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主要符号表1

0 引言1

0.1　流体力学的应用1

0.2　流体力学的内容及发展1

0.3　工程流体力学的学习2

1 流体性质4

1.1　流体的定义4

1.2　密度与可压缩性4

1.3　理想气体及状态方程8

1.4　粘性9

1.5　表面张力13

1.6　液体的蒸汽压力16

本章小结17

习题17

2 流体静力学19

2.1　作用在流体上的力19

2.1.1　质量力19

2.1.2　表面力19

2.2　流体静压力及其特性20

2.2.1　流体静压力20

2.2.2　流体静压力的特性20

2.3　流体的平衡微分方程21

2.3.1　流体的平衡微分方程21

2.3.2　力的势函数和有势力22

2.3.3　等压面23

2.4　重力场中流体的平衡23

2.4.1　静力学基本方程式23

2.4.2　静力学基本方程式的物理意义与几何意义24

2.4.3　绝对压力　相对压力　真空25

2.5　非惯性坐标系中液体平衡27

2.5.1　等加速直线运动容器内液体的相对平衡27

2.5.2　等角速度旋转容器中液体的相对平衡28

2.6　液柱式测压计33

2.6.1　测压管33

2.6.2 U形管测压计33

2.6.3 U形管差压计34

2.6.4　倾斜微压计34

2.7　静止液体作用在平面上的总压力36

2.7.1　总压力的大小37

2.7.2　总压力的作用点37

2.8　静止液体作用在曲面上的总压力39

2.8.1　总压力的大小和方向40

2.8.2　总压力的作用点41

2.8.3　压力体41

2.9　浮力原理43

本章小结46

习题47

3 流体动力学基础54

3.1　流场及其描述方法54

3.2　流动的分类56

3.2.1　按流体性质分类56

3.2.2　按与时间的关系分类56

3.2.3　按与空间的关系分类56

3.2.4　按运动状态分类57

3.3　流体流动的基本术语和概念57

3.3.1　迹线57

3.3.2　流线57

3.3.3　流管、流束和总流58

3.3.4　过流断面及水力要素59

3.3.5　流量和平均流速59

3.3.6　稳定流动的类型60

3.4　系统与控制体61

3.4.1　系统与控制体的概念61

3.4.2　系统内的某种物理量对时间的全导数公式61

3.5　一维流动的连续性方程63

3.6　理想流体一维稳定流动伯努里能量方程65

3.6.1　欧拉方程65

3.6.2　伯努里方程66

3.6.3　理想流体一维稳定流动能量方程的物理意义和几何意义67

3.6.4　理想流体相对运动的伯努里方程67

3.7　沿流线主法线方向的压力和速度变化68

3.8　粘性流体总流的伯努里方程70

3.8.1　粘性流体微元流束的伯努里方程70

3.8.2　粘性流体总流的伯努里方程70

3.8.3　恒定气体流动的伯努里方程72

3.9　伯努里方程的应用72

3.10　动量方程与动量矩方程76

3.10.1　动量方程76

3.10.2　动量矩方程77

本章小结82

习题84

4 量纲分析与相似原理90

4.1　单位和量纲90

4.2　相似性原理91

4.2.1　几何相似91

4.2.2　运动相似92

4.2.3　动力相似92

4.3　相似准则数93

4.3.1　欧拉（Eu）数93

4.3.2　弗汝德（Fr）数93

4.3.3　雷诺（Re）数94

4.3.4　马赫（Ma）数94

4.3.5　韦伯（We）数94

4.4　近似模型试验95

4.5　量纲分析97

4.5.1　瑞利法98

4.5.2 π定理99

本章小结101

习题102

5 管内不可压缩流体流动104

5.1　管内层流流动及粘性摩擦损失104

5.1.1　层流与湍流流动104

5.1.2　等截面管道内沿程能量损失105

5.1.3　圆管道内切应力分布107

5.1.4 圆管道内层流流动及粘性摩擦损失107

5.1.5　层流流动入口段长度109

5.2　湍流流动及沿程摩擦阻力计算110

5.2.1　湍流旋涡粘度与混合长度理论110

5.2.2　湍流流动中的粘性底层112

5.2.3　湍流流动中的速度分布114

5.2.4　沿程摩擦阻力系数计算116

5.2.5　摩擦系数曲线图（莫迪Moody图）118

