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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

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

7.1 N-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333

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

12.10 N-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

12.10.4 Beam-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