高等工程流体力学/研究生创新教育系列教材

本书的编写目的是为低年级工科研究生提供一本基础流体力学教材。在透彻讲述流体力学基本微分方程组的基础上，偏重于联系工程实际，应用基本理论解决各类流体力学问题。全书共有四部分十二章：第一部分“流体力学的基本方程”，分三章，介绍流体力学的基本概念，流体力学的控制方程组以及一些相关的重要定理；第二部分“理想不可压缩流体的流动”，分三章，介绍平面势流，空间轴对称势流和理想流体中的旋涡运动；第三部分“粘性不可压缩流体的流动”，分四章，介绍纳维一斯托克斯方程的精确解，小雷诺数流动，层流边界层流动和紊流；第四部分“理想可压缩流体的流动”，分两章，介绍一维流动和平面流动。本书选材上与本科生教材有恰当的分工和衔接，行文上既注意有严格的理论推导，又注意叙述深入浅出，便于读者自学。书中有较多的例题和练习题，供读者参考。本书可作能源动力、机械、化工、环境工程、水利、力学等专业的研究生教材，也可供相关专业的教师、工程技术人员阅读和参考。 本书的基本结构是先系统地推导流体力学的控制微分方程组，然后介绍在不同类型的流动问题中求解上述方程组的方法和技巧。全书共分四部分：第一部分“流体力学的基本方程”，有三章，分别介绍流体力学的基本概念，流体力学的控制方程组以及一些相关的重要定理；第二部分“理想不可压缩流体流动”，有三章，分别介绍平面势流，空间轴对称势流和理想流体中的旋涡运动；第三部分“粘性不可压缩流体的流动”，有四章，分别介绍精确解，小雷诺数流动，高雷诺数下的层流边界层流动和紊流流动；第四部分“理想流体的可压缩流动”，有二章，分别介绍一维流动和平面流动。附录部分包括了矢量分析和场论、笛卡尔张量、正交曲线坐标系、复变函数等方面知识的简单介绍，供不熟悉这些内容的读者参考，同时也对在不同坐标系中的流体力学基本方程组做了归纳。由于本书按照流体物性和流动特点编排内容和安排章节，而不针对某一特定的学科，因此适于能源动力、机械、化工、环境工程、水利、力学等不同专业的研究生，教师和科学技术人员阅读和参考。

前言 第一部分 流体力学的基本方程 第1章 流体力学的基本概念 1．1拉格朗日参考系与欧拉参考系 1．2迹线、流线和脉线 1．3物质导数 1．4速度分解定理 1．4．1速度分解定理，应变率张量和旋转率张量 1．4．2立变率张量及旋转率张量各分量的物理意义 1．5有旋运动的基本概念 1．6物质积分的随体导数――雷诺输运定理 1．7应力张量 1．8本构方程 1．8．1牛顿流体的本构方程 l_8．2粘性系数 第2章 流体力学的基本方程 2．1连续方程 2．2动量方程 2．3能量方程 2．4牛顿流体的基本方程组 2．5边界条件 第3章 流体力学的几个重要定理 3．1开尔文定理 3．2伯努利方程 3．3非惯性系中的伯努利方程 3．4涡量动力学方程 第二部分 理想不可压缩流体的流动 第4章 平面势流 4．1速度势函数与流函数 4．2复位势和复速度 4．3基本流动 4．3．1均匀流 4．3．2点源(汇) 4．3．3点涡 4．3．4绕角流动 4．3．5偶极子 4．4圆柱绕流 4．4．1无环量圆柱绕流 4．4．2有环量圆柱绕流 4．5布拉修斯公式 4．6镜像法 4．6．1平面定理――以实轴为边界 4．6．2平面定理――以虚轴为边界 4．6．3圆定理 4．7保角变换 4．8茹柯夫斯基变换 4．8．1椭圆绕流 4．8．2平板绕流和库塔条件 4．9茹柯夫斯基翼型 4．10施瓦兹一克里斯托弗尔变换 4．11自由射流 第5章 空间轴对称势流 5．1速度势函数和斯托克斯流函数 5．2速度势函数方程的解 5．3基本流动 5．4半无穷体绕流 5．5圆球绕流 5．6旋转体无攻角绕流 5．7巴特勒球定理 5．8达朗贝尔佯谬 5．9奇点对物体的作用力 5．10虚拟质量 第6章 理想流体的旋涡运动 6．1涡量场和散度场的诱导速度场 6．2直线涡丝和圆形涡丝 6．2．1直线涡丝 6．2．2圆形涡丝 6．3卡门涡街 6．4涡层 第三部分 粘性不可压缩流体的流动 第7章 纳维一斯托克斯方程的精确解 7．1定常的平行剪切流动 7．1．1库埃特流动 7．1．2泊肃叶流动 7．2非定常的平行剪切流动 7．2．1突然加速无界平板附近的流动 7．2．2无界振动平板附近的流动 7．2．3平行壁面间的振荡流动 7．3平面圆周运动 7．3．1两旋转圆筒间的流动 7．3．2无限长直涡丝诱导的流动 7．4几种非线性流动的精确解 7．4．1平面滞止区域的流动 7．4．2收缩形和扩张形通道内的流动 7．4．3多孔壁上的流动 第8章 小雷诺数流动 8．1斯托克斯近似 8．2绕圆球的缓慢流动 8．3奥辛近似 8．4滑动轴承内润滑油的流动 8．5通过多孔介质的缓慢流动 第9章 层流边界层流动 9．1边界层的几个厚度 9．2边界层方程 9．3顺流平板边界层 9．4边界层方程的相似解 9．5绕楔形物体的流动 9．6动量积分方程 9．7卡门一波尔豪森近似 9．8边界层分离 9．9层流边界层的稳定性 第10章 紊流 10．1紊流概述及紊流的统计平均 10．1．1紊流的基本特性 10．1．2紊流的统计平均 10．2紊流的基本方程 10．2．1时均流动的连续性方程和运动方程 10．2．2雷诺应力方程及紊动能方程 10．3紊流统计理论和各向同性紊流 10．3．1紊流脉动量的关联 10．3．2各向同性紊流分析 10．3．3科尔莫高洛夫局部各向同性假设与紊能谱的一3／5幂次律 10．4紊流模型及紊流的数值模拟 10．4．1代数涡粘性模型 10．4．2标准k-e模型 10．4．3雷诺应力模型和代数应力模型 10．4．4高级数值模拟简介 10．5平壁上的紊流运动 10．6圆管紊流 10．7平面紊动射流 第四部分 理想可压缩流体的流动 第11章 理想可压缩流体的一维流动 11．1小扰动在静止流体中的传播 11．1．1小扰动传播方程和音速 11．1．2小扰动传播的特征线和黎曼不变量 11．1．3活塞问题 11．2有限振幅波的传播 11．2．1有限振幅波传播的特征线和黎曼不变量 11．2．2简单波 11．2．3激波的形成 11．3正激波 11．4激波管 11．5一维定常等熵流动 第12章 理想可压缩流体的平面流动 12．1势流流动 12．2小扰动理论 12．2．1势流方程的线性化 12．2．2边界条件的线性化 12．2．3压强系数的线性化 12．3波形壁绕流 12．3．1亚音速流动 12．3．2超音速流动 12．4普朗特一葛劳渥特法则 12．5超音速流动的埃克特理论 12．6斜激波 12．7普朗持一迈耶流动 附录A 矢量分析和场论 附录B 笛卡尔张量 附录C 正交曲线坐标系 附录D 流体力学基本方程组 附录E 复变函数 练习题答案 参考书目 主题词索引