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| 內容簡介： |
全书（上、下册）内容涵盖了流体力学的基本原理和方程，列举了大量工程实例，通过强调物理背景、提供精彩的图片，让学生对流体力学有一个直观的理解并认识到流体力学是如何应用于工程实践的。全书共15章，包括引言与基本概念、流体的性质、压强与流体静力学、流体运动学、伯努利方程与能量方程、流动系统的动量分析、量纲分析与模型化、内流、流体流动的微分分析、 N-S方程的近似解、外流、可压缩流动、明渠流动、涡轮机械、计算流体力学引论。
本书可作为高等工科院校相关专业的流体力学教材，也可供相关专业科研和工程技术人员参考。
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| 目錄：
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前言
第
1章 引言与基本概念·1
1.1 引言 1
1.2 流体力学简要发展史 5
1.3 无滑移条件· 7
1.4 流体流动的分类8
1.5 体系和控制体12
1.6 量纲和单位的重要性 13
1.7 工程问题的数学建模18
1.8 问题求解技巧 20
1.9 工程软件包· 21
1.10 准确度、精密度和有效数字24
应用展示：核爆炸和雨滴有何共同之处 27
小结28
参考文献和阅读建议· 28
习题 28
第
2章 流体的性质 2
2.1 引言 32
2.2 密度与比重· 33
2.3 蒸气压与空化 · 35
2.4 能量与比热容 37
2.5 可压缩性与声速 38
2.6 黏度 43
2.7 表面张力与毛细现象 47
小结 53
应用展示：空化 54
参考文献和阅读建议· 55
习题 55
第
3章 压强与流体静力学 67
3.1 压强 67
3.2 压强测量装置· 72
3.3 流体静力学引言 · 78
3.4 水下平板的受力分析79
3.5 水下曲面的受力分析 83
3.6 浮力和稳定性85
3.7 以刚体形式运动的流体 90
小结 97
参考文献和阅读建议· 98
习题 98
第
4章 流体运动学
118
4.1 拉格朗日法与欧拉法
118
4.2 流动类型与流动可视化
124
4.3 流体流动数据图
· 130
4.4 其他运动学描述方法
132
4.5 涡量与旋度· 137
4.6 雷诺输运定理
· 141
小结
147
应用展示：射流激励器
· 148
应用展示：闻实物：人类的气道
149
参考文献和阅读建议· 150
习题
150
第
5章 伯努利方程与能量方程 164
5.1 引言 164
5.2 质量守恒 165
5.3 机械能与效率172
5.4 伯努利方程· 176
5.5 一般能量方程189
5.6 定常流的能量分析 193
小结 201
参考文献和阅读建议· 202
习题 203
第
6章 流动系统的动量分析215
6.1 牛顿定律 215
6.2 控制体的选择 · 216
6.3 控制体的受力分析 217
6.4 线动量方程· 220
6.5 旋转运动和角动量回顾231
6.6 角动量方程· 233
应用展示：蝠鲼游泳240
小结 241
参考文献和阅读建议· 241
习题 242
第 7章 量纲分析与模型化 ·255
7.1 量纲与单位· 255
7.2 量纲齐次性· 256
7.3 量纲分析与相似性 261
7.4 重复变量法与白金汉 Π定理 265
历史聚焦：无量纲参数所纪念的人271
7.5 实验测试、模型化与不完全相似 278
应用展示：果蝇如何飞行 · 284
小结285
参考文献和阅读建议· 285
习题 285
第 8章 内流 302
8.1 引言 302
8.2 层流和湍流· 303
8.3 入口区域 305
