流体力学，是研究流体(液体和气体)的力学运动规律及其应用的学科。主要研究在各种力的作用下，流体本身的状态，以及流体和固体壁面、流体和流体间、流体与其他运动形态之间的相互作用的力学分支。流体力学是力学的一个重要分支，它主要研究流体本身的静止状态和运动状态，以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动的规律。在生活、环保、科学技术及工程中具有重要的应用价值。

概述(流体力学 应用领域)

发展简史(流体力学出现 流体动力学逐渐发展 流体动力学的理论基础 流体力学的一次重大进展 流体力学成熟)

流体力学(流体力学的基本假设 流体力学的研究内容 流体力学的研究分支 流体力学的展望)

研究方法(现场观测 实验室模拟 理论分析 数值计算 集中研究方法要相辅相成)

其它力学分支学科(力学分支学科 主要物理学分支)

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图书信息2(内容简介 图书目录)

图书信息3(基本信息 内容简介 章节目录)

图书信息4(图书信息 图书简介 前言 目录)

概述

流体力学

流体力学中研究得最多的流体是水和空气。它的主要基础是牛顿运动定律和质量守恒定律，常常还要用到热力学知识，有时还用到宏观电动力学的基本定律、本构方程和高等数学、物理学、化学的基础知识。

1738年伯努利出版他的专著时，首先采用了水动力学这个名词并作为书名；1880年前后出现了空气动力学这个名词；1935年以后，人们概括了这两方面的知识，建立了统一的体系，统称为流体力学。

应用领域

除水和空气以外，流体还指作为汽轮机工作介质的水蒸气、润滑油、地下石油、含泥沙的江水、血液、超高压作用下的金属和燃烧后产生成分复杂的气体、高温条件下的等离子体等等。

气象、水利的研究，船舶、飞行器、叶轮机械和核电站的设计及其运行，可燃气体或炸药的爆炸，汽车制造（联众集群），以及天体物理的若干问题等等，都广泛地用到流体力学知识。许多现代科学技术所关心的问题既受流体力学的指导，同时也促进了它不断地发展。1950年后，电子计算机的发展又给予流体力学以极大的推动。

发展简史

流体力学出现

流体力学是在人类同自然界作斗争和在生产实践中逐步发展起来的。古时中国有大禹治水疏通江河的传说；秦朝李冰父子带领劳动人民修建的都江堰，至今还在发挥着作用；大约与此同时，古罗马人建成了大规模的供水管道系统等等。

对流体力学学科的形成作出第一个贡献的是古希腊的阿基米德，他建立了包括物理浮力定律和浮体稳定性在内的液体平衡理论，奠定了流体静力学的基础。此后千余年间，流体力学没有重大发展。

直到15世纪，意大利达·芬奇的著作才谈到水波、管流、水力机械、鸟的飞翔原理等问题；17世纪，帕斯卡阐明了静止流体中压力的概念。但流体力学尤其是流体动力学作为一门严密的科学，却是随着经典力学建立了速度、加速度，力、流场等概念，以及质量、动量、能量三个守恒定律的奠定之后才逐步形成的。

流体动力学逐渐发展

17世纪，力学奠基人牛顿研究了在流体中运动的物体所受到的阻力，得到阻力与流体密度、物体迎流截面积以及运动速度的平方成正比的关系。他针对粘性流体运动时的内摩擦力也提出了牛顿粘性定律。但是，牛顿还没有建立起流体动力学的理论基础，他提出的许多力学模型和结论同实际情形还有较大的差别。

之后，法国皮托发明了测量流速的皮托管；达朗贝尔对运河中船只的阻力进行了许多实验工作，证实了阻力同物体运动速度之间的平方关系；瑞士的欧拉采用了连续介质的概念，把静力学中压力的概念推广到运动流体中，建立了欧拉方程，正确地用微分方程组描述了无粘流体的运动；伯努利从经典力学的能量守恒出发，研究供水管道中水的流动，精心地安排了实验并加以分析，得到了流体定常运动下的流速、压力、管道高程之间的关系——伯努利方程。

欧拉方程和伯努利方程的建立，是流体动力学作为一个分支学科建立的标志，从此开始了用微分方程和实验测量进行流体运动定量研究的阶段。从18世纪起，位势流理论有了很大进展，在水波、潮汐、涡旋运动、声学等方面都阐明了很多规律。法国拉格朗日对于无旋运动，德国赫姆霍兹对于涡旋运动作了不少研究……在上述的研究中，流体的粘性并不起重要作用，即所考虑的是无粘流体。这种理论当然阐明不了流体中粘性的效应。

流体动力学的理论基础

19世纪，工程师们为了解决许多工程问题，尤其是要解决带有粘性影响的问题。于是他们部分地运用流体力学，部分地采用归纳实验结果的半经验公式进行研究，这就形成了水力学，至今它仍与流体力学并行地发展。1822年，纳维建立了粘性流体的基本运动方程；1845年，斯托克斯又以更合理的基础导出了这个方程，并将其所涉及的宏观力学基本概念论证得令人信服。这组方程就是沿用至今的纳维-斯托克斯方程(简称N-S方程)，它是流体动力学的理论基础。上面说到的欧拉方程正是N-S方程在粘度为零时的特例。

普朗特学派从1904年到1921年逐步将N-S方程作了简化，从推理、数学论证和实验测量等各个角度，建立了边界层理论，能实际计算简单情形下，边界层内流动状态和流体同固体间的粘性力。同时普朗克又提出了许多新概念，并广泛地应用到飞机和汽轮机的设计中去。这一理论既明确了理想流体的适用范围，又能计算物体运动时遇到的摩擦阻力。使上述两种情况得到了统一。

流体力学的一次重大进展

20世纪初，飞机的出现极大地促进了空气动力学的发展。航空事业的发展，期望能够揭示飞行器周围的压力分布、飞行器的受力状况和阻力等问题，这就促进了流体力学在实验和理论分析方面的发展。20世纪初，以儒科夫斯基、恰普雷金、普朗特等为代表的科学家，开创了以无粘不可压缩流体位势流理论为基础的机翼理论，阐明了机翼怎样会受到举力，从而空气能把很重的飞机托上天空。机翼理论的正确性，使人们重新认识无粘流体的理论，肯定了它指导工程设计的重大意义。

