《流体力学基础/普通高等教育“十三五”规划教材》以航空航天为背景,涵盖不可压缩流动到可压缩流动的流体力学基础问题,选取了一些流体力学的基本物理概念、基本分析方法和基本理论作为主要内容,并在内容的选取和深度的把握上做了一定的取舍,力图使学生在较短学时内通过学习能够掌握流体力学的基本概念、基本理论及分析方法,为后续相关专业课的学习打下基础。
《流体力学基础/普通高等教育“十三五”规划教材》注重学生对基本概念和基本流体力学现象的理解,弱化数学推导,强化物理概念,强调分析问题的方式和方法,适合普通高校工科专业少学时的流体力学课程之用。
流体力学作为一门基础学科,国内外的相关教材非常多,例如Robert W.Fox等人编写的Fluid Mechanics已经更新到第SI版,国内周光垌先生或者吴望一先生编写的《流体力学》也非常经典。流体力学涵盖的内容非常广泛,从不可压缩流动到可压缩流动,从内流到外流,从水动力学到流体机械到航空航天。国内许多高校都依据自己的教学实践和需求编写了相应的教材,例如清华大学张兆顺教授编写的《流体力学》侧重于用数学语言描述流体问题,上海交通大学丁祖荣编写的《流体力学》资料丰富、覆盖面广,北京理工大学车辆工程学院张业影教授编写的《流体力学》侧重于不可压缩流动。另外,还有很多关于水力学、风工程等方面的优秀的工程流体力学教材。
流体力学是大多数工科院校本科生的一门专业基础课。在宽口径培养的大背景下,目前各个学校对于专业基础课程的课时都在不断压缩,这就使得老师在课程安排上不可能追求内容多而全,数学推导不可能要求很高。而传统的流体力学教材涵盖面都很广,难度比较大,适合作为相应研究方向学生的参考书或者流体力学专业学生的教材,而不适合作为普通工科学生的流体力学基础课程教材。
鉴于此种背景,我们以航空航天为背景,涵盖不可压缩流动到可压缩流动的流体力学基础问题,选取了一些流体力学的基本物理概念、基本分析方法和基本理论作为主要内容,并在内容的选取和深度的把握上做了一定的取舍,力图使学生在较短学时内通过学习能够掌握流体力学的基本概念、基本理论及分析方法,为后续相关专业课的学习打下基础。
本书注重学生对基本概念和基本流体力学现象的理解,弱化数学推导,强化物理概念,强调分析问题的方式和方法,适合普通高校工科专业少学时的流体力学课程之用。
本书由北京理工大学雷娟棉教授和王锁柱老师负责编写第四、五、六、七、八章,于勇副教授负责编写第一、二、三、九章,并做最终的统稿工作。编者为本科生讲授“流体力学基础”和“空气动力学”课程十余年,为多届硕士研究生讲授“飞行器空气动力学”和“飞行器气动设计”“计算流体力学”等课程。从本科教学需求出发,根据教学大纲要求,在多年教学实践的基础上,作者编写了《流体力学基础》内部讲义,目前已经经过多年的本科教学使用,本教材就是以该讲义为基础编写的。
由于编者水平有限,书中的缺点和错误在所难免,恳请使用者不吝指正。
第一章 流体及其性质
1.1 流体力学的研究内容和方法
1.2 流体质点与连续介质假设
1.3 流体的可压缩性与热膨胀性
1.4 流体的黏性和导热性
1.5 表面张力与毛细管作用
1.6 蒸气压强与气蚀
1.7 作用在流体上的力
习题
第二章 流体静力学
2.1 流体静压强及其特性
2.2 静止流体的平衡微分方程
2.3 重力场中静止流体内的压力分布
2.4 静压力的计量
2.5 流体的相对平衡
2.6 静止流体作用在物面上的总压力计算
2.7 大气的平衡
习题
第三章 流体运动学
3.1 流体运动的两种描述方法及互相转换
3.2 质点的随体导数
3.3 迹线与流线、流管与流量
3.4 运动流体的应变率张量
3.5 流体中的作用力与应力张量
习题
第四章 流体运动基本方程
4.1 流体的系统与控制体
4.2 连续方程
4.3 动量方程
4.4 能量方程
4.5 流体的热力学状态方程
4.6 流体动力学基本方程组的封闭性及定解条件
习题
第五章 无黏性流体的一维流动
5.1 流体运动的一维模型及基本方程
5.2 不可压缩流体的伯努利方程及其应用
5.3 动量定理及其应用
习题
第六章 黏性不可压缩流体的一维流动
6.1 黏性流体运动的两种流态——层流和湍流
6.2 圆管中的充分发展层流与湍流
6.3 管流的沿程压力损失和局部阻力损失
6.4 黏性总流的伯努利方程及其应用
6.5 两平行平板间的二维流动
习题
第七章 边界层流动
7.1 边界层概念
7.2 边界层的厚度
7.3 平面不可压层流边界层微分方程
7.4 边界层的解
7.5 边界层的分离
习题
第八章 定常一维可压缩气流
8.1 可压缩气流的一些基本概念
8.2 定常一维可压缩气流的基本方程组
8.3 定常一维等熵流动
8.4 正激波
8.5 几何喷管中的流动
习题
第九章 量纲分析与相似原理
9.1 量纲与单位
9.2 量纲分析
9.3 泊金汉兀定理
9.4 相似原理
9.5 模型实验
9.6 模型实验举例
小结
习题