粘性流體力學

粘性流體力學

粘性流體力學,作者,章梓雄,董曾南,由清華大學出版社於2011-6-22出版。

基本信息

圖書簡介

本書系統講述了以水為代表的不可壓縮粘性流體力學的基本理論。全書共12章。前5章為粘性流體力學的基本理論與方程。第6~8章為紊流的基本理論與方程。第9~12章分別講述各種典型的紊流流動,包括射流、尾流、圓管紊流、紊流平板邊界層及明槽紊流等。附錄為場論與張量基本運算知識。
本書可作為水利、水電、土木、環境、流洋、港口、海岸、船舶、機械及其他以流體特別是液體為對象的工程專業研究生粘性流體力學課程的教材或教學參考書,也可作為有關專業教師、科研和工程技術人員的參考用書。
前言
本書第1版自1998年出版以來,得到了與流體力學相關的工程專業的國內外華人讀者的歡迎。2000年經教育部審定通過,推薦為“研究生教學用書”。廣泛用作國內各高等學校博士生入學考試的指定參考書。12年來連續印刷五次,發行8500冊。
2009年10月,清華大學出版社原總編輯張兆祺教授向我提出希望這本書能夠修訂再版。張教授也是流體力學方面的專家,很感激她對這本書的讚賞與厚愛。但考慮到我本人因患老年黃斑變性導致視力減退,而且本書的合作編著者章梓雄院士已經離我們而去,修訂本書會使我常常想起我們過去的交往而心生悲痛,因此猶疑再三。在出版社和很多朋友的支持和鼓勵下,考慮到廣大讀者,特別是年輕讀者的需求,乃下決心用一年多的時間來完成這一心愿。
本書是一本粘性流體力學的基礎性教材。12年來粘性流體力學在研究與套用上有了很大進步,無論是計算方面還是試驗方面都日新月異,更有一些新的學科出現,但是萬變不離其宗,這個“宗”就是粘性流體力學的基礎理論和基本規律。我們追求的是通過本書幫助讀者對粘性流體力學的基本理論和方法有更透徹、更準確的理解,從而喜歡它,套用它。從這個角度出發,本次修訂並未對本書的章節結構作大的變動,而是根據十多年來教學使用和讀者研習中的體驗,對各章內容再進一步精雕細刻,使之更臻完善。希望通過這一次再版為讀者提供一本從內容到形式都更加精美的書籍。願年輕學子通過研讀本書而更加喜愛流體力學這門學問,能學習和體驗大師們在推動流體力學發展中的創造性思維。
令人悲痛的是本書的合作編著者章梓雄院士於2007年6月13日突然於香港去世。我與章教授自1983年春天我去美國衣阿華(Iowa)大學水力學研究所做訪問學者時相識。他在名片上把Iowa譯成“愛我華”,使我第一次體會到他內心對祖國與民族的熱愛與眷戀。後來我在他的指導下完成了“透水平板引起的波陷現象(wavetrapping)”的研究。一年的時間裡從相識、相知到成為學術上的摯友。1984年我離開美國回國前,他曾真情流露地向我表示希望能對中國的流體力學發展和教育作出貢獻。1985年我第一次邀他訪問清華大學水利系,此後他多次回到祖國講學並指導研究。章教授自1985年以來在國內多所大學設立了流體力學獎學金。1991年他受聘香港大學,與國內流體力學界的交流更加深入和緊密。實至名歸,2003年章梓雄
教授當選為中國科學院院士。這對他是很大的激勵,他把提升國內海洋科技與工程作為自己的使命,多方奔走,陸續在青島、大連、上海、廣州召開研討會,然後於2006年在北京召開香山會議,討論加強中國海洋科技與工程的戰略。可惜天不假年,2007年因腦部突然出血而去世。本書的再版,也算做對他的一個紀念吧。
本書修訂過程中得到了清華大學余錫平、賀五洲、李玉柱、付旭東教授和北京航空航天大學王晉軍教授和其他同仁的支持和幫助。余錫平教授在清華大學水利係為研究生講授流體力學課程時曾使用本書多年。此次修訂余錫平教授審閱了修訂後的全部書稿,並作了多處補充與修改,在這裡特對他表示真摯的謝意。
這次修訂徵求了章梓雄教授的夫人Gladys和女兒Anna的意見,得到了她們的支持。並且我們樂於把稿費捐給清華大學水利系作為鼓勵研究生學習流體力學的獎學金。
我還想借這個機會表達對我妻子鄧秀君女士的衷心謝意。近五十年來我們榮辱與共,同甘共苦,共同度過了人生的跌宕起伏。1994年我開始著手寫本書第1版,後來寫《非粘性流體力學》,到現在對本書第1版進行修訂,由於她的支持與幫助才得以使我盡享了寫作的快樂。
董曾南
2011年2月