机翼理论和边界层理论的建立和发展是流体力学的一次重大进展，它使无粘流体理论同粘性流体的边界层理论很好地结合起来。随着汽轮机的完善和飞机飞行速度提高到每秒50米以上，又迅速扩展了从19世纪就开始的，对空气密度变化效应的实验和理论研究，为高速飞行提供了理论指导。20世纪40年代以后，由于喷气推进和火箭技术的应用，飞行器速度超过声速，进而实现了航天飞行，使气体高速流动的研究进展迅速，形成了气体动力学、物理-化学流体动力学等分支学科。

流体力学成熟

以这些理论为基础，20世纪40年代，关于炸药或天然气等介质中发生的爆轰波又形成了新的理论，为研究原子弹、炸药等起爆后，激波在空气或水中的传播，发展了爆炸波理论。此后，流体力学又发展了许多分支，如高超声速空气动力学、超音速空气动力学、稀薄空气动力学、电磁流体力学、计算流体力学、两相(气液或气固)流等等。

这些巨大进展是和采用各种数学分析方法和建立大型、精密的实验设备和仪器等研究手段分不开的。从50年代起，电子计算机不断完善，使原来用分析方法难以进行研究的课题，可以用数值计算方法来进行，出现了计算流体力学这一新的分支学科。与此同时，由于民用和军用生产的需要，液体动力学等学科也有很大进展。

20世纪60年代，根据结构力学和固体力学的需要，出现了计算弹性力学问题的有限元法。经过十多年的发展，有限元分析这项新的计算方法又开始在流体力学中应用，尤其是在低速流和流体边界形状甚为复杂问题中，优越性更加显著。近年来又开始了用有限元方法研究高速流的问题，也出现了有限元方法和差分方法的互相渗透和融合。

从20世纪60年代起，流体力学开始了流体力学和其他学科的互相交叉渗透，形成新的交叉学科或边缘学科，如物理-化学流体动力学、磁流体力学等；原来基本上只是定性地描述的问题，逐步得到定量的研究，生物流变学就是一个例子。

流体力学

流体力学的基本假设

流体力学有一些基本假设，基本假设以方程的形式表示。例如，在三维的不可压缩流体中，质量守恒的假设的方程如下：在任意封闭曲面（例如球体）中，由曲面进入封闭曲面内的质量速率，需和由曲面离开封闭曲面内的质量速率相等。（换句话说，曲面内的质量为定值，曲面外的质量也是定值）以上方程可以用曲面上的积分式表示。

流体力学假设所有流体满足以下的假设：

·质量守恒

·动量守恒

·连续体假设

在流体力学中常会假设流体是不可压缩流体，也就是流体的密度为一定值。液体可以算是不可压缩流体，气体则不是。有时也会假设流体的黏度为零，此时流体即为非粘性流体。气体常常可视为非粘性流体。若流体黏度不为零，而且流体被容器包围（如管子），则在边界处流体的速度为零。

流体力学的研究内容

流体是气体和液体的总称。在人们的生活和生产活动中随时随地都可遇到流体，所以流体力学是与人类日常生活和生产事业密切相关的。大气和水是最常见的两种流体，大气包围着整个地球，地球表面的70%是水面。大气运动、海水运动(包括波浪、潮汐、中尺度涡旋、环流等)乃至地球深处熔浆的流动都是流体力学的研究内容。

20世纪初，世界上第一架飞机出现以后，飞机和其他各种飞行器得到迅速发展。20世纪50年代开始的航天飞行，使人类的活动范围扩展到其他星球和银河系。航空航天事业的蓬勃发展是同流体力学的分支学科——空气动力学和气体动力学的发展紧密相连的。这些学科是流体力学中最活跃、最富有成果的领域。

石油和天然气的开采，地下水的开发利用，要求人们了解流体在多孔或缝隙介质中的运动，这是流体力学分支之一——渗流力学研究的主要对象。渗流力学还涉及土壤盐碱化的防治，化工中的浓缩、分离和多孔过滤，燃烧室的冷却等技术问题。

燃烧离不开气体，这是有化学反应和热能变化的流体力学问题，是物理-化学流体动力学的内容之一。爆炸是猛烈的瞬间能量变化和传递过程，涉及气体动力学，从而形成了爆炸力学。

沙漠迁移、河流泥沙运动、管道中煤粉输送、化工中气体催化剂的运动等，都涉及流体中带有固体颗粒或液体中带有气泡等问题，这类问题是多相流体力学研究的范围。

等离子体是自由电子、带等量正电荷的离子以及中性粒子的集合体。等离子体在磁场作用下有特殊的运动规律。研究等离子体的运动规律的学科称为等离子体动力学和电磁流体力学，它们在受控热核反应、磁流体发电、宇宙气体运动等方面有广泛的应用。

风对建筑物、桥梁、电缆等的作用使它们承受载荷和激发振动；废气和废水的排放造成环境污染；河床冲刷迁移和海岸遭受侵蚀；研究这些流体本身的运动及其同人类、动植物间的相互作用的学科称为环境流体力学(其中包括环境空气动力学、建筑空气动力学)。这是一门涉及经典流体力学、气象学、海洋学和水力学、结构动力学等的新兴边缘学科。

生物流变学研究人体或其他动植物中有关的流体力学问题，例如血液在血管中的流动，心、肺、肾中的生理流体运动和植物中营养液的输送。此外，还研究鸟类在空中的飞翔，动物在水中的游动，等等。

因此，流体力学既包含自然科学的基础理论，又涉及工程技术科学方面的应用。此外，如从流体作用力的角度，则可分为流体静力学、流体运动学和流体动力学；从对不同“力学模型”的研究来分，则有理想流体动力学、粘性流体动力学、不可压缩流体动力学、可压缩流体动力学和非牛顿流体力学等。

