工程流体力学是力学的一个重要分支, 是研究流体(液体和气体)的力学运动规律及其应用的学科, 即研究在各种力的作用下, 流体本身的静止状态和运动状态, 以及流体和固体壁面、流体和流体间的相互作用。
本书除了介绍流体力学的基本概念、基本方程、工程应用等传统内容外,在书中还增加了国际发展前沿的流体力学案例、创新实验和科技小制作及运用流体力学理论知识解决实际工程问题等环节。本书以流体力学的理论为基础, 以工作任务为驱动, 精选教学内容, 通过案例导入、综合实例和拓展提高环节, 使学生在掌握流体力学的基本概念、原理和理论的基础上, 培养学生在流体力学方面解决问题、分析问题的能力和创新意识。
全书共分10 个项目, 内容包括: 绪论、流体及其物理性质、流体静力学、流体运动学、流体动力学基础、黏性流体流动及阻力、孔口出流与有压管流、边界层理论基础、相似原理和量纲分析以及气体动力学基础。
本书可作为普通高等院校本科机械类、能源动力工程、交通运输工程、工程力学等专业的教材, 也可作为远程教育、成人教育、高等职业教育的教学用书, 还可供从事相关工作的研究生、工程技术人员参考。
封面
前言
项目1 绪论
【案例导入】
【教学目标】
任务1 流体力学的研究内容与学科性质
1.流体力学的研究内容
2.流体力学的分类
任务2 流体力学的发展史
1.流体力学萌芽阶段
2.流体力学基础阶段
3.流体力学飞跃发展阶段
任务3 流体力学的研究方法
1.实验观测
2.理论分析
3.数值计算
任务4 流体力学的研究领域与相关学科
拓展提高
1.超声速流的加速
2.汽车运动中的阻力
3.高尔夫球的表面
4.机翼升力的产生
思考与练习
项目2 流体及其物理性质
【案例导入】
1.马格努斯效应与香蕉球
2.用伯努利原理分析香蕉球
3.香蕉球的运用
【教学目标】
任务1 流体的连续介质理论
1.流体质点的概念
2.流体连续介质模型
任务2 流体的密度和重度
1.流体的密度
2.流体的重度
任务3 流体的力学特性
1.流动性
2.流体的可压缩性
3.流体的膨胀性
4.流体的黏性
任务4 牛顿流体和非牛顿流体
1.牛顿流体与非牛顿流体
2.非牛顿流体及其黏度特性
任务5 表面张力
1.表面张力系数
2.弯曲液面的附加压力差——拉普拉斯公式
3.毛细现象与湿润效应
4.表面张力的计算
综合实例
拓展提高
思考与练习
项目3 流体静力学
【案例导入】
1.事件的经过
2.事故原因及责任
【教学目标】
任务1 作用在流体上的力
1.表面力
2.质量力
任务2 流体静压强特性
1.流体静压强特性
任务3 流体平衡微分方程
1.流体平衡微分方程的建立
2.压力差方程
3.平衡微分方程的普遍积分式
4.等压面
任务4 重力场中静力学基本方程
1.静力学基本方程
2.静力学基本方程的物理意义
任务5 静压强的测量
1.压强的表示方法
2.压强的单位
3.静压强的测量
任务6 液体的相对平衡
1.匀加速直线运动容器中液体的相对平衡
2.匀角速度旋转容器中液体的平衡
任务7 液体作用在平面上的总压力
1.总压力的大小
2.总压力的作用点
任务8 液体作用在曲面上的总压力
1.总压力的大小和方向
2.总压力的作用点
综合实例
拓展提高
1.阿基米德原理
2.潜体及浮体的稳定性
思考与练习
项目4 流体运动学
【案例导入】
1.离岸流的成因
2.离岸流的危害
【教学目标】
任务1 流体运动的描述方法
1.拉格朗日法
2.欧拉法
3.欧拉法的质点加速度
4.两种方法的关系及比较
任务2 流场的基本概念
1.定常流动与非定常流动
2.迹线与流线
3.流管、流束及总流
4.过流断面和水力直径
5.流量及平均速度
6.一维、二维和三维流动
7.均匀流和渐变流
8.系统和控制体
任务3 连续性方程
1.直角坐标系中的连续性方程
2.连续性方程的其他几种常见形式
3.定常总流的连续性方程
任务4 流体微团运动的分解
1.平面流动的微团运动分析
2.三维流动的微团运动分解
3.有旋流动和无旋流动
任务5 势函数和流函数
1.速度势函数
2.流函数
3.速度势函数与流函数的关系
综合实例
拓展提高
1.基本的平面势流
2.势流叠加原理
思考与练习
项目5 流体动力学基础
【案例导入】
1.离奇撞船
2.伯努利原理
3.到处都有它的踪影
4.伯努利原理的科技应用
【教学目标】
任务1 理想流体运动微分方程
1.欧拉运动方程
2.关于欧拉方程的讨论
3.葛罗米柯方程
任务2 黏性流体的运动微分方程
1.黏性流体微团运动微分方程
2.牛顿流体的本构方程
任务3 理想流体的能量方程
1.沿流线的伯努利原理
2.重力场中理想流体的伯努利方程
3.伯努利方程的能量意义和几何意义