目錄

第1章粘性流動的基本概念與方程
1.1粘性流體流動
1.1.1引言
1.1.2粘性流動舉例
1.1.3流體的粘性
1.2粘性流動的基本方程式
1.2.1研究流體運動的兩種方法
1.2.2雷諾輸運方程
1.2.3連續方程
1.2.4雷諾第二輸運方程
1.2.5動量方程
1.2.6能量方程
1.2.7粘性流動中一點的偏應力張量
1.2.8粘性流動基本方程式
1.2.9變形速率張量
1.2.10本構方程
1.2.11納維?斯托克斯方程
1.2.12納維?斯托克斯方程的邊界條件和初始條件
1.3明槽流動的納維?斯托克斯方程
1.3.1不可壓縮粘性流體在無界流場內的流動
1.3.2納維?斯托克斯方程中的壓強項改變為流體動
壓強
1.3.3明槽水流納維?斯托克斯方程
1.4粘性流動的相似律
1.5渦量方程
參考文獻
第2章納維?斯托克斯方程的解
2.1平行流動
2.1.1庫埃特流動
2.1.2泊肅葉流動
2.2運動平板引起的流動
2.2.1突然加速平板引起的流動(斯托克斯第一問題)
2.2.2振動平板引起的流動(斯托克斯第二問題)
2.3平面駐點流動(希門茨流動)
2.4重力作用下的平行流動
2.5平行平面間的脈衝流動
2.6奇異攝動法舉例
2.7低雷諾數流動
2.7.1斯托克斯方程
2.7.2斯托克斯方程的一些基本解
2.7.3繞過球體的均勻流動
2.7.4奧辛近似
2.8邊界層流動
參考文獻
第3章邊界層微分方程式
3.1邊界層的基本特徵
3.2邊界層微分方程式
3.2.1二維平面邊界層微分方程式
3.2.2沿二維彎曲壁面及軸對稱曲面的邊界層方程
3.3邊界層厚度
3.3.1邊界層位移厚度
3.3.2邊界層動量損失厚度
3.3.3邊界層能量損失厚度
3.3.4舉例
3.4邊界層方程的相似性解
3.5邊界層的分離現象
3.5.1分離現象
3.5.2邊界層流速分布特點與分離現象
第4章邊界層微分方程式的精確解
4.1繞順流放置平板的邊界層流動
4.2繞過楔形體的邊界層流動
4.3繞過柱體的邊界層流動
4.4順流放置平板的尾流
4.5平面層流射流
4.6圓形層流射流
4.7二維管道進口段流動
第5章邊界層微分方程式的近似解
5.1邊界層動量積分方程式與能量積分方程式
5.2順流放置平板邊界層流動的近似解
5.3二維邊界層流動的卡門?波豪森近似方法
5.4邊界層方程近似解與精確解的比較
第6章紊流
6.1由層流到紊流的轉捩
6.1.1圓管流動的轉捩
6.1.2壁面邊界層流動的轉捩
6.2層流穩定性理論
6.2.1層流穩定性基本概念
6.2.2奧爾?佐默費爾德方程
6.2.3奧爾?佐默費爾德方程的主要特性
6.2.4穩定性理論套用於順流放置的平板邊界層流動
6.2.5曲壁面層流邊界層的穩定性問題
6.2.6影響層流穩定性的其他因素
6.3猝發現象
6.4紊流的統計平均方法
6.4.1時間平均法(時均法)
6.4.2空間平均法
6.4.3統計平均法(系綜平均法)
6.4.4各態遍歷假設
第7章紊流的基本方程
7.1紊流連續方程和雷諾方程
7.2紊流能量方程
7.2.1紊流瞬時流動的總能量方程
7.2.2紊流時均的總能量方程
7.2.3紊流時均流動部分的能量方程
7.2.4紊流脈動部分的能量方程
7.2.5能量方程的積分形式
7.3紊流的渦量方程、旋渦的拉伸
7.4紊流計算中的k方程與ε方程
7.4.1紊流脈動動能方程(k方程)
7.4.2紊流能量耗散率方程(ε方程)
7.5紊流的半經驗理論
