飞行器动力工程专业系列教材 流体动力学
作者：张堃元，金志光编著
出版时间： 2017年版
内容简介
《流体动力学》共11章，第1～6章是一般流体力学基础，包括流体的基本物理 性质、流体静力学、流体运动学、流体动力学、相似原理、湍流基础和边 界层基本概念。第7～10章为气体动力学部分，介绍了膨胀波、压缩波、 激波理论及解法、一维定常可压缩管流和经典的超声速流场特征线算法。 第11章介绍了气体动力学在工程中的一些典型的应用案例。
目录
目录
前言
第1章 流体的物理性质 1
1.1 流体的力学特征和连续介质假设 1
1.1.1 流体特性及其连续介质假定 1
1.1.2 密度、比容、相对密度和重度 2
1.1.3 流体压缩性、可压流与不可压流 3
1.1.4 黏性、有黏流和无黏流 5
1.2 作用在流体上的力：质量力和表面力 10
1.2.1 作用在流体上的力 10
1.2.2 单位与量纲 10
1.3 欧拉平衡方程和等压面 11
1.3.1 流体静压强及其特性 11
1.3.2 流体平衡微分方程及其积分，等压面 13
1.4 重力作用下大气压强随高度的变化 16
1.4.1 气体等温状态下的平衡规律 17
1.4.2 国际标准大气 17
1.5 静止流体对固体壁面的作用力 18
1.5.1 作用在平面上的总压力 18
1.5.2 流体对曲面的作用力 24
1.6 绝对压强，相对压强，真空度，压强的测量 27
1.6.1 绝对压强，相对压强，真空度 27
1.6.2 压强的测量 28
1.7 流体的输运性质 32
1.7.1 热能输运——热传导现象 32
1.7.2 质量输运——扩散现象 33
1.8 流体的表面张力和毛细现象 34
习题 35
第2章 流体运动学基本概念 37
2.1 流体运动的描述 37
2.1.1 流场和流体微团 37
2.1.2 研究流体运动的两种方法 38
2.1.3 随流导数、迹线、流线和流管 39
2.2 流体微团运动分析 45
2.2.1 流体微团的基本运动形式 46
2.2.2 流体微团的平移运动、线变形及体变形、角变形和旋转运动 47
2.3 流体运动分类 53
2.3.1 定常流和非定常流 53
2.3.2 一维流、二维流、三维流 54
2.3.3 有旋流与无旋流 54
2.3.4 绝热流动、等熵流动和均熵流动 58
2.4 势函数与流函数 58
2.4.1 势函数 ' 58
2.4.2 平面流的流函数 59
2.4.3 流函数 的性质 60
2.4.4 势函数方程和流函数方程——拉普拉斯方程 61
2.4.5 等势线和等流函数线的正交性 62
2.5 几种简单平面势流及其叠加势流 63
2.5.1 均直流 63
2.5.2 点源、点汇 64
2.5.3 点涡 64
2.5.4 势流的叠加原理 65
2.5.5 螺旋流和偶极流 66
2.5.6 无环量的圆柱绕流 68
2.5.7 有环量的圆柱绕流——儒科夫斯基升力理论 70
习题 71
第3章 流体动力学基本方程 73
3.1 经典力学的基本定律与雷诺 (Reynolds)输运定理 73
3.1.1 经典力学的基本定律 73
3.1.2 雷诺输运定理 74
3.2 连续方程 76
3.2.1 用于控制体积的积分形式连续方程 76
3.2.2 微分形式的连续方程 78
3.3 理想流体动量方程 80
3.3.1 控制体积的积分形式动量方程 80
3.3.2 理想无黏流体微分形式动量方程——Euler(欧拉)运动方程 85
3.4 实际有黏流体动量方程：N-S(纳维{斯托克斯)方程 86
3.4.1 实际有黏流体的应力和应力形式的运动微分方程 86
3.4.2 N-S(纳维{斯托克斯)方程组 88
3.4.3 N-S方程的一个经典解析解——Couette流动 90
3.5 不可压和可压流伯努利方程 92
3.5.1 不可压流伯努利方程 92
3.5.2 可压流伯努利方程 93
3.6 伯努利方程的应用 94
3.6.1 伯努利方程的扩展 94
3.6.2 伯努利方程的应用举例 95
3.7 动量矩方程 99
3.8 能量方程 102
3.8.1 积分形式的能量方程 102
3.8.2 微分形式的能量方程 106
习题 106
第4章 相似原理 111
4.1 相似现象 113
4.1.1 几何相似 113
4.1.2 运动相似 114
4.1.3 动力相似 115
4.2 相似理论——相似三定理 115
4.2.1 相似第一定理 115
4.2.2 相似第二定理 117
4.2.3 相似第三定理 117
4.3 相似准则的确定 118
4.3.1 方程分析法 118
4.3.2 量纲分析法 120
4.3.3 常用相似准则的物理意义 124
4.4 流体动力学的模型试验研究 125
4.4.1 全面力学相似的模型试验 125
4.4.2 近似相似的模型试验 125
4.4.3 试验研究的基本要点 126
习题 131
第5章 湍流基础与不可压管流损失 133
5.1 层流、湍流和流动损失分类 133
5.1.1 雷诺实验和层流、湍流 133
5.1.2 流态的判别 134
5.1.3 水头损失与流速的关系 136
