流体力学

封面 封底 版权页 总序 第2版前言 第1版前言 目次 第1章 引论 1.1 流体力学的研究对象和研究方法 1.1.1 流体力学的研究对象 1.1.2 流体力学的学科特点 1.1.3 流体力学的研究方法 1.2 物质结构和连续介质假设 1.3 应力张量 1.3.1 流体的作用力 1.3.2 欧拉-柯西(Euler-Cauthy)应力原理 1.3.3 应力张量 1.3.4 应力主轴和主应力 1.4 热力学基础 1.4.1 运动流体的热力学描述 1.4.2 热力学第一定律·内能和焓 1.4.3 热力学第二定律·熵 1.4.4 流体的可压缩性·声速 附录1 笛卡尔(Cartesian)张量 第2章 流体运动学 2.1 流体运动的描述 2.1.1 欧拉(Euler)方法 2.1.2 拉格朗日(Lagrange)方法 2.1.3 两种表述的相互变换 2.1.4 物理量对时间t的物质导数和当地导数 2.1.5 流线·迹线·脉线 2.2 速度分解定理·涡量和应变速率 2.2.1 赫姆霍兹(Helmholtz)速度分解定理 2.2.2 涡量 2.2.3 应变速率张量 2.2.4 体积应变速率 2.3 由涡量和体积应变速率确定速度场 2.3.1 速度场的总体分解 2.3.2 无旋有源流动 2.3.3 无源有旋流动 2.3.4 无源无旋流动 2.4 涡线·涡管·涡丝·涡层 2.4.1 涡线和涡管 2.4.2 涡丝 2.4.3 涡层 2.5 无源无旋流动解的确定性问题 2.5.1 单连通域的无源无旋流动 2.5.2 多连通域的无源无旋流动 2.5.3 无界区域解的唯一性问题 2.6 无源无旋流的基本解和迭加原理 2.6.1 源·偶极子·多极子 2.6.2 格林公式 2.6.3* 速度势的多极子级数展开式 2.6.4 二维无源无旋流动 第3章 流体力学基本方程 3.1 连续性方程 3.1.1 雷诺输运公式 3.1.2 连续性方程 3.2 流体的动量方程 3.3 流体的能量方程 3.4 流体的输运特性和本构方程 3.4.1 非平衡体系的热力学函数 3.4.2 传热定律和扩散定律 3.4.3 内摩擦·牛顿流体黏性律 3.4.4 黏性流体的机械能耗散 3.5 流体力学方程组和边界条件 3.5.1 流体力学方程组 3.5.2 分界面上的运动学边界条件 3.5.3 分界面上的动力学和热力学边界条件 3.5.4 固壁边界条件和自由面边界条件 3.6 流体的静力平滑 3.6.1 保守力场中的流体平衡 3.6.2 浮体定律 3.6.3 毛细现象 3.6.4 平衡大气压强公式 附录2 正交曲线坐标系 第4章 黏性流体的不可压缩流动 4.1 不可压缩流动 4.1.1 纳维-斯托克斯方程(Navier-Stokes方程) 4.1.2 不可压缩流动的一般判别条件 4.1.3 不可压缩流动的几种具体判别条件 4.1.4 不可压缩流中体积力项的处理 4.2 定常的平行剪切流动 4.2.1 平板考艾特(Couette)流动 4.2.2 平面泊肖叶(Poiseuille)流动 4.2.3 哈根-泊肖叶(Hagen-Poiseuille)流动 4.3 非定常的平行剪切流动 4.3.1 斯托克斯第一问题 4.3.2 斯托克斯第二问题 4.3.3 管道流动的起动过程 4.4 圆对称的平面黏性流动 4.4.1 圆柱考艾特流动 4.4.2 考艾特流动的起动过程 4.4.3 无限长直涡丝的黏性扩散 4.5 几种非线性黏性流问题的精确解 4.5.1 二维驻点流动 4.5.2 转动圆盘附近的黏性流动 4.6 黏性流动的相似律 4.7 小雷诺(Reynolds)数黏性流动 4.7.1 小雷诺数球绕流的斯托克斯解 4.7.2 奥辛(Oseen)修正 4.7.3 小Re数圆柱绕流的Stokes解 4.7.4 球在黏性流体中的微幅振动 