7.5.1渦粘性模型
7.5.2混摻長度理論
7.5.3渦量傳遞理論
7.5.4卡門相似性理論
7.5.5普適流速分布律
7.6紊流的基本特性
第8章紊流擴散與離散
8.1分子擴散的菲克定律
8.2移流擴散方程
8.2.1移流擴散方程
8.2.2擴散方程
8.3隨機遊動與分子擴散
8.4紊流擴散
8.4.1泰勒紊流擴散理論
8.4.2歐拉法紊流擴散方程
8.5剪下流中的離散
第9章紊動射流及尾流
9.1射流及尾流
9.2紊動射流及尾流的厚度和中心流速的沿程變化
9.2.1恆定射流
9.2.2尾流
9.3平面紊動射流
9.3.1微分方程解
9.3.2動量積分解
9.4圓形紊動射流
9.4.1圓形紊動射流的流速分布
9.4.2圓射流的紊動特性
9.5單獨物體後的平面尾流
9.5.1平面尾流的流速分布
9.5.2平面尾流的紊動特性
第10章圓管紊流
10.1圓管中的流速分布律
10.2圓管紊流的阻力
10.3粗糙圓管
10.3.1管道流動按粗糙的分區
10.3.2粗糙圓管的流速分布
10.3.3粗糙圓管的阻力規律
10.3.4實用管道
10.4管流的紊動特性
10.4.1管流中脈動流速與紊流切應力
10.4.2圓管紊流的斷面能量平衡
10.4.3圓管紊流的頻譜
第11章紊流平板邊界層
11.1紊流平板邊界層的流速分布與分區結構
11.2紊流平板邊界層的紊動特性
11.3紊流平板邊界層的能量平衡
11.4紊流平板邊界層的厚度和阻力
11.5粗糙平板紊流邊界層
第12章明槽紊流
12.1明槽紊流的分區結構與流速分布
12.1.1二維明槽均勻紊流理論分析
12.1.2分區結構與流速分布
12.2明槽紊流的阻力
12.3明槽紊流的紊動特性
12.3.1渦粘度與混摻長度
12.3.2紊流度
12.3.3明槽紊流的能量平衡
12.4粗糙壁面明槽紊流
12.4.1粗糙壁面的理論零點
12.4.2粗糙壁面明槽紊流的流速分布
12.4.3粗糙壁面明槽紊流的紊流度分布
12.4.4河流中的紊流
附錄場論與張量基本運算知識
參考書目
名詞索引
人名索引
高等教育出版社
粘性流體力學
粘性流體力學
書名:粘性流體力學
出版社:高等教育出版社;第1版(2009年6月1日)
叢書名:高等學校教材
平裝:247頁
正文語種:簡體中文
開本:16
isbn:7040262612
條形碼:9787040262612
商品尺寸:22.4x16.6x1.2cm
商品重量:340g

內容簡介

《粘性流體力學》從流體力學的基本方程出發,對粘性流體力學的基本理論進行了系統的講述,對粘性流體運動的幾類精確解問題進行了深入的分析和討論,對流動穩定性和湍流的統計理論進行了系統的介紹。《粘性流體力學》的第1章和第2章首先對粘性流體的基本概念和方程進行了簡明扼要的總結和歸納;第3章精心挑選粘性流體力學中有代表性的解析解的例子進行了詳細講解;第4章和第5章分別介紹了小雷諾數流動的蠕流問題和大雷諾數情況下的層流邊界層,以幫助讀者建立粘性流動的物理概念和認識粘性流動的基本規律;第6章對流動穩定性理論進行了介紹;第7章到第9章是對湍流基本方程、統計理論和切變湍流的介紹,為讀者進一步認識和解決湍流問題提供必要的基礎知識。《粘性流體力學》可作為力學、熱能工程和工程熱物理專業本科生教材,也可作為水利、氣象、海洋、石油、化工、船舶、航空航天等非力學的工科專業研究生教學用書,並可供相關專業教師、科研人員和工程技術人員參考。{zzjj}

