内容简介
本书详细阐述了流体力学的基础理论及其工程应用,主要内容包括:流体静力学、流体动力学基础,黏性流体运动及其阻力计算,有压管流与孔口、管嘴出流,明渠均匀流与堰流,渗流力学基础,气体的一元流动与气.固两相流。相似原理与量纲分析,流体机械,计算流体力学基础等。除第11章和第12章外,其余各章均附有习题,书末附有习题答案。
本书主要作为高等学校环境、资源、安全、土木、机械、热能工程等专业教学用书,亦可供厂矿工程技术人员参考。
目录
1 绪论
1.1 流体力学的研究对象、发展概况和研究方法
1.1.1 流体力学的研究对象
1.1.2 流体力学的发展概况
1.1.3 流体力学的研究方法
1.2 流体质点与连续介质的概念
1.2.1 流体质点的概念
1.2.2 连续介质的概念
1.3 流体的主要物理性质
1.3.1 流体的密度与重度(density&specific weight)
1.3.2 黏性(viscosity)
1.3.3
压缩性和膨胀性(compressibility&distensibility)
1.3.4 表面张力(surface tension)
流体力学实验发现1
习题1
2流体静力学
2.1 静止流体上的作用力
2.1.1 质量力
2.1.2 表面力
2.2 流体的平衡微分方程及其积分
2.2.1 欧拉平衡微分方程
2.2.2 平衡微分方程的积分
2.2.3 等压面
2.3 流体静力学基本方程
2.3.1 静止液体中的压强分布规律
2.3.2 静止液体中的压强计算和等压面
2.3.3 压强、相对压强、真空度
2.3.4 流体静力学基本方程的几何意义与能量意义
2.4 流体静压强的测量
2.4.1 静压强的单位
2.4.2 静压强的测量
……
3 流体动力学基础
4 黏性流体运动及其阴力计算
5 有压管流与孔口、管嘴出流
6 明渠均匀流与堰流
7 渗流力学基础
8 气体的一元流动与气-固两相流
9 相似原理与量纲分析
10 流体机械:泵与风机
11 计算流体力学基础
12 工程流体力学应用实例
习题答案
参考文献
摘要与插图
1.2 流体质点与连续介质的概念1.2.1 流体质点的概念
流体与固体一样,具有三个物质基本属性:由大量分子组成;分子不断做随机热运动;分子与分子之间存在着分子力的作用。从微观结构上看,流体分子具有一定的形状,因而分子与分子之间必然存在着一定间隙,尽管分子间的间隙很小。这是分子物理学研究物质属性及流体物理性质的出发点,否则无法解释流体性质中的许多现象,如流体的体积压缩及质量的离散分布等。流体的性质及运动与分子的形状密切相关。
但是对于研究流体宏观规律的流体力学来说,一般不需要考虑分子的微观结构,因此必须对流体的物理实体加以模型化,使之更适合于研究大量分子的统计平均特性,更有利于找出流体运动或平衡的宏观规律。在流体力学的研究中,必须引用流体质点和连续介质的概念。
流体质点是指流体中宏观尺寸小而微观尺寸又足够大的任意一个物理实体,它包括四个方面的含义:
(1)流体质点的宏观尺寸小,甚至可以小到肉眼无法观察、工程仪器无法测量的程度,用数学观点来说就是流体质点所占据的宏观体积极限为零,但极限为零并不等于零。
(2)流体质点的微观尺寸足够大。流体质点的微观体积远大于流体分子尺寸的数量级,在流体质点内任何时刻都包含有足够多的流体分子,个别分子的行为不会影响质点总体的统计平均特性。
(3)流体质点是包含有足够多分子在内的一个物理实体,因而在任何时刻都具有一定的宏观物理量。例如:
流体质点具有质量,这质量就是所包含分子质量之和;
流体质点具有温度,这温度就是所包含分子热运动动能的统计平均值;
流体质点具有压强,这压强就是所包含分子热运动互相碰撞从而在单位面积上产生的压力的统计平均值。
同样,流体质点也具有密度、流速、动量、动能等宏观物理量。
(4)流体质点的形状可以任意划定,因而质点和质点之间可以没有空隙,流体所在的空间中,质点紧密毗邻、连绵不断、无所不在。于是也就引出下述连续介质的概念。
1.2.2 连续介质的概念
由于假定组成流体的物理实体是流体质点而不是流体分子,因而也就假定了流体是由无穷多个、无穷小的、紧密毗邻、连绵不断的流体质点所组成的一种间隙的连续介质。
通常把流体中任意小的一个微元部分称为流体微团,当流体微团的体积无限缩小并以某一坐标点为极限时,流体微团就成为处在这个坐标点上的一个流体质点,它在任何瞬时都应该具有一定的物理量,如质量、密度、压强、流速等等。因而在连续介质中,流体质点的一切物理量必然都是坐标与时间(x,y,z,t)变量的单值、连续、可微函数,从而形成各种物理量的标量场和矢量场(也称为流场),这样就可以顺利地运用连续函数和场论等数学工具研究流体运动和平衡问题,这就是连续介质假定的重要作用。
……