流体力学的研究分支

纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes equations），以克劳德-路易·纳维(Claude-Louis Navier)和乔治·盖伯利尔·斯托克斯命名，是一组描述象液体和空气这样的流体物质的方程。这些方程建立了流体的粒子动量的改变率(加速度)和作用在液体内部的压力的变化和耗散粘滞力(类似于摩擦力)以及重力之间的关系。这些粘滞力产生于分子的相互作用，能告诉我们液体有多粘。这样，纳维-斯托克斯方程描述作用于液体任意给定区域的力的动态平衡。

它们是最有用的一组方程之一，因为它们描述了大量对学术和经济有用的现象的物理过程。它们可以用于建模天气，洋流，管道中的水流，星系中恒星的运动，翼型周围的气流。它们也可以用于飞行器和车辆的设计，血液循环的研究，电站的设计，污染效应的分析，等等。

纳维-斯托克斯方程依赖微分方程来描述流体的运动。这些方程，和代数方程不同，不寻求建立所研究的变量（譬如速度和压力）的关系，而是建立这些量的变化率或通量之间的关系。用数学术语来讲，这些变化率对应于变量的导数。这样，最简单情况的0粘滞度的理想流体的纳维-斯托克斯方程表明加速度（速度的导数，或者说变化率）是和内部压力的导数成正比的。

这表示对于给定的物理问题的纳维-斯托克斯方程的解必须用微积分的帮助才能取得。实用上，只有最简单的情况才能用这种方法解答，而它们的确切答案是已知的。这些情况通常设计稳定态（流场不随时间变化）的非湍流，其中流体的粘滞系数很大或者其速度很小（小的雷诺数）。

对于更复杂的情形，例如厄尔尼诺这样的全球性气象系统或机翼的升力，纳维-斯托克斯方程的解必须借助计算机。这本身是一个科学领域，称为计算流体力学。

基本假设

在解释纳维-斯托克斯方程的细节之前，首先，必须对流体作几个假设。第一个是流体是连续的。这强调它不包含形成内部的空隙，例如，溶解的气体的气泡，而且它不包含雾状粒子的聚合。另一个必要的假设是所有涉及到的场，全部是可微的，例如压强，速度，密度，温度，等等。

该方程从质量，动量，和能量的守恒的基本原理导出。对此，有时必须考虑一个有限的任意体积，称为控制体积，在其上这些原理很容易应用。该有限体积记为Ω，而其表面记为?Ω。该控制体积可以在空间中固定，也可能随着流体运动。这会导致一些特殊的结果，我们将在下节看到。

流体力学的展望

从阿基米德到现在的二千多年，特别是从20世纪以来，流体力学已发展成为基础科学体系的一部分，同时又在工业、农业、交通运输、天文学、地学、生物学、医学等方面得到广泛应用。

今后，人们一方面将根据工程技术方面的需要进行流体力学应用性的研究，另一方面将更深入地开展基础研究以探求流体的复杂流动规律和机理。后一方面主要包括：通过湍流的理论和实验研究，了解其结构并建立计算模式；多相流动；流体和结构物的相互作用；边界层流动和分离；生物地学和环境流体流动等问题；有关各种实验设备和仪器等。

研究方法

进行流体力学的研究可以分为现场观测、实验室模拟、理论分析、数值计算四个方面：

现场观测

现场观测是对自然界固有的流动现象或已有工程的全尺寸流动现象，利用各种仪器进行系统观测，从而总结出流体运动的规律，并借以预测流动现象的演变。过去对天气的观测和预报，基本上就是这样进行的。

实验室模拟

不过现场流动现象的发生往往不能控制，发生条件几乎不可能完全重复出现，影响到对流动现象和规律的研究；现场观测还要花费大量物力、财力和人力。因此，人们建立实验室，使这些现象能在可以控制的条件下出现，以便于观察和研究。

同物理学、化学等学科一样，流体力学离不开实验，尤其是对新的流体运动现象的研究。实验能显示运动特点及其主要趋势，有助于形成概念，检验理论的正确性。二百年来流体力学发展史中每一项重大进展都离不开实验。

模型实验在流体力学中占有重要地位。这里所说的模型是指根据理论指导，把研究对象的尺度改变(放大或缩小)以便能安排实验。有些流动现象难于靠理论计算解决，有的则不可能做原型实验(成本太高或规模太大)。这时，根据模型实验所得的数据可以用像换算单位制那样的简单算法求出原型的数据。

现场观测常常是对已有事物、已有工程的观测，而实验室模拟却可以对还没有出现的事物、没有发生的现象(如待设计的工程、机械等)进行观察，使之得到改进。因此，实验室模拟是研究流体力学的重要方法。

理论分析

理论分析是根据流体运动的普遍规律如质量守恒、动量守恒、能量守恒等，利用数学分析的手段，研究流体的运动，解释已知的现象，预测可能发生的结果。理论分析的步骤大致如下：

首先是建立“力学模型”，即针对实际流体的力学问题，分析其中的各种矛盾并抓住主要方面，对问题进行简化而建立反映问题本质的“力学模型”。流体力学中最常用的基本模型有：连续介质、牛顿流体、不可压缩流体、理想流体、平面流动等。

数值计算

其次是针对流体运动的特点，用数学语言将质量守恒、动量守恒、能量守恒等定律表达出来，从而得到连续性方程、动量方程和能量方程。此外，还要加上某些联系流动参量的关系式(例如状态方程)，或者其他方程。这些方程合在一起称为流体力学基本方程组。

求出方程组的解后，结合具体流动，解释这些解的物理含义和流动机理。通常还要将这些理论结果同实验结果进行比较，以确定所得解的准确程度和力学模型的适用范围。

从基本概念到基本方程的一系列定量研究，都涉及到很深的数学问题，所以流体力学的发展是以数学的发展为前提。反过来，那些经过了实验和工程实践考验过的流体力学理论，又检验和丰富了数学理论，它所提出的一些未解决的难题，也是进行数学研究、发展数学理论的好课题。按目前数学发展的水平看，有不少题目将是在今后几十年以内难于从纯数学角度完善解决的。

在流体力学理论中，用简化流体物理性质的方法建立特定的流体的理论模型，用减少自变量和减少未知函数等方法来简化数学问题，在一定的范围是成功的，并解决了许多实际问题。

对于一个特定领域，考虑具体的物理性质和运动的具体环境后，抓住主要因素忽略次要因素进行抽象化也同时是简化，建立特定的力学理论模型，便可以克服数学上的困难，进一步深入地研究流体的平衡和运动性质。