目錄

第1章引論
第1節流體的粘性
1.1.1粘性流體和理想流體
1.1.2粘度
1.1.3流體粘性的微觀機理
第2節流體運動的描述
1.2.1跡線、脈線、流線和時間線
1.2.2Helmholtz微元速度分解定理
1.2.3應變率張量
1.2.4渦量
第3節作用在流體上的力
1.3.1質量力
1.3.2表面力
1.3.3應力張量
1.3.4表面張力
第4節牛頓流體的本構關係
第5節相關的場論及張量分析知識
1.5.1自由標、啞標和求和公約
1.5.2Kronecker符號和置換符號
1.5.3Nabla運算元
1.5.4張量的代數運算
1.5.5廣義高斯公式
第2章粘性流體運動的基本方程
第1節連續方程
第2節動量方程
2.2.1動量方程的一般形式
2.2.2Navier-Stokes方程
第3節流體的動量矩方程
第4節流體的能量方程
第5節流體力學方程組及其在常用坐標系中的表達式
2.5.1流體力學方程組
2.5.2在直角坐標系中的表達式
2.5.3在柱坐標系中的表達式
2.5.4在球坐標系中的表達式
第6節非慣性系中的動量方程
第7節流體力學方程組的定解條件
2.7.1固壁邊界條件
2.7.2液體-流體界面的邊界條件
第3章粘性流體運動方程的精確解
第1節平行平板間的定常剪下流
第2節同軸圓筒間的定常流
3.2.1同軸旋轉圓筒間的Couette流
3.2.2同軸圓筒間的軸向流
第3節充分發展了的管流
3.3.1圓管中的Poiseuille流
3.3.2矩形截面管中的Poiseuille流
3.3.3橢圓截面管中的Poiseuille流
第4節非定常平行剪下流
3.4.1平板突然起動
3.4.2平板振盪流
3.4.3圓管內Poiseuille流的起動過程
3.4.4圓管振盪流
第5節氣泡的徑向運動
第6節非線性問題
3.6.1楔形槽道內的平面徑向流
3.6.2軸對稱駐點流
3.6.3旋盤流
第7節附錄:量綱理論基礎
3.7.1量綱
3.7.2量綱齊次性原理及套用
3.7.3π定理
3.7.4幾個重要的相似參數
第4章極低雷諾數的流動
第1節小球的極慢運動
4.1.1控制方程
4.1.2速度分布
4.1.3阻力公式
第2節二維擴散槽內的徑向流
第3節楔形狹縫內的Couette流
第4節偏心圓筒間狹縫內的流動
第5節圓盤間的擠壓流
第6節Oseen近似
第7節狹縫流的平均慣性法
第8節雷諾數不很小的圓球定常繞流
4.8.1流函式方程
4.8.2流函式的Galerkin解
4.8.3表面分離點的位置和駐渦的長度
第5章不可壓縮層流邊界層
第1節邊界層的基本特徵
第2節邊界層方程和邊界層厚度
5.2.1二維邊界層方程
5.2.2邊界層厚度
第3節平板邊界層
5.3.1Blasius方程
5.3.2Blasius方程的求解
第4節邊界層的相似性解
5.4.1Falkner-Skan方程
5.4.2二維收縮槽內的相似性解
5.4.3平面自由射流
第5節邊界層的積分關係及套用
5.5.1卡門動量積分關係
5.5.2平板邊界層的近似解
5.5.3吸氣平板邊界層
5.5.4沿曲面邊界層的近似解
第6節非定常層流邊界層
5.6.1在靜止流體中物體突然起動
5.6.2小幅高頻振盪物體外的邊界層
第6章湍流的產生和流動穩定性理論
第1節湍流的產生
6.1.1雷諾圓管流動顯示實驗
6.1.2流動穩定性和轉捩