附录3 量纲分析法 第5章 无黏流体动力学的一般理论 5.1 无黏流动的运动方程组 5.1.1 惯性坐标系下的运动方程组 5.1.2 非惯性坐标系下的运动方程 5.2 伯努利(Bernoulli)方程 5.2.1 伯努利定理 5.2.2 伯努利定理的特殊形式 5.2.3 沿流线和涡线成立的伯努利方程 5.2.4 非定常无旋流的伯努利方程 5.2.5* 非惯性系中的伯努利方程 5.3 开尔文(Kelvin)速度环量守恒和赫姆霍兹(Helmholtz)涡量定理 5.4 无黏流涡量动力学方程 第6章 不可压缩无旋流动 6.1 不可压缩无旋流动的一般特性 6.1.1 开尔文最小能量原理 6.1.2 调和函数的平均值原理 6.2 基本流·圆柱的位势绕流 6.2.1 基本流 6.2.2 无环量的圆柱有势绕流 6.2.3 有环量的圆柱位势定常绕流 6.3 保角变换 6.3.1 任意外形边界变换成圆 6.3.2 任意多边形变换成上半平面 6.3.3 边界干扰·镜像法 6.4 作用在平动柱体上的力和力矩 6.4.1 定常均匀来流中柱体受到的力和力矩 6.4.2* 柱外源对柱体的作用力(拉加利(Lagwlley)定理) 6.5 二维翼型·库塔(Kutta)条件 6.5.1 库塔条件 6.5.2 儒可夫斯基翼型 6.5.3 前缘吸力·平板绕流 6.6 不可压缩轴对称无旋流动 6.6.1 轴对称无旋流动的控制方程 6.6.2 用分离变量法解phi和psi的控制方程 6.6.3 奇点法(反问题) 6.7* 无界流体中运动物体引起的无旋流动 6.7.1 流体的动能和动量 6.7.2 作用于平动物体上的流体动力 6.7.3 有环量的二维无旋流情形 6.7.4 非定常绕流阻力和附加质量举例 6.8* 自由流线理论 6.8.1 平面小孔射流 6.8.2 绕垂直平板的分离流 6.9* 薄翼近似理论 6.10 非定常二维机翼理论 6.10.1 小攻角平板的突然起动问题 6.10.2 二维平板机翼的谐振运动问题 第7章 不可压缩流体的波动 7.1 表面重力波 7.1.1 引言 7.1.2 水波的控制方程 7.1.3 边界条件 7.2 平面单色波 7.2.1 平面单色波的一般解 7.2.2 深水波 7.2.3 有限深水域的表面波 7.2.4 水波的能量 7.3 水波的色散和群速度 7.3.1 水波的色散现象 7.3.2 波的群速度 7.3.3 空间非均匀波列的群速度 7.3.4 群速度的另一种物理诠释 7.3.5 水波的能量传播 7.4 表面张力波 7.5 分层流体中的重力内波 7.5.1 小振幅重力内波的数学模型 7.5.2 小振幅内波的近似分析 7.5.3 色散关系和群速度 7.6 非线性水波理论简介 7.6.1 斯托克斯波 7.6.2 非线性浅水波·孤立波 第8章 旋涡运动 8.1 涡量场演化的物理机制 8.2 涡量沿壁面的产生和黏性扩散 8.3 几种基本的旋涡运动 8.3.1 位势涡和兰金涡 8.3.2 奥森(Oseen)涡和泰勒(Taylor)涡 8.3.3 希尔(Hill)球涡 8.4 二维点涡系运动 8.5 涡列和卡门(Karman)涡街 8.5.1 单排涡列 8.5.2 双排涡列和卡门涡街 8.6 三维涡丝的自诱导运动 8.6.1 涡丝的自诱导运动 8.6.2 圆涡环 8.7 机翼的涡系 8.7.1 翼型绕流的起动涡 8.7.2 大展弦比有限翼展机翼的涡系 8.7.3 小展弦比机翼的涡系 8.8 地转运动 8.8.1 旋转流体运动的基本方程 8.8.2 地转运动 第9章 层流边界层理论 9.1 层流边界层方程 9.2 平板边界层 9.3 相似性解 9.3.1 费可勒-史凯(Falkner-Skan)方程和相似性解 9.3.2 非相似性流动 9.4 边界层方程的近似解法 9.4.1 