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绪论1

第一章 流体的物理属性及流动模型3

1.1 连续介质模型3

1.1.1 连续性假设3

1.1.2 连续介质中一点处参数的定义4

1.2 流体的压缩性与膨胀性4

1.2.1 流体的压缩性4

1.2.2 流体的膨胀性5

1.3 流体的输运性质6

1.3.1 流体的黏性6

1.3.2 流体的导热性9

1.3.3 流体的扩散性10

1.4 高温气体的属性10

1.5.1 理想流体模型（无黏性流体模型）11

1.5 流体流动模型简介11

1.5.2 不可压流动模型12

1.5.3 绝热流动与等熵流动模型12

小结12

思考与练习题13

第二章 流体静力学基础与基本概念15

2.1 作用在流体上的力及静压强的特性15

2.1.1 作用在流体上的力15

2.1.2 流体静压强及其特性16

2.2 流体静平衡微分方程及其应用17

2.2.1 流体静平衡微分方程17

2.2.2 重力作用下流体内部的压强19

2.2.3 大气结构与国际标准大气20

2.3 流体的相对平衡21

2.3.1 直线等加速运动22

2.3.2 等角速度旋转容器中液体的平衡23

2.4 静止流体对平面和曲面的作用力24

2.4.1 静止流体对物体的作用力24

2.4.2 静止流体对平面的作用力25

2.4.3 静止流体对曲面的作用力26

2.5 流体静压强的测量原理29

2.5.1 绝对压强、相对压强和真空度29

2.5.2 流体静压强的测量29

小结32

思考与练习题33

第三章 流体动力学基本方程和基本概念36

3.1 描述流体运动的两种方法及基本概念36

3.1.1 系统和控制体36

3.1.2 描述流体运动的两种方法37

3.1.3 随流导数40

3.1.4 迹线、流线、流管和脉线43

3.1.5 流体运动分类46

3.2 流体微团运动分析47

3.2.1 直角坐标系中流体微团的速度分解47

3.2.2 流体微团的运动和变形49

3.3 适合于系统的基本方程及雷诺输运定理53

3.3.1 适合于系统的基本方程53

3.3.2 雷诺输运定理53

3.4 连续方程56

3.5 动量方程58

3.6 动量矩方程64

3.7 能量方程66

3.8 伯努利方程69

小结76

思考与练习题76

4.1 管道中黏性流动的状态79

第四章 管道内的黏性流动与管路计算基础79

4.2 圆管中充分发展的层流流动及沿程损失82

4.3 圆管中充分发展的湍流流动及沿程损失86

4.3.1 湍流流动的时均化及湍流度86

4.3.2 圆管中湍流流动的切应力及速度分布87

4.3.3 圆管内沿程损失的实验研究90

4.3.4 压缩性对沿程损失因数的影响93

4.4 管道内的局部阻力及损失计算94

4.4.1 局部损失产生的原因及计算94

4.4.2 减小和利用局部损失98

4.4.3 流动损失叠加及当量长度法99

4.4.4 进口起始段内的流动100

4.5 管路设计与计算基础101

4.5.1 串联管路的计算102

4.5.2 并联管路的计算104

4.5.3 管网计算基础105

小结106

思考与练习题107

第五章 滞止参数与气动函数109

5.1 微扰动的传播及马赫数109

5.1.1 微扰动的传播109

5.1.2 声速109

5.1.3 马赫数111

5.2 几个气流的参考参数112

5.2.1 气流的滞止参数112

5.2.2 关于总压的讨论115

5.2.3 极限速度和临界参数119

5.2.4 速度因数121

5.3.1 气动函数τ(λ),π(λ),ε(λ)123

5.3 气体动力学函数及其应用123

5.3.2 流量函数q(λ),y(λ)124

5.3.3 冲量函数z(λ),f(λ),r(λ)128

小结132

思考与练习题133

第六章 膨胀波与激波135

6.1 微扰动在气流中的传播及马赫锥135

6.2 膨胀波的形成及普朗特－迈耶流动137

6.2.1 膨胀波的形成及特点137

6.2.2 膨胀波的计算138

6.3 膨胀波的相交与反射142

6.3.1 膨胀波在固体壁面上的反射与消波142

6.3.2 膨胀波的相交143

6.3.3 膨胀波在自由边界上的反射143

6.3.4 膨胀波与压缩波的相交144

6.4 激波的形成及传播速度145

6.4.1 激波的形成146

6.4.2 激波的传播速度147

6.4.3 斜激波的形成149

6.5 激波计算公式149

6.5.1 激波前、后参数之间的关系149

6.5.2 基本方程150

6.5.3 激波计算公式152

6.5.4 激波曲线和激波表156

6.6 激波的相交与反射159

6.6.1 激波在固体直壁上的反射160

6.6.2 异侧激波相交160

6.6.3 激波在自由边界上的反射161

6.6.4 同侧斜激波的相交162

6.7.1 锥面激波的特点及与平面斜激波的比较164

6.7 锥面激波及其数值解164

6.7.2 锥形流场数值计算方法166