8.4 管内层流307
8.5 管内湍流 314
8.6 局部损失327
8.7 管道系统与泵的选择333
8.8 流量与速度测量 · 341
应用展示：彩色粒子阴影测速
加速度
测量 361
小结361
参考文献和阅读建议· 363
习题 364
附录 特性参数表与曲线图 380
表
A-1 物质的摩尔质量、气体常数以及
理想气体比热 381表
A-2 沸点和冰点属性 382
表
A-3 饱和水属性· 383
表
A-4 饱和制冷剂 .134a属性 · 384
表
A-5 饱和氨属性 385
表
A-6 饱和丙烷属性 386
表
A-7 液体的属性 387
表
A-8 液态金属的属性 388
表
A-9 1atm下的空气属性389
表
A-10 1atm下的气体属性390
表
A-11 高空大气参数·· 392
图
A-12 圆管中充分发展流动的摩擦系数
莫迪图· 393
表
A-13 理想气体一维等熵可压缩流气动
函数表（k = 1.4） 394
表
A-14 理想气体一维正激波
函数表（k = 1.4） 395
表
A-15 理想气体的瑞利流函数表
（k = 1.4）· 396
表
A-16 理想气体的法诺流函数表
（k = 1.4）· 397
数据表· 398
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| 內容試閱：
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背景情况
流体力学是一门涉及从微观生物系统到汽车、飞机和宇宙飞船的推进等广泛领域，具有无限实际应用价值的令人激动和着迷的学科。它历来是对本科生最具有挑战性的科目之一 , 因为在解决流体力学问题过程中仅懂得一些理论知识是不够的，还需要具有物理直觉和经验。本书的目的是通过对概念的仔细诠释，并通过运用大量的实例、示意图、图片和照片，建立一座跨越理论知识和实际应用之间鸿沟的桥梁。
流体力学是一门成熟的学科，已经建立了基本的或近似的方程，这些方程可以从许多入门的教科书中找到。这些教科书形式各异，对这些内容的安排不尽相同。一本易读的流体力学教科书应该是从简单到复杂循序渐进的，每一章都建立在前面章节的基础上。用这种方法可以有效地学习通常认为具有挑战性的问题。流体力学本质上是一门高度可视化的科目，学生可以通过视觉途径较快地领会内容。因此，一本好的流体力学教科书应该提供高质量的图片和照片，用可视化方法帮助学生理解数学表达式的含义和物理意义。
目标
全书试图为三、四年级的工程类本科生提供一部适合于学习第一门流体力学课程的教科书，假设这些学生在数学、物理、工程力学和热力学方面已具备足够的基础。本书的目标如下：
• 涵盖流体力学的基本原理和方程。
• 列举大量真实世界中的各种工程实例，让学生认识到流体力学是如何应用于工程实践的。
• 通过强调物理背景，提供精彩的图片和可视化辅助手段，让学生对流体力学有一个直观的理解。
全书包含了大量素材让教师在讲解某一主题时能灵活运用。例如，航空和航天工程的教师可能会强调势流、阻力和升力、可压缩流动、涡轮机械和计算流体力学等；机械和土木工程的教师可能选择管流、明渠流动等。本书内容覆盖了足够的宽度，同时可以满足这两门课的需要。
第4版新增内容在整体布局和表达顺序方面与旧版没有明显改变，一个明显的变化是全书增加了精彩的新图片。
全书添加了四个新的小节。在第 1 章中，添加了“均匀与非均匀流”和“方程求解器”；在第 11 章中，添加了特邀作者宾夕法尼亚州立大学的 Azar Eslam Panah 的“自然界中的飞行”，还将宾夕法尼亚州立大学特邀作者 Alex Rattner 的“两相流的计算流体力学方法”添加至第 15 章；在第 8 章中，我们强调了显式丘吉尔关系式可作为隐式科尔布鲁克关式的替代形式。全书添加了两个新颖的应用实例：第 4 章添加了宾夕法尼亚州立大学 Rui Ni 的“闻食物：人类的气道”，第 8 章添加了宾夕法尼亚州立大学 Michael McPhail 和 Michael Krane 的“彩色粒子阴影测速 加速度测量”。
