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第一章 流体的性质1

1.1 流体的连续介质模型1

1.1.1 流体1

1.1.2 流体密度、流体质点1

1.1.3 连续介质模型2

1.2 流体的压缩性2

1.2.1 状态方程2

1.2.2 压缩性和膨胀性3

1.2.3 可压缩流体和不可压缩流体3

1.3 流体的粘性4

1.3.1 牛顿内摩擦定律4

1.3.2 粘性系数μ和ν5

1.3.3 粘性流体和理想流体5

1.4 作用在流体上的力7

1.4.1 质量力及其分布强度7

1.4.2 表面力及其分布强度7

1.5 应力张量8

1.6 理想流体中压力的大小与方向无关9

习题10

第二章 流体静力学12

2.1 流体静力学方程12

2.2 流体平衡的一些要求14

2.2.1 质量力的要求14

2.2.2 流体的要求15

2.3 平衡流体的等压面16

2.4 重力场中流体的静压分布17

2.5 压力计19

2.5.1 液柱式压力计原理19

2.5.2 压力计分类概述20

2.6 静止流体在平板上的作用力20

2.7 静止流体在曲面上的作用力23

2.8 阿基米德原理25

2.8.1 阿基米德原理25

2.8.2 浮体的平衡26

习题26

第三章 流体运动的描述和基本方程30

3.1 描述流体运动的方法30

3.1.1 拉格朗日法30

3.1.2 欧拉法31

3.1.3 质点加速度公式31

3.1.4 方程的张量表示法32

3.1.5 质点导数32

3.2 流场的几何描述33

3.2.1 定常流场和非定常流场33

3.2.2 流线、驻点、极限流线34

3.2.3 迹线36

3.2.4 流管37

3.3 流体运动的基本方程（拉格朗日型）37

3.4 系统导数——雷诺输运公式38

3.5 积分形式的基本方程（欧拉型）39

3.6 微分形式的基本方程39

3.6.1 质量守恒方程39

3.6.2 动量方程（运动方程）40

3.6.3 欧拉运动方程42

3.6.4 纳维－斯托克斯方程42

习题42

第四章 伯努利方程和积分型基本方程的应用44

4.1 伯努利方程44

4.1.1 定常不可压缩流动的伯努利方程45

4.1.2 等熵气流的伯努利方程45

4.1.3 压缩性的影响45

4.2 定常流管的质量守恒方程47

4.2.1 定常流管的质量守恒方程47

4.2.2 一维管流速度和面积的关系47

4.3 空泡、船吸等现象的浅释48

4.4 低速测量50

4.4.1 皮托管50

4.4.2 文特利管50

4.5 小孔口出流问题51

4.5.1 小孔口定常出流51

4.5.2 出口反压不断变化的出流52

4.6 定常流中积分型基本方程的应用53

4.6.1 弯管壁受到的流体动力54

4.6.2 射流对斜面的冲击力55

4.6.3 螺旋桨的动量理论56

4.6.4 喷气推进57

4.6.5 气垫船的飞高58

4.6.6 喷水器58

习题59

第五章 旋涡理论62

5.1 旋涡运动的基本概念62

5.1.1 涡量和平均旋转角速度62

5.1.2 涡线、涡面和涡管63

5.1.3 涡通量和涡管强度64

5.2 速度环量和斯托克斯定理64

5.3 汤姆逊定理67

5.4 拉格朗日定理68

5.5 海姆霍兹定理69

5.6 旋涡的诱导速度69

5.6.1 点涡70

5.6.2 诱导速度公式70

5.7 兰金涡73

5.7.1 速度分布73

5.7.2 压力分布74

5.7.3 有自由面的情形75

习题75

第六章 势流理论（一）78

6.1 无旋运动和速度势78

6.2 不可压势流的基本方程和边界条件79

6.2.1 不可压势流的质量守恒方程79

6.2.2 欧拉方程的积分79

6.2.3 边界条件和解法概述81

6.3 二维流动和流函数82

6.4 复势和复速度83

6.5 不可压平面势流的基本解85

6.5.1 直匀流85

6.5.2 点源86

6.5.3 点涡87

6.5.4 偶极子87

6.5.5 叠加的例子89

6.6 绕圆柱体的流动90

6.6.1 绕圆柱体无环量流动90

6.6.2 绕圆柱体有环量流动92

6.7 布拉修斯公式94

6.8 库塔－儒柯夫斯基定理96

6.8.1 库塔－儒柯夫斯基定理96

6.8.2 决定环量的后缘条件97

6.9 保角变换方法的应用97

6.9.1 平移变换和旋转变换99

6.9.2 儒柯夫斯基变换100

6.9.3 平板无环量绕流102

6.9.4 平板有环量绕流103

6.10 映像法105

6.10.1 直壁的干扰105

6.10.2 圆形壁的干扰107

6.10.3 地面效应108

6.10.4 风洞壁和水池壁产生的映像108

6.11 基于奇点法的翼剖面理论109