6.8 激波在超声速进气道及飞行器设计中的应用170

6.8.1 激波与膨胀波的组合170

6.8.2 超声速进气道的激波系170

6.8.3 激波在乘波构形中的应用173

小结174

思考与练习题174

第七章 一维定常可压缩管内流动178

7.1 理想气体在变截面管道中的流动178

7.2 收缩喷管182

7.3 拉伐尔喷管187

7.4 内压式超声速进气道及其他变截面管流196

7.4.1 内压式超声速进气道196

7.4.2 其他变截面管流202

7.5 等截面摩擦管流204

7.6 气体在有热交换的管道内的流动210

7.7 变流量加质管流217

小结221

思考与练习题222

第八章 理想流体多维流动基础224

8.1 有旋流动224

8.1.1 涡量、涡线、涡面和涡管224

8.1.2 速度环量225

8.1.3 速度环量与旋涡强度的关系226

8.2 无旋流动和速度势226

8.3 微分形式的连续方程228

8.4 欧拉运动微分方程及其积分230

8.4.1 微分形式的动量方程——欧拉运动微分方程230

8.4.2 欧拉运动微分方程的积分232

8.5 其他形式的运动微分方程234

8.5.1 葛罗米柯方程234

8.5.2 克罗克运动方程235

8.5.3 速度势方程237

8.5.4 二维定常流动中的流函数和流函数方程238

8.6 微分形式的能量方程243

8.6.1 一般形式的能量方程243

8.6.2 其他形式的能量方程244

8.7 可压缩理想流体动力学基本方程组245

8.8 理想流体的初始条件与边界条件246

8.9 凯尔文定理（汤姆逊定理）247

小结248

思考与练习题249

9.1 不可压势流的势函数方程和流函数方程250

第九章 不可压缩流体的平面势流250

9.2 平面势流叠加原理和几种简单的平面定常势流251

9.2.1 势流叠加原理251

9.2.2 均匀直线流动252

9.2.3 点源和点汇252

9.2.4 点涡（有势涡）253

9.3 几种简单平面势流的叠加势流254

9.3.1 螺旋流（点源或点汇＋点涡）254

9.3.2 偶极流（点源＋点汇）254

9.4 不带环量的圆柱绕流（均匀直线流＋偶极流）256

9.5 带环量的圆柱绕流和儒科夫斯基升力定理258

小结259

思考与练习题260

第十章 黏性流体动力学基础261

10.1 微分形式的动量方程——N-S方程261

10.2 微分形式的能量方程265

10.3 初始条件和边界条件267

10.4 雷诺方程和雷诺应力269

10.4.1 常用的时均运算关系式269

10.4.2 湍流运动的连续方程271

10.4.3 雷诺方程271

10.4.4 雷诺应力272

10.4.5 普朗特混合长度理论274

10.5 附面层基本知识275

10.5.1 附面层的概念275

10.5.2 附面层的转捩277

10.6 附面层微分方程278

10.6.1 层流附面层微分方程278

10.6.2 湍流附面层微分方程279

10.7.1 附面层的动量积分方程280

10.7 附面层积分方程280

10.7.2 速度分布应满足的边界条件282

10.7.3 平板不可压层流附面层计算283

10.7.4 光滑平板不可压湍流附面层计算285

10.7.5 光滑平板混合附面层计算286

10.8 附面层分离与控制287

10.8.1 附面层分离287

10.8.2 附面层控制288

小结289

思考与练习题289

第十一章 相似原理及量纲分析291

11.1 相似原理291

11.1.1 相似概念291

11.1.2 相似原理293

11.2.2 量纲分析法——瑞利（Rayleigh）法295

11.2.1 量纲基本知识295

11.2 量纲分析法及Ⅱ定理的应用295

11.2.3 Ⅱ定理297

11.3 方程分析法299

11.4 模型实验300

11.4.1 全面力学相似300

11.4.2 近似模化法301

11.4.3 实验研究的基本要点301

小结302

第十二章 高超声速流动的特殊问题303

12.1 高超声速流动的基本特征303

12.2 高超声速流动中的激波关系式及流场性质307

12.2.1 平面斜激波前后参数的简化关系式307

12.2.2 正激波前后参数关系式309

12.2.3 高超声速小扰动情况309

12.2.4 马赫数无关原理311

12.3 高超声速流动中的气动力和气动热313

12.3.1 高超声速流动中的气动力313

12.3.2 高超声速飞行器的气动加热和热防护315

思考与练习题317

附录 各种数值表318

表1 国际标准大气表318

表2(a) 一维等熵流气动函数表（k=1.40）319

表2(b) 一维等熵流气动函数表（k=1.33）325

表3 普朗特－迈耶函数表331

表4 正激波表333

表5 斜激波前后气流参数表338

表6 有摩擦的等截面直管道中绝热流动的数值表348

表7 几种常见平面相对于其几何中心C的惯性矩Jc350

参考文献351