全书修改了大量的章末习题，许多问题被新的问题所替换，同时还替换了几个例题。宗旨与目的全书的宗旨与尤努斯· A. 森哲尔主编的其他教科书的宗旨相同：
• 用一种简单而精确的方法直接与未来的工程师沟通。
•引导学生清楚地理解和坚实地掌握流体力学的基本原理。
• 鼓励创造性思维，对流体力学形成深刻理解和直观感觉。• 让学生带着兴趣和热情而不是仅仅为解题去读这本书。我们的宗旨是：实践是最好的学习方法。因此，全书所做的特殊努力是对学过的内容（包括每一章和之前的章节）不断巩固。例如，有很多例题和章末的习题是理解型的，目的是让学生回顾过去章节学过的概念。全书展现了一些由 CFD 生成的例子，并设立了“计算流体力学引论”一章。我们的目的不是为了教 CFD 的数值算法——这更适合在一门单独的课程中教授。相反，我们的意图是向本科生介绍 CFD 作为工程工具的能力和局限性。我们使用 CFD 结果的方式，与使用风洞实验结果几乎一样（即，加强学生对流动现象的物理认识，提供一种流动可视化手段来解释流体的流动行为）。在网站上发布有上百道 FlowLab CFD 习题，教师有足够的机会在整个课程中向学生介绍 CFD 的基础知识。
内容与安排
全书共 15 章，从流体与流动的基本概念开始，到计算流体力学引论结束。
• 第 1 章 介绍流体的基本概念、流动分类、控制体和体系表示法、量纲、单位、有效数字和解题技巧。
• 第 2 章 介绍流体的性质，如密度、蒸气压、比热比、声速、黏度和表面张力。
• 第 3 章 涉及压强和流体静力学，包括液体压强计和气压计、作用在淹没表面的静压强、浮力和稳定性、以刚体形式运动的流体。
• 第 4 章 介绍流体运动学，包括描述流动的拉格朗日法和欧拉法、流动类型、流动可视化、涡量和有旋性、雷诺输运定理。•
第 5 章 介绍质量、动量和能量守恒定律，强调对质量守恒方程、伯努利方程和能量方程的正确使用，以及这些方程的工程应用。
• 第 6 章 将雷诺输运定理应用于线动量和角动量，强调有限控制体动量分析的实际工程应用。
• 第 7 章 介绍量纲齐次性概念、量纲分析的白金汉定理、动力相似、重复量方法（该方法在本书和许多其他科学和工程领域中得到应用）。
• 第 8 章 介绍管道流动、层流与湍流的区别、管中摩擦损失、管网中的局部损失、如何选择泵和风机与管网匹配、用于测量流量和速度的各种实验装置，并简要介绍了生物流体力学。
• 第 9 章 介绍对流动的微分分析，连续性方程、柯西方程和 N-S方程的推导和应用，流函数及其他在流动分析中的用途，并对生物流体进行了简要介绍。最后，我们指出了一些与生物流体力学有关的微分分析的独特方面。
• 第 10 章 讨论 N-S 方程的几个简化方程及其解，包括蠕变流、无黏流、无旋流（势流）和边界层，并对每一个简化提供了示例。
• 第 11 章 介绍物体绕流的阻力和升力。讨论摩擦阻力与压差阻力的差别，提供许多常见形状物体的阻力系数。强调了风洞测量与第 7 章引入的动力相似和量纲分析相结合的实际应用。
• 第 12 章 介绍可压缩流体对物体的绕流，这里马赫数对气体行为的影响很大，还介绍了膨胀波、正激波和斜激波概念以及壅塞流动。
• 第 13 章 介绍明渠流以及与具有自由液面流动有关的独特性质，如表面波和水跃。
• 第 14 章 较详细地考察叶轮机械，包括泵、风机、涡轮机。重点是泵和涡轮机是如何工作的，而不是它们的设计细节；讨论基于动力相似和简化的速度矢量法对泵和涡轮机的综合设计。
• 第 15 章 描述计算流体力学（ CFD）的基本概念，介绍如何利用 CFD 商业软件求解复杂的流体力学问题；强调 CFD 的应用而不是具体的算法。