20世纪50年代开始，在设计携带人造卫星上天的火箭发动机时，配合实验所做的理论研究，正是依靠一维定常流的引入和简化，才能及时得到指导设计的流体力学结论。

此外，流体力学中还经常用各种小扰动的简化，使微分方程和边界条件从非线性的变成线性的。声学是流体力学中采用小扰动方法而取得重大成就的最早学科。声学中的所谓小扰动，就是指声音在流体中传播时，流体的状态(压力、密度、流体质点速度)同声音未传到时的差别很小。线性化水波理论、薄机翼理论等虽然由于简化而有些粗略，但都是比较好地采用了小扰动方法的例子。

每种合理的简化都有其力学成果，但也总有其局限性。例如，忽略了密度的变化就不能讨论声音的传播；忽略了粘性就不能讨论与它有关的阻力和某些其他效应。掌握合理的简化方法，正确解释简化后得出的规律或结论，全面并充分认识简化模型的适用范围，正确估计它带来的同实际的偏离，正是流体力学理论工作和实验工作的精华。

流体力学的基本方程组非常复杂，在考虑粘性作用时更是如此，如果不靠计算机，就只能对比较简单的情形或简化后的欧拉方程或N-S方程进行计算。20世纪30～40年代，对于复杂而又特别重要的流体力学问题，曾组织过人力用几个月甚至几年的时间做数值计算，比如圆锥做超声速飞行时周围的无粘流场就从1943年一直算到1947年。

数学的发展，计算机的不断进步，以及流体力学各种计算方法的发明，使许多原来无法用理论分析求解的复杂流体力学问题有了求得数值解的可能性，这又促进了流体力学计算方法的发展，并形成了“计算流体力学”。

从20世纪60年代起，在飞行器和其他涉及流体运动的课题中，经常采用电子计算机做数值模拟，这可以和物理实验相辅相成。数值模拟和实验模拟相互配合，使科学技术的研究和工程设计的速度加快，并节省开支。数值计算方法最近发展很快，其重要性与日俱增。

集中研究方法要相辅相成

解决流体力学问题时，现场观测、实验室模拟、理论分析和数值计算几方面是相辅相成的。实验需要理论指导，才能从分散的、表面上无联系的现象和实验数据中得出规律性的结论。反之，理论分析和数值计算也要依靠现场观测和实验室模拟给出物理图案或数据，以建立流动的力学模型和数学模式；最后，还须依靠实验来检验这些模型和模式的完善程度。此外，实际流动往往异常复杂(例如湍流)，理论分析和数值计算会遇到巨大的数学和计算方面的困难，得不到具体结果，只能通过现场观测和实验室模拟进行研究。

其它力学分支学科

力学分支学科

静力学、动力学、流体力学、分析力学、运动学、固体力学、材料力学、复合材料力学、流变学、结构力学、弹性力学、塑性力学、爆炸力学、磁流体力学、空气动力学、理性力学、物理力学、天体力学、生物力学、计算力学

主要物理学分支

物理学概览、力学、热学、光学、声学、电磁学、核物理学、固体物理学

图书信息1

书 名：流体力学

作　者：朱立明，柯葵

出版社：同济大学出版社

出版时间：2009-8-1

ISBN: 9787560839998

开本：16开

定价：28.00元

内容简介

本书是根据高等学校工科基础课流体力学教学大纲编写的。全书共分九章，内容包括：绪论，流体静力学，流体动力学基础，流动阻力和水头损失，孔口、管嘴出流和有压管路，明渠流动，堰流，因次分析和模型试验、渗流。各章后附有习题，内容包括复习思考题、选择题和计算题。

本书主要适合于土建类的各专业流体力学（水力学）中学时的教学用书或参考书，也可作为有关工程技术人员、全国注册结构工程师流体力学考试的自学参考书。

图书目录

前 言

1．绪论

1．1 流体力学的任务和发展简史

1．2 连续介质假设和流体力学的研究方法

1．3 流体的主要物理性质

1．4 作用在液体上的力

1．5 流体力学中的力学模型

习题

2．流体静力学

2．1 静止流体中压强的特性

2．2 流体静力学基本微分方程

2．3 重力作用下静止流体中的压强分布规律

2．4 静止流体压强的表示方法

2．5 静水压强的量测方法

2．6 作用在平面上的静水总压力

2．7 作用在曲面上的静水总压力

习题

3．流体动力学基础

3．1 描述流体运动的两种方法

3．2 流体运动的基本概念

3．3 恒定总流的连续性方程

3．4 恒定元流的能量方程

3．5 渐变流过流断面的压强分布规律

3．6 恒定总流的能量方程

3．7 恒定总流能量方程应用

3．8 总水头线和测压管水头线

3．9 恒定总流的动量方程

习题

4．流动阻力和水头损失

4．1 流动阻力和水头损失的分类及计算

4．2 雷诺试验——层流与紊流

4．3 均匀流基本方程

4．4 圆管中的层流运动

4．5 紊流运动

4．6 沿程阻力系数的变化规律

4．7 边界层及其分离

4．8 局部水头损失

习题

5．孔口、管嘴出流和有压管路

5．1 孔口出流

5．2 管嘴出流

5．3 短管出流

5．4 长管的水力计算

5．5 给水管网水力计算基础

5．6 有压管路中的水击

5．7 离心泵基础知识

习题

6．明渠流动

6．1 明渠均匀流的形成条件和水力特征

6．2 明渠均匀流的计算公式

6．3 明渠水力最优断面和允许流速

6．4 明渠均匀流的水力计算

6．5 无压圆管均匀流的水力计算

6．6 断面比能和临界状态

6．7 明渠流的流动型态及其判别准则

6．8 明渠非均匀急变流

6．9 棱柱体平坡渠道上的完整水跃

6．10 明渠恒定非均匀渐变流的基本微分方程

6．11 棱柱形渠道中恒定非均匀渐变流水面曲线的分析

6．12 渠道底坡变化时水面曲线的连接

6．13 棱柱形渠道中恒定非均匀渐变流水面曲线的计算

习题

7．堰流

8．因次分析和模型试验

9．渗流

附录A 计算题参考答案

参考文献

图书信息2

书 名： 流体力学

作　者：冯劲梅

出版社：华中科技大学出版社

出版时间：2010年7月1日

ISBN: 9787560952567

开本：16开

定价：29.80元

内容简介

《流体力学》是全国高等院校建筑环境与设备工程专业流体力学课程编写的教材，也可作为土木、环境、动力、安全等专业相应课程的教材或教学参考书。《流体力学》除可满足本科教学的要求外，还可作为报考硕士研究生的参考用书以及相关工程技术人员的参考用书。