动量积分方程 9.4.2 卡门-波尔豪森(Karman-Pohlhausen)方法 9.5*高阶边界层理论——匹配渐近展开简介 9.6 二维定常边界层分离 9.6.1 普朗特定常流动分离准则 9.6.2 分离点的预估 9.6.3 圆柱分离和阻力 9.7 二维层流射流·自由剪切层·迹 9.7.1 二维小孔射流 9.7.2 自由剪切层 9.7.3 尾迹 9.8*非定常层流边界层 9.8.1 物体从静止突然起动 9.8.2 振荡边界层 第10章 流动稳定性 10.1 流动稳定性的一般表述 10.1.1 临界雷诺数 10.1.2 用正则模方法的线性稳定性分析 10.2 Kelvin-Helmholtz不稳定性 10.2.1 正则模分析方法和Kelvin-Helmholtz不稳定性 10.2.3 涡层K-H不稳定性机理——Batchelor的涡动力学的解释 10.2.3 Rayleigh-Taylor不稳定性 10.3 平行剪切流的稳定性 10.3.1 平行剪切流的线性稳定性——Orr-Sommerfeld(O-S)方程 10.3.2 无黏平行剪切流的线性稳定性 10.3.3 典型流动稳定性特性的主要结果 10.3.4 平行剪切流失稳机理:黏性的双重性 10.4 离心不稳定性和热不稳定性 10.4.1 离心不稳定性 10.4.2 Rayleigh-Benard热不稳定性问题 10.5 非线性、分叉和混沌 10.5.1 分叉 10.5.2 Landau方程 10.5.3 洛伦兹(Lorentz)方程 10.6 从层流向湍流的转捩 10.6.1 边界层和平面Poiseuille流的转捩 10.6.2 自由剪切流的转捩 10.6.3 旋转Couette流的不稳定性特性 10.6.4 Rayleigh-Bebard热对流的转捩 第11章 湍流概论 11.1 Reynolds的管流实验·层流和湍流 11.2 雷诺方程 11.2.1 雷诺平均 11.2.2 雷诺方程 11.2.3 雷诺应力 11.2.4 湍流脉动动能方程和平均动能方程 11.3 湍流的半经验理论 11.3.1 动量输运理论 11.3.2 涡量输运理论 11.3.3 卡门相似理论 11.4 湍流边界层 11.4.1 湍流特征量的分布 11.4.2 边界层内速度分布 11.4.3 边界层中的拟序结构 11.5 湍流的统计理论 11.5.1 各向同性湍流 11.5.2 关联系数 11.5.3 谱分析方法 11.5.4 能量级串与柯尔莫戈洛夫局部各向同性假设 11.6 湍流的高级数值模拟 11.6.1 基于RANS方程的模式理论 11.6.2 雷诺应力模型(或称二阶矩模型) 11.6.3 大涡模拟(Large Eddy Simulation(LES)) 11.6.4 直接数值模拟(DNS) 第12章 无黏可压缩流动 12.1 声波 12.1.1 声波在静止流体中的传播 12.1.2 可压缩定常流中小扰动的传播 12.2 一维可压缩定常流 12.2.1 流动的特征参数:滞止值和临界值 12.2.2 一维可压缩定常等熵流沿流线参数的变化特性 12.2.3 变截面积管道内流动 12.3 一维可压缩非定常流 12.3.1 特征线和黎曼不变量 12.3.2 一维非定常流的特征线解法 12.3.3 简单波 12.3.4 激波的形成 12.4 激波和膨胀波 12.4.1 间断面 12.4.2 激波绝热曲线 12.4.3 完全气体驻正激波 12.4.4 斜激波 12.4.5 激波与壁面相互作用 12.4.6 膨胀波 12.5 亚、跨、超声速小扰动势流近似方程以及相似律 12.5.1 二维全速势方程 12.5.2 亚超声速小扰动线化方程及亚声速相似律 12.5.3 跨声速小扰动方程及相似律 12.5.4 波形壁的亚超声速流 习题 参考文献