5.3　简单管道内流动计算118

5.4　局部阻力损失124

5.4.1　管道进口损失124

5.4.2　突然扩大损失125

5.4.3　渐扩管损失126

5.4.4　管道出口损失127

5.4.5　渐缩管损失127

5.4.6　弯管损失128

5.4.7　其他局部阻力构件损失128

5.5　管路流动计算129

5.5.1　简单管路流动阻力计算129

5.5.2　管道中有泵、风机和水轮机时的管路计算130

5.6　管路及管网阻力计算132

5.6.1　串联管路132

5.6.2　并联管路134

5.6.3　分叉管路系统136

5.6.4　管网计算139

5.7　管路中的水锤现象140

本章小结143

习题143

6 绕流流动与边界层147

6.1　绕流流动阻力与边界层147

6.1.1　绕流流动阻力147

6.1.2　边界层148

6.2　平板边界层的摩擦阻力148

6.2.1　平板边界层动量方程148

6.2.2　平板层流边界层的摩擦阻力150

6.2.3　平板湍流边界层的摩擦阻力151

6.2.4　平板边界层具有过渡区时的摩擦阻力153

6.3 曲面物体绕流阻力153

6.3.1　边界层分离和压差阻力153

6.3.2　流体绕流曲面物体的阻力155

6.3.3　流体绕流长柱体的阻力159

6.4　升力160

6.5　气体射流161

6.5.1　射流结构与特征161

6.5.2 圆断面射流参数计算162

6.6　纳维尔-斯托克斯方程（N-S方程）及其求解163

6.6.1　粘性应力分析164

6.6.2　粘性力165

6.6.3 N-S方程165

6.6.4 N-S方程的求解166

本章小结168

习题169

7 理想流体流动171

7.1　连续性方程171

7.2　非旋转流动172

7.3　速度环量与旋涡量174

7.4　流函数174

7.5　基本流动的流场与流场叠加175

7.5.1　均匀直线流动175

7.5.2　源流或汇流176

7.5.3　流场叠加176

7.6　速度势178

7.7 流网179

本章小结181

习题182

8 流体测量184

8.1　流体物性测量184

8.2　静压测量186

8.3　用毕托（Pitot）管测量流速187

8.4　测量速度的其他方法188

8.4.1　水流计和风速仪188

8.4.2　热线风速仪188

8.4.3　漂浮测量188

8.4.4　照相和光学测量188

8.4.5　激光技术188

8.4.6　其他测速仪器与方法189

8.5　流量测量189

8.6　孔口、喷嘴和管嘴出流189

8.6.1　出流的定义189

8.6.2　出流系数190

8.6.3 自由出流的水头损失190

8.6.4　淹没出流的水头损失191

8.7　文丘里（Venturi）流量计193

8.8　喷嘴流动194

8.9　孔板流量计195

8.10　可压缩流体的流量测量197

8.11　测量流量的其他方法199

本章小结199

习题200

9 可压缩流体的流动202

9.1　音速 马赫数202

9.1.1　音速202

9.1.2　马赫数（Ma数）203

9.1.3　微弱扰动在气体中的传播204

9.2　气体一维定常等熵流动205

9.2.1　基本方程205

9.2.3　三种特定状态206

9.2.4　速度系数208

9.3　喷管中的等熵流动209

9.3.1　气流参数与通道截面的关系209

9.3.2　喷管210

9.4　有摩擦的绝热管流213

9.4.1　有摩擦管流流动分析213

9.4.2　有摩擦管流中气流参数的计算214

9.5　在等截面管中有摩擦的等温流动216

9.6　超音速气流的绕流与激波217

9.6.1　激波的产生及分类217

9.6.2　正激波的形成及传播速度218

9.6.3　膨胀波220

9.6.4　斜激波221

9.7　激波前后气流参数的关系222

9.7.1　正激波前后气流参数的关系222

9.7.2　斜激波前后气流参数的关系226

9.7.3　波阻的概念229

9.8　变截面管流变工况流动分析230

9.8.1 收缩喷管变工况流动分析230

9.8.2　喷管出口处的流速、流量及面积比231

9.8.3　缩放喷管变工况流动分析232

本章小结234

习题235

习题答案237

参考文献243