全书共分9章，包括绪论、流体静力学、一元流体动力学基础、流动阻力和能量损失、孔口管嘴管路流动、气体射流、不可压缩流体动力学基础、相似理论与量纲分析、计算流体力学的应用等。为了帮助学生更好地理解掌握所学内容，大多章都附有思考与习题。

图书目录

第1章 绪论

1．1 流体力学的任务、地位和学习方法

1．2 常用的流体力学模型

1．3 分析流体力学的理论基础

1．4 作用在流体上的力

1．5 流体的主要物理性质

【本章要点】

【思考与习题】

第2章 流体静力学

2．1 流体静压强的特性

2．2 流体平衡微分方程式

2．3 重力作用下流体平衡压强分布

2．4 静止流体对壁面的压力

2．5 流体在重力与其他质量力作用下的压强分布规律

2．6 浮力及物体的浮沉

【本章要点】

【思考与习题】

第3章 一元流体动力学基础

3．1 描述流体运动的两种方法

3．2 恒定流动和非恒定流动

3．3 迹线和流线

3．4 一元流动模型

3．5 连续性方程

3.6 恒定元流能量方程

3．7 过流断面的压强分布

3．8 恒定总流能量方程

3．9 能量方程的应用

3．10 总水头线和测压管水头线

3．11 恒定气流能量方程

3．12 总压线和全压线

3．13 恒定流动量方程

【本章要点】

【思考与习题】

第4章 流动阻力和能量损失

4．1 沿程损失和局部损失

4．2 层流与紊流、雷诺数

4．3 圆管中的层流运动

4．4 紊流运动的特征和紊流阻力

4．5 尼古拉兹实验

4．6 工业管道紊流阻力系数的计算公式

4．7 非圆形管的沿程损失

4．8 管道流动的局部损失

4．9 减小阻力的措施

【本章要点】

【思考与习题】^

第5章 孔口管嘴管路流动

5．1 孔口自由出流

5．2 孔口淹没出流

5．3 管嘴出流

5．4 简单管路

5．5 简单管路的串联和并联

5．6 管网计算基础

5．7 有压管中的水击

【本章要点】

【思考与习题】

第6章 气体射流

6．1 概述

6．2 无限空间淹没紊流射流的特征

6．3 圆断面射流的运动分析

6．4 平面射流

6．5 温差或浓差射流及射流弯曲

6．6 旋转射流

6．7 有限空间射流

【本章要点】

【思考与习题】

第7章 不可压缩流体动力学基础

7．1 流体微团运动的分析

7．2 有旋流动

7．3 不可压缩流体连续性微分方程

7．4 以应力表示的黏滞性流体运动微分方程式

7．5 应力和变形速度的关系

7．6 纳维一斯托克斯方程

7．7 理想流体运动微分方程及其积分

7.8 流体流动的初始条件和边界条件

7．9 不可压缩黏滞性流体紊流运动的基本方程及封闭条件

【本章要点】

【思考与习题】

第8章 相似原理与量纲分析

8．1 相似原理

8．2 流体力学中的一些相似准则

8．3 量纲分析及π定理

【本章要点】

【思考与习题】

第9章 计算流体力学的应用

9．1 计算流体力学简介

9．2 计算流体力学在土木工程领域的应用

【本章要点】

参考文献

图书信息3

基本信息

书名：流体力学（第3版）

作者：罗惕乾

出版社：机械工业出版社

书号：06870

ISBN：9787111068709

内容简介

流体力学是动力工程类专业的骨干专业基础课,也是所有工科类专业的重要技术基础课程。本教材按拓宽后的机械类全国高等学校相应专业的要求编写,为原机械工业部重点教材。 全书共十二章。前五章针对机械工程类专业的要求精选内容,围绕实际流动讲述工程流体力学基础、工程中常见流动问题及处理方法,使机械工程类专业读者具备解决他们常遇到的工程流体力学问题的能力;后七章针对动力工程类专业中涉及的流动问题及相关的研究方法作较深入的介绍。 本书可作为动力工程类专业本科生的教材,也可作为机械类专业本科生和研究生的教材。对于广大的工程科技工作者和教师,本书也是一本极为实用的专业基础参考书。

