环境水力学--聚文网

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内容简介

《环境水力学》的主要内容：
（1）对水力学的初学者来说，在学习过程中一般会遇到一些障碍，其中“连续体假设”“变形和应力的线性假设”“基于欧拉法的偏微分方程”是比较困难的部分。这些概念对水力学的老师来说虽然是不言自明，但对学生来说却难以在脑海中勾勒其“图像”。因此，《环境水力学》在首部分中简单地分析讲解了日常生活中的“守恒定律的概念”和“连续体的概念”，并导出了通用的“输送方程”，通过这种方法也许可以降低上述三个概念的难度。此外，输送方程不仅适用于流体的运动，也适用于能量守恒定律，是环境学中非常基本的方程。
（2）一般输送方程用于水力学时，会加入水流所特有的条件。其中有几个部分并没有进行详细讲解，随着阅读的深入，也许会有同学产生疑问，比如“为什么我们假定流体不可压缩时，其密度还是会发生变化？”“我可以理解伯努利方程中含有动能和势能，但为什么压力也是能量呢？”“为什么要假设水面上的水粒子一直在水面上呢？”等。编者在研究生时期也持有这些疑问。因此在第二部分中，承接首部分，对这些点进行了说明。
（3）环境学中的水力学的适用对象是二维或三维的现象，但不熟悉偏微分方程的同学在初次学习的时候总是会感到混乱。因此在第三部分，编者便从三个角度应用了首部分、第二部分所讲到的原理，来对一维明渠中的现象进行了解释说明，包括能量守恒、动量守恒和波动现象。虽然大多数的水力学教材中已经包含了这几部分，但《环境水力学》使用了编者自己编写的例题，比较容易理解。此外，由于在环境学上并非必要，所以在工程学专业的教科书中详细讲解的管路流体在《环境水力学》中就不再赘述。
（4）前面也已经提到，环境科学专业的学生的研究对象（不是指实验室中的）在野外都是二维或三维现象。而这些在工程学专业也被纳入扩展或研究的范围，只通过一个学期的讲解来学习是比较困难的。但如果接近不涉及的话，也许会有同学觉得“那我们为什么要学习水力学呢？”。因此，在第四部分，我们选取了水平二维及垂直二维的环境现象中非常基本的一些内容，对其特征进行讲解。

第一部分守恒定律及其数学表达式
第1章守恒定律
1.1“守恒”的概念
1.2基础物理中的守恒定律
第2章水流中守恒定律的表达式
2.1连续体和控制体积
2.2质量浓度和通量
2.3平衡方程
2.4实质微分
第3章输送方程
3.1平流通量与扩散通量
3.2一般输送方程
3.3体积守恒方程
第二部分水力学基础
第4章不可压缩流体的运动方程
4.1质量守恒定律
4.2动量守恒定律
4.3作用于流体的力
第5章伯努利(Bernoulli)方程
5.1动能和功率
5.2水粒子的动能守恒定律
5.3伯努利方程
5.4剪切力和能量损失
第6章自由水面
6.1自由水面的概念
6.2自由水面应满足的水力学条件
……

环境水力学

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