任务4 实际流体的伯努利方程
1.元流的伯努利方程
2.恒定总流的能量方程
3.总流能量方程的应用举例
4.有能量输入或输出的能量方程
5.有质量输入或输出的能量方程
6.大气浮力对气流的作用的能量方程
7.虹吸管
任务5 恒定流的动量方程
任务6 恒定流的动量矩方程
1.恒定流的动量矩方程
2.欧拉涡轮机方程
3.单位重量流体自叶轮中获得的能量HT∞
综合实例
拓展提高
思考与练习
项目6 黏性流体流动及阻力
【案例导入】
1.翼尖涡流
2.翼尖涡流的危害
3.相关事故
【教学目标】
任务1 流体阻力的分类
1.沿程阻力及沿程损失
2.局部阻力及局部损失
3.能量损失
任务2 层流与湍流的概念
1.雷诺实验
2.根据管内平均流速v的大小可以判别流动状态
3.流态判别准则——雷诺数
任务3 均匀流的沿程损失
1.沿程损失与切应力的关系
2.沿程损失的通用公式
任务4 圆管中的层流流动
1.速度分布
2.流量和平均速度
3.内摩擦应力分布
4.沿程损失
任务5 圆管中的湍流流动
1.脉动现象和时均化的概念
2.湍流中的切应力
3.圆管中的湍流构成
4.圆管中的湍流速度分布
任务6 湍流的沿程阻力损失
1.影响沿程阻力系数的因素
2.尼古拉兹实验
3.莫迪图
4.非圆管的沿程损失
任务7 流动的局部损失
1.突扩圆管的局部损失分析
2.局部损失系数
3.常用流道的局部损失系数
4.局部装置的当量管长
综合实例
拓展提高
1.潜艇水下航行时阻力
2.潜艇水下减阻基本措施
思考与练习
项目7 孔口出流与有压管流
【案例导入】
1.偶然发现的滴灌技术
2.滴灌技术的原理
3.滴灌技术的优势
4.滴灌在以色列的发展
【教学目标】
任务1 孔口出流
1.孔口出流的分类
2.薄壁小孔口自由出流
3.薄壁小孔口淹没出流
4.大孔口出流
5.孔口非恒定出流
任务2 管嘴出流
1.圆柱形外管嘴恒定出流
2.其他形式的管嘴
3.常用的孔口和管嘴出流的水力特性
任务3 有压管道恒定流动
1.有压管道的分类
2.短管的水力计算
3.长管的水力计算
任务4 管网流动计算
1.枝状管网水力计算
2.环状管网
任务5 有压管道中的水击
1.水击现象
2.水击发生的原因
3.水击传播过程
4.水击压强的计算
5.水击波的传播速度
6.水击的防护
综合实例
拓展提高
1.并联管路流动
2.环状管网流动
3.关于极值的讨论
思考与练习
项目8 边界层理论基础
【案例导入】
1.特斯拉涡轮机的原理
2.特斯拉涡轮的结构及特点
3.特斯拉泵
4.应用
【教学目标】
任务1 边界层的概念
1.边界层的定义
2.边界层的流动状态
3.边界层的特征
任务2 边界层厚度
1.名义厚度
2.边界层位移厚度(排挤厚度)
3.动量损失厚度δ2
4.能量损失厚度δ3
任务3 平面层流边界层的微分方程
任务4 边界层的动量积分方程
1.从边界层的微分方程出发建立积分关系式
2.取边界层控制体微元段建立积分方程
任务5 平板边界层的计算
1.平板层流边界层
2.平板上的湍流边界层
任务6 边界层分离现象及绕流阻力
综合实例
拓展提高
1.发现
2.应用
3.升力的成因
4.实验演示
思考与练习
项目9 相似原理和量纲分析
【案例导入】
1.汽车风洞的技术发展历史
2.汽车风洞的分类
3.汽车风洞测试实验
4.我国汽车产业发展的里程碑
【教学目标】
任务1 量纲分析
1.单位和量纲
2.量纲一致性原则
任务2 量纲分析方法
1.瑞利法
2.π定理
3.量纲分析方法的讨论
任务3 相似原理
1.力学相似
2.动力相似准则
3.流动相似条件
任务4 模型试验
1.模型律的选择
2.模型设计
综合实例
拓展提高
1.溃坝洪水模型试验研究
2.溃坝模型比尺
3.模型相似理论
思考与练习
项目10 气体动力学基础
【案例导入】
【教学目标】
任务1 气体流动的热力学基础
1.气体的状态方程
2.热力学过程
3.焓
任务2 微弱扰动在空间的传播
1.声速
2.马赫数
3.马赫锥
任务3 气体一维定常流动的基本方程
1.连续性方程
2.运动微分方程
3.能量方程
任务4 气体一维定常流动的参考状态
1.滞止状态
2.极限状态(最大速度状态)
3.临界状态
4.速度系数
任务5变截面管流
1.气流参数和通道截面之间的关系
2.收缩喷管
3.缩放喷管
任务6 实际气体在管道中的定常流动
1.等截面管中的绝热流
2.等截面管中的等温流
综合实例
拓展提高
思考与练习
参考文献
机械工业出版社 京icp备14043556号-1 (署)网出证(京)字第214号 Copyright (C) 2001 CmpBook. All Rights Reserved