章节目录

目 录

序言

第2版前言

第1版前言

常用符号表

第一章 绪论

第一节 流体力学的研究对象

第二节 连续介质模型

第三节 作用在流体上的力

第四节 流体的粘性

第五节 流体的物理性质

习题

第二章 流体力学的基本方程

第一节 研究流体运动的两种方法

第二节 流体运动的基本概念

第三节 连续性方程

第四节 流体微团的运动分析

第五节 理想流体运动微分方程，

第六节 欧拉平衡微分方程及其应用

第七节 伯努利(Bernoulli)方程

第八节 动量方程和动量矩方程

习题

第三章 管路、孔口、管嘴的水力

计算

第一节 粘性流体的两种流动状态

第二节 管路的水力计算

第三节 管路中的水击

第四节 孔口与管嘴出流

习题

第四章 相似理论与量纲分析

第一节相似理论

第二节量纲分析

习题

第五章 流动的量测与显示技术

第一节 压强的测量

第二节 流速的测量

第三节 流量的测量

第四节 流动显示技术

习题

第六章 理想流体动力学

第一节 平面流势

第二节 速度势函数和流函数

第三节 复势与复函数

第四节 几种基本的平面势流

第五节 势流的叠加

第六节 圆柱体绕流

第七节 理想流体的旋涡运动

第八节 理想流体旋涡运动的基本定理

第九节 旋涡的诱导速度

第十节 卡门涡街

第十一节 空间势流

习题

第七章 粘性流体力学基础

第一节 粘性流体运动的纳维-斯托克斯方程

第二节 在简单边界条件下纳维-斯托克斯方程的精确解

第三节 边界层的概念

第四节 边界层方程组及边界条件

第五节 平板层流边界层的精确解

第六节 边界层动量积分关系式

第七节 平板边界层计算

第八节 边界层分离与减阻

第九节 湍流概述

第十节 雷诺方程及雷诺应力

第十一节 湍流的半经验理论

第十二节 湍流模式理论

习题

第八章 气体的一元流动

第一节 声速与马赫数

第二节 一元恒定等熵气流的基本方程

第三节 一元恒定等熵气流的基本特性

第四节 气流参数与通道面积的关系

第五节 喷管

第六节 有摩擦的管内流动

第七节 有热交换的管内流动

习题

第九章激波

第一节 正激波与斜激波

第二节 正激波的波前与波后

第三节 突跃压缩与等熵压缩的比较

第四节 斜激波的波前与波后

第五节 激波极线

第六节 压缩波与膨胀波

第七节 膨胀波、激波的反射与相交

第八节 波阻

习题

第十章 湍流射流

第一节 湍流射流的一般属性

第二节 圆断面射流

第三节 平面射流

第四节 温差射流与浓差射流

习题

第十一章 流动数值计算基础

第一节 常用数值方法概述

第二节 有限差分近似

第三节 几种常用差分格式

第四节 平面不可压粘性流动的流函数—

涡量法

第五节 伽辽金(Galerkjn)法

第六节 有限元法

第七节 圆柱绕流的有限元解法

习题

第十二章 机翼理论与叶栅理论基础

第一节 机翼升力原理

第二节 机翼与翼型的几何参数

第三节 翼型的空气动力特性

第四节 儒可夫斯基翼型与保角变换法

第五节 奇点分布法

第六节 有限翼展机翼简述

第七节 亚声速机翼

第八节 跨声速机翼

第九节 超声速机翼

第十节 叶栅概述

第十一节 叶栅的特征方程

第十二节 保角变换法解平面叶栅流动问题

第十三节 平面叶栅流动的奇点分布解法

第十四节 跨声速叶栅

第十五节 超声速叶栅

第十六节 叶栅三元流动解法简述

习题

附录

附录A 气体动力函数表(κ=1．4)

附录B 空气动力函数表(κ=1．3)

附录C 有摩擦一元流动函数表

(法诺线κ=1．4)

附录D 有热交换一元流动函数表

(瑞利线K=1．4)

附录E 正激波表(K=1．4)

图书信息4

图书信息

书名：流体力学

ISBN：9787302111641

作者：林建忠

定价：45元

出版日期：2005-9-1

出版社：清华大学出版社

图书简介

本书共分12章，内容包括流体的物理性质、流体运动及其基本方程、流体静力学、无粘性流体的一维和平面运动、粘性流体的一维运动、层流和湍流基本问题的解法、可压缩气体动力学、两相流动基础、计算流体力学以及流体力学实验基础等. 本书的特点是简明清晰的系统表述、理论与工程应用的有机贯穿、涵盖较宽的专业题材、提供较全的公式图表.

本书可作为力学、动力、机械、能源、化工、航空航天、水利、造船、海洋工程等本科专业的基础课教材或教学参考书，也可供有关专业从事科研、教学及工程工作的研究生和科技人员参考.

前言

大千世界，被冠之以“流体”的流动介质无所不在.流体力学研究在各种力的作用下，流体的静止和运动状态以及流体和其他物体有相对运动时的相互作用和流动规律.流体力学既是探索自然规律的基础学科，也是解决工程实际问题的应用学科，它在现代科学中占有重要的地位.事实上，它已成为当今科学和工程技术的基础之一.

有鉴于此，目前很多专业和学科都把流体力学作为专业的基础课程，国内外也出版了很多的流体力学教科书，其中不乏上乘之作.可以把目前有关的教科书分为两类，一类侧重于基本概念和基础理论的描述，适合于力学专业的学生；另一类则侧重于流体力学在工程技术中的应用，适合于工科专业的学生.本书试图将系统的理论叙述与实际的工程应用有机地结合起来，同时尽可能涉及当今构成流体力学的基本元素，诸如流体力学问题的计算和实验，并且涵盖与气体动力学相关的可压缩流动、粘性流体动力学和两相流动，使得本书具有较宽的适用面.

本书作者长期从事本科生和研究生流体力学课程的授课工作，在流体力学的教学方面积累了较丰富的经验.全书共12章，其中陈邦国编写第1、3、4章；阮晓东编写第2，6.2.1,6.3~6.8,11章；林建忠编写第7、8章以及第6章的6.1, 6.2.2~6?2?4; 王建平编写第9、10章；周洁编写第5章；任安禄编写第12章.最后由林建忠负责定稿.

由于编者水平有限，谬误和疏漏在所难免，恳请读者批评指正.