6.11.1 翼剖面的几何参数109

6.11.2 基于奇点法的翼剖面理论概述109

6.11.3 对称翼型绕流的数值解110

6.11.4 薄翼理论111

6.12 面元法114

6.12.1 无升力体的面元法114

6.12.2 升力体的面元法116

6.13 附加质量117

6.13.1 基本概念和公式117

6.13.2 绝对速度势、相对速度势和牵连速度势118

6.13.3 圆柱体的附加质量119

6.13.4 一般情形119

习题120

第七章 势流理论（二）123

7.1 轴对称流动123

7.2 细长旋成体轴向流动的线性理论124

7.2.1 空间点源124

7.2.2 细长旋成体的线性理论124

7.3 有限翼展机翼127

7.3.1 机翼的几何参数127

7.3.2 有限翼展机翼127

7.3.3 下洗和诱导阻力128

7.4 升力线理论129

7.4.1 有限翼展机翼的升力模型129

7.4.2 升力线理论的一般公式130

7.4.3 椭圆机翼131

7.4.4 其他无扭转机翼133

7.5 展弦比换算式133

7.6 小展弦比机翼136

习题137

第八章 波浪理论139

8.1 波浪运动的基本方程与边界条件139

8.1.1 基本方程140

8.1.2 边界条件140

8.1.3 小振幅波理论假设和边界条件的线性化141

8.2 小振幅波的速度势142

8.3 小振幅波的要素143

8.3.1 波长L和波数k143

8.3.2 周期T和圆频率σ144

8.3.3 波速（相速度）144

8.4 流体质点的运动、压力分布145

8.4.1 流体质点的运动速度145

8.4.2 无限水深行波中质点的运动轨迹146

8.4.3 有限水深行波中质点的运动轨迹147

8.4.4 压力分布147

8.5 波能及其传递148

8.5.1 波能148

8.5.2 波能的传递149

8.6 波群和群速度150

8.7 波浪的浅水效应151

8.7.1 波峰守恒原理151

8.7.2 波数k、波长L和波速c152

8.7.3 浅水系数H/H0152

8.8 二维船波154

8.8.1 兴波阻力154

8.8.2 两个扰源引起的兴波阻力154

8.9 开尔文波156

习题158

第九章 粘性流体动力学160

9.1 纳维－斯托克斯方程160

9.1.1 变形率张量160

9.1.2 广义牛顿内摩擦定律161

9.1.3 纳维－斯托克斯方程162

9.2 粘性流体运动的相似律163

9.2.1 流动相似163

9.2.2 特征量和无量纲量164

9.2.3 流动相似的充要条件164

9.2.4 相似参数的物理意义166

9.2.5 相似理论的应用167

9.3 量纲分析168

9.3.1 指数法169

9.3.2 П定理170

9.4 粘性不可压缩流动的准确解171

9.4.1 直圆管中充分发展的定常层流172

9.4.2 平面驻点附近的流动173

9.5 层流和湍流177

9.6 湍流的基本方程178

9.6.1 平均值、脉动值和湍流度179

9.6.2 质量守恒方程的时均化180

9.6.3 N-S方程的时均化180

9.7 湍流模式理论181

9.7.1 湍流粘性假设181

9.7.2 混合长度理论181

9.7.3 湍流模式和大涡模拟183

9.8 圆管中充分发展湍流的速度分布184

9.8.1 粘性底层184

9.8.2 对数层（完全湍流层）185

9.8.3 过渡层186

9.8.4 中心区186

9.8.5 壁面律186

9.8.6 实用的经验公式186

9.9 光滑圆管的阻力系数187

9.9.1 压力降Δp和阻力系数λ187

9.9.2 光滑圆管的λ计算公式187

9.10 管路计算189

习题190

第十章 边界层理论193

10.1 普朗特边界层方程193

10.2 平板层流边界层的精确解196

10.3 平板边界层的动量分析201

10.4 平板层流边界层的近似解202

10.5 湍流边界层的速度分布203

10.6 平板湍流边界层计算204

10.7 平板阻力的工程估算206

10.7.1 平板混合边界层计算206

10.7.2 船体摩擦阻力的估算208

10.8 动量积分方程及其解法208

10.8.1 动量积分方程208

10.8.2 波尔豪森法及改进的单参数法209

10.8.3 湍流边界层的积分法211

10.9 曲面边界层内的流动和分离212

10.9.1 压力梯度对速度剖面的影响212

10.9.2 边界层分离213

10.10 粘性阻力和边界层控制215

习题217

附录218

附录A 运动粘性系数和密度表218

附录B 常用公式220

附录C 质量守恒方程、N-S方程和流线方程（不可压流）221

习题参考答案222

参考文献227