5.2 湍流基础 137
5.2.1 湍流的一般定义和描述 137
5.2.2 湍流的统计平均和半经验理论 138
5.3 圆管中的流速分布及沿程损失计算 143
5.3.1 充分发展的等直圆管层流流动 143
5.3.2 充分发展的圆管湍流流动 146
5.4 局部损失 154
5.4.1 典型局部损失区域的流动特征及损失计算 154
5.4.2 减少管内局部损失的方法 159
5.4.3 局部损失的利用——迷宫式篦齿封严 160
5.5 管路计算基础 161
5.5.1 同径串联管路 161
5.5.2 异径串联管路 162
5.5.3 并联管路 162
5.5.4 枝状管网系统 163
5.5.5 环状管网系统 163
5.6 湍流射流的基本特性 167
5.6.1 自由沉没射流的结构 168
5.6.2 自由沉没射流的参数分布规律 169
习题 173
第6章 边界层理论基础 176
6.1 边界层理论的历史背景 176
6.2 边界层的基本概念 177
6.2.1 边界层的形成 177
6.2.2 边界层的发展 178
6.2.3 边界层厚度参数的定义和形状因子 179
6.3 边界层微分方程 182
6.4 边界层的动量积分方程 184
6.5 边界层的求解 186
6.5.1 边界层的相似解法 186
6.5.2 边界层的数值解法 187
6.5.3 边界层的近似解法 187
6.5.4 平板边界层近似求解 187
6.6 边界层的分离及控制 191
6.6.1 边界层的分离现象描述 191
6.6.2 分离前后边界层内的速度分布 192
6.6.3 湍流边界层的分离 193
6.6.4 边界层的控制 193
6.7 高超声速流边界层简介 197
习题 199
第7章 气体动力学的基本概念 201
7.1 微弱扰动在气流中的传播 201
7.1.1 声速和马赫数 201
7.1.2 微弱扰动在气流中的传播规律 202
7.1.3 亚声速气流和超声速气流的差别 203
7.2 理想气体流动的基本方程组和边界条件 204
7.2.1 基本方程 204
7.2.2 熵方程和声速方程 205
7.2.3 状态方程 206
7.2.4 气体动力学方程 206
7.2.5 初始条件和边界条件 206
7.3 几个重要的气流参数 207
7.3.1 滞止参数 207
7.3.2 极限速度 210
7.3.3 临界参数 210
7.3.4 速度系数 211
7.4 气体动力学函数及其应用 212
7.4.1 函数*、π、* 213
7.4.2 流量函数 214
7.4.3 冲量函数 216
习题 220
第8章 膨胀波、压缩波和激波 221
8.1 超声速气流中的扰动波 221
8.2 膨胀波、压缩波的形成及其特点 222
8.2.1 几何边界产生的膨胀波 222
8.2.2 压力边界产生的膨胀波 223
8.2.3 等熵压缩波 224
8.3 普朗特{梅耶 (Prandtl-Meyer)膨胀波的计算 224
8.4 膨胀波的反射和相交 228
8.4.1 膨胀波在固体壁面上的反射 229
8.4.2 异族膨胀波的相交 230
8.4.3 膨胀波在自由边界上的反射 232
8.4.4 膨胀波和压缩波的相交 233
8.5 激波的形成和正激波 235
8.5.1 激波的形成 235
8.5.2 激波的分类 236
8.5.3 正激波的计算 236
8.6 斜激波前后参数的计算 240
8.6.1 斜激波和正激波的关系 240
8.6.2 斜激波的激波角β和气动参数计算 241
8.7 激波的反射和相交 243
8.7.1 斜激波在固体壁面上的反射 244
8.7.2 斜激波在自由边界上的反射 244
8.7.3 异族斜激波的相交 246
8.7.4 同族斜激波的相交 247
8.8 锥形激波 249
8.8.1 锥形激波的特点 250
8.8.2 锥形激波气动参数的计算 251
习题 252
第9章 一维定常可压缩管流 256
9.1 变截面管流 256
9.1.1 截面变化对气流参数的影响 257
9.1.2 喷管和扩压器 259
9.2 收缩喷管 260
9.2.1 喷管出口流速Ve及临界压强比βcr 260
9.2.2 收缩喷管三种流态 (亚临界、临界、超临界)262
9.2.3 收缩喷管流动壅塞状态 265
9.3 拉瓦尔 (Laval)喷管 266
9.3.1 拉瓦尔喷管等熵流面积比与马赫数的关系 266
9.3.2 压强比对拉瓦尔喷管流动的影响 267
9.4 等截面摩擦管流 273
9.4.1 摩擦对等截面管流气流参数的影响 274
9.4.2 摩擦管流气流参数的计算 275
9.4.3 摩擦壅塞 279
9.4.4 反压对摩擦管流影响 280
9.5 等截面换热管流 281
9.5.1 换热对气流参数的影响 281
9.5.2 换热管流气流参数计算 283
9.5.3 加热壅塞 285
9.5.4 反压对加热管流的影响 285
9.5.5 冷凝波 286
9.6 变流量管流 287
9.6.1 变流量管流基本方程 287
9.6.2 流量变化对气流参数