目录

符号表Ⅲ

第1章流体物理性质与运动的描述1

1.1流体质点与连续介质假设1

1.1.1流体的定义和特征1

1.1.2流体力学的研究内容和方法2

1.1.3流体质点与连续介质假设2

1.1.4流体物理量4

1.2流体的可压缩性与热膨胀性4

1.2.1流体的密度与比体积4

1.2.2流体的可压缩性与热膨胀性5

1.2.3不可压缩流体假设6

1.3流体的粘性与导热性7

1.3.1流体的粘性7

1.3.2牛顿粘性定律7

1.3.3流体的粘度8

1.3.4牛顿流体与非牛顿流体9

1.3.5无粘性流体的假设10

1.3.6流体的导热性10

1.4流体运动的两种描述方法及互相转换11

1.4.1拉格朗日描述法11

1.4.2欧拉描述法12

1.4.3拉格朗日描述法与欧拉描述法之间的联系12

1.5质点的随体导数13

1.5.1拉格朗日描述中的随体导数13

1.5.2欧拉描述中的随体导数13

1.5.3拉格朗日描述法与欧拉描述法的互相转换15

1.6迹线与流线、流管与流量18

1.6.1迹线18

1.6.2流线19

1.6.3脉线21

1.6.4流管与流束22

1.7运动流体的应变率张量23

1.7.1亥姆霍兹速度分解定理24

1.7.2流体微团的运动分析26

1.7.3流体运动的分类29

1.8流体中的作用力与应力张量31

1.8.1体积力31

1.8.2表面力与应力32

1.8.3流场中任一点上的应力状态——应力张量33

1.8.4静止流体与运动的无粘性流体中的应力张量34

附录Ⅰ笛卡儿张量简介35

习题41目录目录

第2章流体静力学47

2.1流体静压强及其特性47

2.2静止流体的平衡微分方程49

2.3重力场中静止流体内的压力分布52

2.4静压力的计量53

2.5流体的相对平衡54

2.6静止流体作用在物面上的总压力计算57

2.6.1平面和曲面上的总压力57

2.6.2浮力60

2.7大气的平衡61

习题66

第3章流体运动基本方程72

3.1流体的系统与控制体72

3.1.1流体的系统72

3.1.2流场中的控制体73

3.1.3流体运动应遵循的基本定律73

3.1.4体积分的随体导数74

3.1.5基本方程表达形式的选择76

3.2流体运动的连续性方程76

3.2.1积分形式的连续性方程76

3.2.2微分形式的连续性方程78

3.2.3体积分随体导数的另一种表达式81

3.3流体的运动方程82

3.3.1积分形式的运动方程82

3.3.2微分形式的运动方程83

3.3.3粘性流体的运动微分方程85

3.3.4无粘性流体的运动微分方程88

3.4流体运动的能量方程89

3.4.1积分形式的能量方程89

3.4.2微分形式的能量方程90

3.4.3牛顿流体的内能方程91

3.5流体的热力学状态方程93

3.5.1流体的热动平衡假设93

3.5.2流体的状态方程94

3.5.3常比热容完全气体的热力学关系式95

3.5.4正压流体与斜压流体95

3.6流体动力学基本方程组的封闭性及定解条件96

3.6.1流体力学分析方法的一般过程96

3.6.2流体力学的理论模型97

3.6.3几种常用模型的封闭方程组97

3.6.4初始条件与边界条件103

附录Ⅱ正交曲线坐标系中流体运动的基本方程组108

习题114

第4章无粘性流体的一维流动119

4.1流体运动的一维模型及基本方程119

4.1.1一维流动模型119

4.1.2无粘性流体一维流动的基本方程120

4.2不可压缩流体的伯努利方程及其应用126

4.2.1无粘性流体运动方程的简化126

4.2.2定常流动的伯努利积分127

4.2.3伯努利方程的物理意义和几何意义129

4.2.4伯努利方程的基本应用130

4.2.5伯努利方程的推广应用135

4.2.6非定常流动中的伯努利方程139

4.2.7非惯性坐标系中的伯努利方程141

4.3动量定理及其应用144

4.3.1动量方程及其简化144

4.3.2动量方程的应用145

4.3.3轴流式涡轮机的欧拉方程147

4.3.4非惯性坐标系中的动量定理150

4.4动量矩定理及其应用152

4.4.1积分形式的动量矩方程152

4.4.2径流式涡轮机的欧拉方程153

4.4.3非惯性坐标系中的动量矩定理及其应用154

习题156

第5章无粘性流体的平面二维流动163

5.1流体的有旋运动和无旋运动163

5.2涡线、涡管、涡束、涡通量166

5.3速度环量、斯托克斯定理168

5.4无粘性流体兰姆?葛罗米柯型微分方程及应用171

5.5欧拉积分式和伯努利积分、伯努利方程173

5.6汤姆孙定理、亥姆霍兹旋涡定理176

5.6.1汤姆孙定理176

5.6.2亥姆霍兹旋涡定理178

5.7有势流动、速度势函数、流函数、流网179

5.7.1有势流动和速度势函数179

5.7.2流函数与流网183

5.8不可压缩平面二维无旋基本流动187

5.8.1均匀直线流动（平行流）188

5.8.2点源和点汇189

5.8.3涡流和点涡190

5.9简单的平面无旋流动的叠加194

5.10无环量绕圆柱体的不可压缩二维无旋流动201

5.11有环量绕圆柱体的不可压缩二维无旋流动205

5.12不可压缩流体绕流平面叶型的库塔?儒可夫斯基升力定理209

习题212

第6章粘性不可压缩流体的一维流动215

6.1量纲数为1的N?S方程及流动相似律215

6.1.1量纲数为1的N?S方程215

6.1.2量纲为1的参数216

6.1.3流动相似律217

6.2粘性流体运动的两种流态——层流和湍流218

6.2.1雷诺实验218

6.2.2湍流的一般定义和描述220

6.2.3湍流的统计平均220

6.2.4不可压缩湍流平均运动的基本方程222

6.3圆管中的充分发展层流与湍流223

6.3.1圆管中的层流223

6.3.2圆管中的湍流227

6.4管流的沿程压力损失和局部阻力损失235

6.4.1沿程压力损失235

6.4.2局部阻力损失239

6.5粘性总流的伯努利方程及其应用244

6.5.1粘性总流的伯努利方程244

6.5.2伯努利方程的应用247

6.5.3沿程有能量输入或输出的伯努利方程249

6.6管路的水力计算250

6.6.1短管251

6.6.2长管255

6.7缝隙中的流动262

6.7.1平行平板间缝隙流动262

6.7.2圆柱环形缝隙流动265

6.7.3倾斜平板间缝隙流动267

6.7.4圆锥缝隙流动270

6.7.5平行圆盘缝隙流动271

6.8孔口出流274

6.8.1孔口出流的分类和基本特征274

6.8.2薄壁孔口自由出流276

