具体描述
好的，这是一本名为《流体动力学基础：从理论到应用》的图书的详细简介。 --- 《流体动力学基础：从理论到应用》 作者： [此处可填写虚构的作者姓名，例如：张伟、李明] 出版社： [此处可填写虚构的出版社名称，例如：科学技术出版社] 简介： 《流体动力学基础：从理论到应用》是一本全面、深入探讨流体静力学、流体力学及相关工程应用的权威著作。本书旨在为工程、物理、气象学、环境科学等领域的学生和专业人士提供一个坚实的理论框架和丰富的实际案例分析，使读者能够深刻理解流体行为的内在机制，并掌握解决实际工程问题的有效方法。 本书的结构经过精心设计，力求在严谨的数学推导与直观的物理图像之间找到完美的平衡。我们深知，流体力学是一门既依赖精确数学描述又高度依赖物理直觉的学科。因此，每一章节的理论阐述都辅以详尽的物理背景解释和清晰的数学推导过程，确保读者不仅知其然，更知其所以然。 第一部分：流体静力学与基础概念 全书伊始，我们将从流体静力学这一最基础的领域展开。这一部分重点介绍了流体的基本定义、性质（如密度、粘度、表面张力）以及压力概念。我们详细分析了流体在平衡状态下的受力情况，包括帕斯卡定律、静水压力随深度的变化规律，以及浮力、阿基米德原理的应用。本部分还引入了流线、迹线、流管等基本流场概念，为后续的动力学分析奠定基础。对于工程应用，我们特别关注了压力测量设备（如皮托管、压力传感器）的工作原理，以及水坝、船体等结构在静止流体中受力的计算方法。 第二部分：流体运动的控制方程 本部分是本书的核心，致力于推导和阐述流体运动的支配性方程。我们将从微元控制体出发，严格推导了流体运动的连续性方程（质量守恒）和动量方程（牛顿第二定律的流体力学形式，即纳维-斯托克斯方程）。我们详细讨论了不同坐标系下（笛卡尔、柱坐标、球坐标）方程的表达形式，并强调了张量分析在理解复杂应力状态中的重要性。 针对粘性流体，本书着重分析了应力张量和粘性本构关系，解释了牛顿流体和非牛顿流体的区别及其在工程中的意义。为了简化问题，我们引入了理想流体模型，推导出了著名的欧拉方程，并在此基础上得到了广泛应用的伯努利方程。伯努利方程的推导过程被细致地分解，并阐述了其适用条件（如等熵流动、无粘流动）。 第三部分：特殊流动问题的分析 在掌握了基础控制方程后，本书将焦点转向特定类型的流动问题。我们深入研究了粘性流体流动，重点分析了边界层理论。边界层内的速度梯度和摩擦阻力是理解阻力与升力产生的关键。我们详细讨论了普朗特边界层方程，并利用薄平板上的层流和湍流边界层实例，展示了如何通过积分方法（如普朗特-卡门积分方程）求解近似解。 对于管道流动，本书提供了详尽的分析。我们区分了层流（如泊肃叶流动）和湍流，并探讨了湍流的统计特性。雷诺数作为判据被置于核心地位。对于圆管中的完全发展湍流，本书运用达西-韦斯巴赫公式，并结合摩阻系数图（Moody 图），讲解了如何计算工程管路中的压力损失和水头损失，这是水利和化工领域的基础技能。 第四部分：流动分离与流体绕流 流动分离是理解空气动力学和水动力学中阻力产生机制的关键现象。本部分详细探讨了流线分离的原因，即粘性流体在不利压力梯度下失去与壁面的附着力。我们通过分析绕流物体（如平板、圆柱体、翼型）的流场结构，解释了压差阻力和摩擦阻力的来源。 特别地，对于翼型绕流，本书系统介绍了升力原理，包括库塔-茹科夫斯基定理及其在计算翼型升力方面的应用。我们还探讨了尾流的形成、卡门涡街的现象及其对结构动力学的影响。 第五部分：可压缩流与超音速流动 随着速度接近或超过音速，流体的密度变化变得不可忽略，这要求我们从不可压缩流体的假设中跳出，进入可压缩流体力学的领域。本书系统介绍了气体动力学的基础知识，包括声速、马赫数的定义和意义。 核心内容包括等熵流动（如流管内的加速和减速）、等温流动、以及最重要的激波现象。我们对正激波和斜激波进行了深入的理论分析，推导了正激波关系式，这是理解超音速飞行器设计中能量和动量传递的关键。通过等熵膨胀/压缩（普朗特-迈耶扩展）的例子，读者将掌握如何处理喷管设计和超音速气流的膨胀过程。 第六部分：测量技术与计算方法简介 为了连接理论与实践，本书的最后一部分聚焦于现代流体力学中不可或缺的工具。我们详细介绍了流场测量的关键技术，包括皮托管测量、压力传感器技术、以及非接触式测量方法，如粒子图像测速（PIV）和激光多普勒测速（LDV）的基本原理和数据处理方法。 此外，鉴于计算流体力学（CFD）在现代工程中的主导地位，我们对CFD的基本思想、离散化技术（有限体积法）以及网格生成进行了概念性介绍。虽然本书侧重于分析解法，但我们强调了CFD作为数值求解纳维-斯托克斯方程的强大工具的地位，并指导读者如何正确解读CFD模拟结果，理解其局限性。 本书特色： 1. 严谨的推导与丰富的图示相结合： 每项核心理论都配有清晰的几何图形和物理示意图，帮助读者建立空间想象力。 2. 工程实例贯穿始终： 从水泵设计、管道泄漏到飞机升力计算，大量贴近实际工程背景的算例贯穿于理论讲解之后。 3. 从低速到高速的全覆盖： 系统性地涵盖了不可压缩和可压缩流体的研究范围，为读者打下全面的基础。 4. 强调物理直觉的培养： 引导读者思考“为什么会这样”，而非仅仅停留在公式的套用。 《流体动力学基础：从理论到应用》是为有志于在流体相关领域深耕的读者准备的必备参考书，它不仅是课堂学习的有力助手，更是未来职业生涯中解决复杂流体力学问题的坚实基石。
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