number）的概念，它是衡量流速与当地声速之比的关键无量纲参数，直接决定了流动是亚声速、跨声速、超声速还是高超声速。通过绝热关系式，读者将学习如何计算流经等面积管道时，压力、温度、密度和马赫数随流道截面积变化而发生的变化。 重点解析临界状态（马赫数等于1）的物理意义，并详细推导拉伐尔喷管（De Laval Nozzle）的设计原理。拉伐尔喷管是火箭发动机和高超音速风洞的核心部件，其收敛-扩张结构如何将热能转化为动能，实现流体的加速，是本部分学习的重点和难点。 第三部分：激波的物理与数学 当气流的速度超过音速，并在流动中遇到突变障碍物或自身速度剧烈变化时，就会产生激波（Shock Waves）。激波是气体动力学中最引人注目的现象之一，它代表着一个极薄的区域，内部的物理量发生急剧、不可逆的跳跃。 本部分将基于雷诺-希奥普斯关系（Rankine-Hugoniot Relations），建立描述正激波和斜激波的数学模型。我们将分析激波前后参数的变化规律，理解熵增如何确定了激波的方向性（即激波只能使流体减速）。 对于斜激波，我们将详细介绍“θ-β-M”关系，通过几何关系确定激波角 $eta$ 与来流马赫数 $M$ 和气流偏转角 $ heta$ 之间的复杂联系。这部分内容为翼型绕流和复杂超声速设计提供了必需的分析工具。 第四部分：二维正激波与膨胀波 在实际流动中，气流偏转通常不是通过突然的激波实现，而是通过膨胀波（Prandtl-Meyer Expansion Waves）实现平滑的加速和转向。 普朗特-迈耶（Prandtl-Meyer）过流函数的推导和应用是本章的核心。该函数将流体偏转角与来流和去流的马赫数联系起来，允许我们精确计算气流绕过尖锐凸角时的速度和压力变化，而无需引入激波。 此外，本部分还将探讨等熵斜激波的求解，并将其与实际工程问题，如超音速翼型设计中的气动加热和阻力预测相结合。对跨声速流动中激波与边界层相互作用的初步介绍，也将为读者理解实际空气动力学中的复杂现象铺平道路。 第五部分：二维超声速流动的相似性与边界层 随着飞行器速度的提升，高超声速流动的特性变得愈发重要。本部分将侧重于几何相似性原理在超声速流动分析中的应用。 相似性原理（Similarity Laws），特别是恒定密度相似性和高超声速相似性（如牛顿理论的修正），展示了如何在不同的速度和尺度下，通过相似参数来预测气动特性。 最后，我们将讨论边界层理论的初步概念。边界层是流体与固体表面相互作用的区域，尽管其厚度很小，但它对总阻力、传热和流动分离起着决定性的作用。对零阶边界层方程的介绍，以及对粘性效应的认识，是连接理想气体动力学与实际流体力学性能的关键一步。 结论 本书通过系统、递进的方式，构建了从基本守恒定律到复杂超声速流动分析的完整知识体系。掌握这些原理，读者将具备分析和设计涉及高速气流的工程系统的理论基础。

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当我看到 Fundamentals of Gas Dynamics 这本书名的时候，我的第一反应是它可能包含了一些非常基础且重要的概念。我希望它能像一本优秀的入门读物，为我建立起对气体动力学坚实的地基。我期待它能从最基本的热力学定律和流体力学假设讲起，比如理想气体模型、质量守恒、动量守恒和能量守恒，并详细解释这些守恒定律在气体流动中的具体体现。我希望它能清晰地介绍各种状态参数（如压力、密度、温度）之间的关系，以及等熵过程、绝热过程等基本热力学过程。当然，我也希望它能引入一些初步的流体动力学概念，比如流线、迹线、涡量等，并解释它们在描述气体流动中的作用。这本书能否让我对气体动力学有一个全面而准确的初步认识，是我非常看重的。

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这本书的书名叫做 Fundamentals of Gas Dynamics，我想我当初会选择它，很大程度上是被这个名字吸引了。它听起来就像是打开了气体动力学这个宏大领域的钥匙，承诺着一种系统性的、从基础到核心的探索。在阅读之前，我脑海中勾勒出的画面是一个循序渐进的学习过程：从最基本的概念，比如压强、密度、温度如何相互关联，到更复杂的空气动力学原理，例如声速、马赫数、激波的形成与传播。我期待它能详细解释这些概念的物理意义，而不仅仅是给出公式。我希望作者能够用清晰易懂的语言，辅以精美的图示，帮助我理解那些抽象的物理过程。尤其是在处理可压缩流体时，粘性效应和无粘性效应的区别，以及它们如何影响流动的行为，这些都是我非常渴望深入了解的。这本书的封面设计也给我留下了一种严谨、学术的印象，仿佛它将带领我进入一个由数学和物理规律编织而成的严密世界。我希望它能提供足够的理论基础，让我能够举一反三，理解更广泛的工程应用。

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老实说，我选择 Fundamentals of Gas Dynamics 更多的是出于一种对未知领域的好奇心。我一直觉得，气体动力学这个领域充满了神秘感，像是一种隐藏在幕后的力量，默默地影响着我们生活中的许多技术，从汽车引擎的效率到航空器的飞行稳定。我希望能在这本书里找到一种“豁然开朗”的感觉。我期待它能以一种非专业人士也能理解的语言，或者至少是循序渐进的方式，带领我进入这个世界。我希望它能解释清楚一些基础的概念，比如什么是“马赫数”，它对飞机的飞行有什么影响？为什么飞机在达到一定速度后会有“音爆”？又比如，火箭的推进原理，又是如何利用气体动力学的知识来设计的？我希望这本书能告诉我一些“为什么”，而不仅仅是“是什么”。

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老实说，我拿起 Fundamentals of Gas Dynamics 的时候，心里其实是带着点儿忐忑的。气体动力学这个领域，听起来就不是什么容易啃的骨头，充满了各种复杂的公式和抽象的物理概念。我最怕的就是那种上来就扔一堆数学推导，让人云里雾里、不知所云的书。所以，我非常希望这本书能够以一种非常直观、非常贴近实际应用的方式来讲解。比如，它能不能通过大量的工程案例，像飞机翼型设计、火箭发动机工作原理、或者超音速风洞实验，来引出相关的气体动力学原理？我希望它不仅仅是告诉你“为什么”，更重要的是告诉你“怎么用”。我期待作者能够用生动有趣的语言，把那些看似枯燥的公式变得活灵活现，让我能够感受到气体动力学在现实世界中的强大力量。要是能有附带的软件或者模拟工具，让我自己动手去验证一些理论，那简直就太棒了。

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拿到 Fundamentals of Gas Dynamics 的瞬间，我脑子里立刻浮现出那些关于空气动力学、热力学以及流体力学的经典知识点。我预感这本书会像一条细致的脉络，将这些零散的知识点串联起来，形成一个完整而深入的理论体系。我特别期待它能详细阐述控制方程的推导过程，比如纳维-斯托克斯方程，并解释方程中各项的物理含义，以及在不同条件下（如粘性、可压缩性、稳态流动）这些方程的简化形式。我希望这本书能花大量篇幅讲解边界层理论，包括层流边界层和湍流边界层，以及它们对阻力、传热等的影响。此外，关于激波和膨胀波的形成、传播以及它们与流动场的相互作用，我也非常感兴趣。一个优秀的教科书应该能够清晰地展示这些复杂现象背后的物理机制，并用数学语言精确地描述它们。

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