6.8.3薄壁孔口淹没出流278

6.8.4厚壁孔口自由出流280

6.8.5节流气穴与汽蚀283

习题284

第7章粘性流体层流的基本运动291

7.1N?S方程的小雷诺数近似解291

7.1.1斯托克斯方程291

7.1.2绕圆球小雷诺数流动的斯托克斯解292

7.1.3绕圆球小雷诺数流动的奥辛解295

7.2两平行平板间的二维流动297

7.2.1二维泊肃叶流297

7.2.2纯剪切流298

7.2.3二维库特流298

7.3附壁面流动边界层的基本概念与特征量299

7.4不可压缩二维层流边界层微分方程300

7.5不可压缩二维边界层的动量积分关系式302

7.5.1位移厚度302

7.5.2动量损失厚度303

7.5.3能量损失厚度304

7.5.4卡门动量积分方程304

7.6定常不可压缩二维层流边界层的布拉修斯相似性解306

7.7可压缩层流边界层310

7.7.1可压缩二维层流边界层方程310

7.7.2完全气体定常可压缩二维层流边界层的相似性解311

7.7.3可压缩二维边界层的积分关系式312

习题314

第8章粘性流体湍流的基本运动316

8.1湍流的模式理论316

8.1.1湍流模式建立的依据317

8.1.2一阶封闭模式318

8.1.3雷诺应力模式321

8.1.4代数应力模式323

8.1.5二方程模式324

8.1.6双尺度模式325

8.1.7一方程模式325

8.1.8各种模式的比较326

8.2二维边界层326

8.2.1湍流边界层的结构326

8.2.2二维湍流边界层方程329

8.2.3边界层的转捩过程330

8.2.4影响边界层转捩的几个因素332

8.2.5转捩位置的预测333

8.2.6层流边界层分离334

8.2.7湍流边界层分离335

8.2.8边界层分离后的再附337

8.3平板不可压缩二维湍流和混合边界层的近似计算338

8.3.1定常不可压缩二维湍流边界层的动量积分关系式解法338

8.3.2平板不可压缩二维层流?湍流混合边界层的近似计算343

8.4绕圆柱体的不可压缩二维流动344

8.4.1绕圆柱体不可压二维边界层344

8.4.2绕圆柱流场与Re数的关系347

8.5湍尾流场348

8.6可压缩二维湍流边界层方程352

8.7绕流阻力与边界层控制353

8.7.1绕流阻力353

8.7.2边界层控制354

习题355

第9章气体动力学基础357

9.1压力波的传播、声速357

9.2运动点扰源产生的扰动场、马赫数与马赫角360

9.3可压缩流体运动的三种参考状态361

9.4可压缩流体一维定常等熵流动的伯努利方程及其应用362

9.4.1一维定常等熵流动的基本方程363

9.4.2一维定常等熵流动的伯努利方程及其应用——喷管365

9.5流动通道中两个不同截面上参数变化与马赫数的关系369

9.5.1任意两截面间同名参数比与马赫数的关系369

9.5.2任意截面上的参数与临界参数、滞止参数之间的关系

及其速度系数λ371

9.6不可压缩流体伯努利方程的应用范围374

9.7正激波375

9.7.1正激波的形成机理、传播速度及蓝金?许贡纽公式376

9.7.2正激波前、后气流参数的关系378

9.8超声速气流绕流外凸或内凹固壁面的流动382

9.8.1膨胀波382

9.8.2微弱压缩波383

9.9斜激波384

9.9.1斜激波的形成384

9.9.2斜激波前、后气流参数的关系385

9.9.3超声速气流折转角δ和斜激波角β的关系388

9.10超声速喷管在非设计工况下的流动分析390

附录Ⅲ气体动力函数表392

附录Ⅳ正激波表394

习题400

第10章两相流动基础403

10.1气液两相流动的参数及其意义403

10.1.1气液两相流动的参数404

10.1.2气液两相流动的流型408

10.2气液两相流动的均流模型与分流模型412

10.2.1气液两相流动的均流模型412

10.2.2两相流动的分流模型415

10.3气液两相流动中摩擦阻力、局部阻力及真实含气率的计算418

10.3.1气液两相流动中摩擦阻力的计算418

10.3.2气液两相流动中真实含气率的计算427

10.3.3气液两相流动的局部阻力431

10.4固定床气固两相流的基本原理435

10.4.1床层结构参数435

10.4.2床层阻力436

10.5流化床气固两相流的基本原理438

10.5.1流化现象438

10.5.2临界流化速度和流化床的压降439

10.6悬浮状气固两相流的基本原理441

习题442

第11章流体力学实验基础444

11.1相似理论和量纲分析444

11.1.1相似理论444

11.1.2量纲分析449

11.2流体力学实验设备简介453

11.2.1风洞的功能与分类453

11.2.2低速风洞454

11.2.3超声速风洞459

11.2.4水流循环系统462

11.3流动参数测量462

11.3.1压力的测量462

11.3.2流速的测量468

11.3.3流量的测量471

11.4流动显示技术476

11.4.1常规流动显示476

11.4.2粒子图像测速技术479

习题483

第12章计算流体力学基础484

12.1计算流体力学概述484

12.2有限差分法486

12.2.1有限差分法概念486

12.2.2相容性、收敛性和稳定性488

12.3模型方程的差分格式490

12.3.1波动方程490

12.3.2热传导方程491

12.3.3无粘性伯格斯方程492

12.4冯·诺伊曼稳定性分析法和其他著名的差分格式492

12.5稳定性分析的其他方法和修正方程的概念495

12.6二维、三维模型方程的差分格式497

12.7无旋流动的差分计算方法499

12.7.1高斯?塞德尔迭代法499

12.7.2线迭代法500

12.7.3等步长点迭代法501

12.8二维不可压缩粘性流动涡量流函数法502

12.8.1网格设计505

12.8.2程序框图506

12.9平板边界层方程的差分解法507

12.10N?S方程的有限差分法508

12.10.1压强校正法510

12.10.2投影法和人工压缩性法514

12.10.3哈罗?泊松方程法和非交错网格下的应用517

12.10.4Beam?Warming差分格式518

12.11非结构网格有限体积法519

12.11.1非结构网格的几何描述520

12.11.2扩散方程的离散格式520

12.11.3对流扩散方程的离散格式522

12.11.4流动方程组的离散格式523

习题525

习题答案527

中英文人名对照表538

参考文献540前言前言