全书的每一章包含了大量的章末习题。大多数需要计算的习题都使用 SI 单位制，但是仍有大约 20% 的习题使用英制单位。书末提供了一套完整的附录，除了空气和水之外，还给出了多种材料的热力学和流体性质。许多习题需要用到附录中的数据。
学习方法强
调物理概念
全书与众不同的特色是除了数学公式和求解外，强调问题的物理概念。作者相信本科教育应着重训练对物理机制的认识和解决实际问题的能力，这是工程师面对实际世界需要的能力。注重直观理解也能使本课程对学生具有吸引力和激励作用。
有效利用联系
善于观察能使学生不难理解工程科学。毕竟，工程科学的原理源于我们每天的经历和实验观察，因此物理的、直观的方法贯穿于整个教材。本书经常将课文中的内容与学生的日常生活联系起来，使他们通过自己熟悉的事物来理解课文中的概念。
自我教育
书中的材料是按照学生能轻松学习的平均水平来组织的。与学生平等交流，而非居高临下，实际上就是自我教育。应注意，科学原理都是基于实验观察得来的。全书的大部分推导都基于物理的论证，因此学生容易接受和理解。
广泛利用插图
图是帮助学生弄明白问题的重要工具，全书有效地运用了插图，包括许多图片、照片和图标，比其他书籍都多。图片可吸引学生的注意力，激发好奇心和兴趣。课文中的大多数图片都用于强调关键性概念（若用其他方式则不易引起注意），有一些则用作页面摘要。
大量详细的、带有系统求解过程的例题
每章都包含了一些详细求解的例题，用于阐明问题和说明对基本原理的运用，有助于培养学生的直觉。在例题求解中采用了直观和系统的方法。首先提出问题和要解决的目标，在求解中开始是假设；然后是证明，分别列举求解问题所需要的步骤，数值应连同单位一起使用，无单位的数值是无意义的；最后对求解的结果讨论其意义。在供教师所用的解题手册中也采用了相同的方法。
大量现实的章末习题
所有章节都包含了大量的例证，这些例证既阐明了材料，又举例说明了在帮助学生发展认知力的基础上使用的基本原则，在所有示例问题的解决中使用直观和系统的方法。解决方法从一个问题的陈述开始，并确定所有的目标，然后陈述假设和近似以及它们的理由。解决该问题所需的任何属性都单独列出。数值与数字一起使用，以强调如果没有单位，数字是没有意义的。每个例子的结果的意义在解决方案之后讨论。这种有条理的方法也在解决章末问题的过程中得到遵循，并提供给讲解人员。
丰富而实用的课后习题
章末的习题按不同的标题分组，以便于教师和学生分类选择。在每组习题中用“C”标注的概念题，用于检查学生对基本概念的理解。工程基础（ FE）考试问题的设计是为了准备专业工程许可证时，帮助学生准备工程基础的考试。标题为“复习题”下的题目是带有综合性的，不直接与本章的哪一节相对应，有时候需要复习前面学过的内容。标题为“设计题和论述题”下的题目是鼓励学生进行工程判断，对感兴趣的课题独立探索，将自己的求解结果与用专业方法得到的结果做比较。“E”指定的问题是英制单位， SI 用户可以忽略它们。有 图标的问题在本质上是综合的，并且旨在使用适当的软件用计算机来解决。一些经济学和安全相关的问题贯穿始终，以提高工程学生的成本和安全意识。为方便学生，在所选问题后列出了答案。常用符号的运用在不同工程课程中用相同的符号表示不同的物理量常引起学生的困惑。例如，在流体力学和热传输中，符号 Q 在一门课程中代表体积流量，而在另一门课程中则代表热量。在工程教育中，甚至在一些由国家科学基金主办的会议报告中，如于 2003 年 5 月 28-29 日在威斯康星大学举办的“能源科学技术工程数学（ STEM ： Science, Technology,Engineering, Math 创新小型会议”的最后报告中，对统一符号的呼声日益提高，但这些年
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