工程流体力学

本书根据普通高等学校安全科学与工程专业研究生的流体力学课程的培养要求编写,介绍了工程流体力学的基本概念、基本原理、基本方法,以及其在消防安全、工业燃气安全、化工与石油安全、矿山安全、水利安全、航空安全等方面的应用案例。全书共8 章,包括绪论、流体的基本概念、流体静力学、流体运动学、流体动力学、计算流体力学、量纲分析与相似理论、安全工程领域的流体力学问题。 本书可作为普通高等学校安全科学与工程专业高年级本科生或研究生流体力学课程的教材,也可作为消防、土木、矿业、环境、动力等专业相应课程的教材或教学参考书,还可作为安全、消防、土木、矿业、环境、动力等行业人员的参考书。

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第1章绪论 1.1发展简史 1.2研究内容和基本理论 1.3研究方法 1.3.1理论分析方法 1.3.2实验研究方法 1.3.3数值计算方法 1.4工程应用 第2章流体的基本概念 2.1流体的连续介质模型 2.1.1流体的基本特性 2.1.2流体质点与连续介质 2.2流体的物理性质 2.2.1流体的易变形性 2.2.2流体的黏性 2.2.3流体的可压缩性 2.2.4流体的表面张力 2.3常见的流体模型 2.3.1黏性流体与理想流体模型 2.3.2可压缩流体与不可压缩流体模型 2.3.3非定常流动与定常流动模型 2.3.4有旋流动与无旋流动模型 2.3.5重力流体与非重力流体模型 2.3.6一维、二维与三维流动模型 思考题 习题 第3章流体静力学 3.1流体平衡微分方程 3.1.1流体静压强及其特性 3.1.2欧拉平衡方程 3.1.3等压面 3.1.4流体平衡的条件 3.2重力场中的流体平衡 3.2.1流体静力学的基本方程 3.2.2可压缩流体中的压强分布 3.2.3浮力与稳定性 3.2.4压强的计量与测量 3.3流体的相对平衡 3.3.1直线运动容器中的液体平衡 3.3.2旋转运动容器中的液体平衡 3.4静止流体对平壁的总压力 3.4.1解析法 3.4.2图解法 3.5静止流体对曲壁的总压力 3.5.1静止流体对二维曲壁的作用力 3.5.2静止流体对三维曲壁的作用力 思考题 习题 第4章流体运动学 4.1描述流体运动的两种方法 4.1.1拉格朗日法 4.1.2欧拉法 4.2描述流体运动的基本概念 4.2.1迹线与流线 4.2.2定常流动与非定常流动 4.2.3流管、流束、流量与平均流速 4.2.4一元、二元与三元流动 4.2.5均匀流、急变流与渐变流 4.3连续性方程 4.4流体运动的分解 4.4.1流体微团运动的分析 4.4.2流体微团运动的分解 4.4.3有旋流动和无旋流动 思考题 习题 第5章流体动力学 5.1雷诺输运定理 5.1.1雷诺实验 5.1.2临界雷诺数 5.1.3雷诺输运方程 5.2连续方程的积分和微分形式 5.2.1连续方程的积分形式 5.2.2连续方程的微分形式 5.3动量方程的积分和微分形式 5.3.1动量方程的积分形式 5.3.2动量方程的微分形式 5.4能量方程的积分和微分形式 5.4.1能量方程的积分形式 5.4.2能量方程的微分形式 5.5伯努利方程及其应用 5.5.1沿流线的伯努利方程 5.5.2沿总流的伯努利方程 5.5.3伯努利方程的水力学意义 5.5.4伯努利方程的应用 思考题 习题 第6章计算流体力学 6.1概述 6.1.1数值模拟的步骤 6.1.2微分方程的分类 6.1.3数值求解方法简介 6.1.4CFD软件结构 6.1.5常用的商用CFD软件 6.2流动模型 6.2.1控制体与流体微团 6.2.2连续性方程 6.2.3动量方程 6.2.4能量方程 6.3有限差分法 6.3.1概念 6.3.2性质 6.3.3模型方程的差分格式 6.3.4有限差分法的模拟应用 6.4有限元法 6.4.1伽辽金法 6.4.2有限单元法 6.4.3圆柱绕流的有限元解法 6.4.4有限元法的模拟应用 6.5有限体积法 6.5.1有限体积法的网格 6.5.2一维稳态问题 6.5.3常用的离散格式 6.5.4有限体积法的基本法则 6.5.5有限体积法的模拟应用 思考题 习题 第7章量纲分析与相似理论 7.1量纲分析 7.2量纲分析与Π定理 7.2.1Π定理 7.2.2量纲分析法 7.2.3三角堰流量计 7.3流动相似与相似准则 7.3.1流动相似 7.3.2相似准则 7.4常用的相似准则数 思考题 习题 第8章安全工程领域的流体力学问题 8.1消防安全 8.2工业燃气安全 8.3化工与石油安全 8.4矿山安全 8.5水利安全 8.6航空安全 参考文献