6.1.3流動不穩定性的機理和典型的流動穩定性問題
第2節流動穩定性問題的建立
6.2.1流動穩定性問題中流動的數學定義
6.2.2流動穩定性的定義和臨界雷諾數
6.2.3擾動方程
第3節定常平面平行流的線性穩定性理論
6.3.1定常平面平行流
6.3.2定常平面平行流線性擾動方程
6.3.3Orr-Sommerfeld方程及其本徵值問題
6.3.4squire變換和Squire定理
6.3.5O-S方程的無粘近似——Rayleigh方程及Rayleigh定理
6.3.6典型流動線性穩定性結果
第4節流動的非線性穩定性理論
6.4.1I,andau方程
6.4.2能量穩定性理論
第5節二維平板層流邊界層的穩定性和轉捩
第7章湍流運動的基本方程及其封閉模式
第1節湍流運動的不規則性
第2節湍流的統計方法
7.2.1時間平均法
7.2.2空間平均法
7.2.3系綜平均法
7.2.4各態遍歷假設
7.2.5平均值和脈動值的運算法則
第3節平均運動方程和脈動運動方程
7.3.1雷諾方程
7.3.2脈動方程
第4節雷諾應力和雷諾應力輸運方程
7.4.1雷諾應力的物理意義
7.4.2雷諾應力和湍動能的輸運方程
7.4.3雷諾應力和湍動能的輸運過程
第5節湍流統計方程的封閉模式
7.5.1渦粘模式
7.5.2雷諾應力模式
第8章均勻各向同性湍流和湍流統計理論
第1節相關函式和Fourier譜分析
8.1.1相關函式
8.1.2湍流脈動的譜
第2節均勻湍流場常用的相關函式和譜張量
8.2.1均勻湍流中常用的相關函式和譜張量
8.2.2均勻湍流場二階速度相關及其譜張量的性質
第3節均勻各向同性湍流場的相關函式和譜張量
8.3.1均勻各向同性湍流
8.3.2均勻各向同性湍流的相關函式
8.3.3不可壓縮均勻各向同性湍流的相關函式及性質
第4節不可壓縮均勻各向同性湍流的動力學方程
8.4.1不可壓縮均勻湍流的基本方程
8.4.2不可壓縮均勻湍流兩點二階速度相關函式的動力學方程
8.4.3不可壓縮各向同性湍流的Karman-Howanh方程
8.4.4湍動能的耗散方程和Taylor微尺度
第5節不可壓縮均勻各向同性湍流中的湍動能傳輸鏈
8.5.1不可壓縮各向同性湍流中湍動能的傳輸方程
8.5.2不可壓縮各向同性湍流中湍動能的傳輸鏈
8.5.3各向同性湍流中的特徵尺度
第6節局部各向同性湍流及其性質
8.6.1Kolmogomv的局部各向同性假定和能譜的-5/3冪次律
8.6.2結構函式
8.6.3Kolmogomv局部各向同性湍流的標度律
8.6.4各向同性湍流結構函式的動力學方程
第9章切變湍流統計特性和湍流相干結構
第1節槽道湍流的統計特性
9.1.1流動的描述
9.1.2平均運動方程
9.1.3近壁區特徵尺度及分層模型
9.1.4平均速度分布
9.1.5摩擦因數和雷諾數
9.1.6雷諾應力
第2節湍流邊界層
9.2.1流動的描述
9.2.2薄剪下層近似的平均運動方程
9.2.3平均速度分布
9.2.4雷諾應力
第3節自由切變湍流的統計特性
9.3.1流動的描述
9.3.2自由切變湍流的自相似性
第4節切變湍流的相干結構
9.4.1壁湍流中的相干結構
9.4.2自由切變湍流的相干結構
第5節湍流的控制
9.5.1雷諾應力與湍流壁面摩擦阻力的關係
9.5.2壁湍流減阻的被動控制
9.5.3壁湍流減阻的主動控制

相關詞條

相關搜尋

熱門詞條

聯絡我們