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赵孝保 著，赵孝保 编

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• 流体力学
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• 高等教育
• 工科
• 第三版
• 教材
• 计算流体力学
• 流体动力学

出版社： 东南大学出版社

ISBN：9787564136178

版次：3

商品编码：11059847

包装：平装

丛书名： 21世纪能源与动力系列教材

开本：16开

出版时间：2012-06-01

页数：262

编辑推荐

《工程流体力学（第3版）》融合了国内外教材的长处和特点，突出了基础性和应用性，每章后小结汇集了本章重点内容，教材得到了广泛欢迎。教材第2版对全书内容作了细致完善，增加了典型例题和习题答案。教材第3版再次增加了典型例题，以便强化基础知识的综合应用和考研复习，第3版还列出了各章中重要的专业名词及其对照英文，以便双语教学，同时各章中专业名词也是本章需要重点掌握的基本概念和知识点。

内容简介

工程流体力学是力学的基本原理在液体和气体中实际应用的一门科学。 赵孝保主编的《工程流体力学（第3版）》融合了国内外最新教材的特点， 侧重 于基础性和工程应用性。主要介绍了流体静力学中流体静止或相对静止时流 体内压力分布、压力测量、作用在平面和曲 面上的静压力；流体运动学中流场、流线、速度分布、有旋与无旋流动、流 函数、势函数和流网；流体动力学中不可压缩流 体与可压缩流体的质量、能量和动量守恒定律，以及这些定律在管道内部和 物体外部流动中的实际应用。 《工程流体力学（第3版）》可以作为能源动力工程、建筑环境与设备 工程、环境工程、机械工程、石油和化学工程、航空航天工程以及生物 工程等专业的学生学习的教材，还可以作为从事与流体流动相关的研究和应 用的工程技术人员的参考资料。

目录

主要符号表
0 引言
0.1 流体力学的应用
0.2 流体力学的内容及发展
0.3 工程流体力学的学习

1 流体性质
1.1 流体的定义
1.2 密度与可压缩性
1.3 理想气体及状态方程
1.4 粘性
1.5 表面张力
1.6 液体的蒸汽压力
本章小结
习题

2 流体静力学
2.1 作用在流体上的力
2.1.1 质量力
2.1.2 表面力
2.2 流体静压力及其特性
2.2.1 流体静压力
2.2.2 流体静压力的特性
2.3 流体的平衡微分方程
2.3.1 流体的平衡微分方程
2.3.2 力的势函数和有势力
2.3.3 等压面
2.4 重力场中流体的平衡
2.4.1 静力学基本方程
2.4.2 静力学基本方程的物理意义与几何意义
2.4.3 绝对压力相对压力真空
2.5 非惯性坐标系中液体平衡
2.5.1 等加速直线运动容器内液体的相对平衡
2.5.2 等角速度旋转容器中液体的相对平衡
2.6 液柱式测压计
2.6.1 测压管
2.6.2 U形管测压计
2.6.3 U形管差压计
2.6.4 倾斜微压计
2.7 静止液体作用在平面上的总压力
2.7.1 总压力的大小
2.7.2 总压力的作用点
2.8 静止液体作用在曲面上的总压力
2.8.1 总压力的大小和方向
2.8.2 总压力的作用点
2.8.3 压力体
2.9 浮力原理
本章小结
习题

3 流体动力学基础
3.1 流场及其描述方法
3.2 流动的分类
3.2.1 按流体性质分类
3.2.2 按与时间的关系分类
3.2.3 按与空间的关系分类
3.2.4 按运动状态分类
3.3 流体流动的基本术语和概念
3.3.1 迹线
3.3.2 流线
3.3.3 流管、流束和总流
3.3.4 过流断面及水力要素
3.3.5 流量和平均流速
3.3.6 稳定流动的类型
3.4 系统与控制体
3.4.1 系统与控制体的概念
3.4.2 系统内的某种物理量对时间的全导数公式
3.5 一维流动的连续性方程
3.6 理想流体一维稳定流动伯努里能量方程
3.6.1 欧拉方程
3.6.2 伯努里方程
3.6.3 理想流体一维稳定流动能量方程的物理意义和几何意义
3.6.4 理想流体相对运动的伯努里方程
3.7 沿流线主法线方向的压力和速度变化
3.8 粘性流体总流的伯努里方程
3.8.1 粘性流体微元流柬的伯努里方程
3.8.2 粘性流体总流的伯努里方程
3.8.3 恒定气体流动的伯努里方程
3.9 伯努里方程的应用
3.10 动量方程与动量矩方程
3.10.1 动量方程
3.10.2 动量矩方程
本章小结
习题

4 量纲分析与相似原理
4.1 单位和量纲
4.2 相似性原理
4.2.1 几何相似
4.2.2 运动相似
4.2.3 动力相似
4.3 相似准则数
4.3.1 欧拉（Eu）数
4.3.2 弗汝德（Fr）数
4.3.3 雷诺（Re）数
4.3.4 马赫（Ma）数
4.3.5 韦伯（We）数
4.4 近似模型试验
4.5 量纲分析
4.5.1 瑞利法
4.5.2 π定理
本章小结
习题

5 管内不可压缩流体流动
5.1 管内层流流动及粘性摩擦损失
5.1.1 层流与湍流流动
5.1.2 等截面管道内沿程能量损失
5.1.3 圆管道内切应力分布
5.1.4 圆管道内层流流动及粘性摩擦损失
5.1.5 层流流动入口段长度
5.2 湍流流动及沿程摩擦阻力计算
5.2.1 湍流旋涡粘度与混合长度理论
5.2.2 湍流流动中的粘性底层
5.2.3 湍流流动中的速度分布
5.2.4 沿程摩擦阻力系数计算
5.2.5 摩擦系数曲线图（莫迪Moody图）
5.3 简单管道内流动计算
5.4 局部阻力损失
5.4.1 管道进口损失
5.4.2 突然扩大损失
5.4.3 渐扩管损失
5.4.4 管道出口损失
5.4.5 渐缩管损失
5.4.6 弯管损失
5.4.7 其他局部构件阻力损失
5.5 管路流动计算
5.5.1 简单管路流动阻力计算
5.5.2 管道中有泵、风机和水轮机时的管路计算
5.6 管路及管网阻力计算
5.6.1 串联管路
5.6.2 并联管路
5.6.3 分叉管路系统
5.6.4 管网计算
5.7 管路中的水锤现象
本章小结
习题

6 绕流流动与边界层
6.1 绕流流动阻力与边界层
6.1.1 绕流流动阻力
6.1.2 边界层
6.2 平板边界层的摩擦阻力
6.2.1 平板边界层动量方程
6.2.2 平板层流边界层的摩擦阻力
6.2.3 平板湍流边界层的摩擦阻力
6.2.4 平板边界层具有过渡区时的摩擦阻力
6.3 曲面物体绕流阻力
6.3.1 边界层分离和压差阻力
6.3.2 流体绕流曲面物体的阻力
6.3.3 流体绕流长柱体的阻力
6.4 升力
6.5 气体射流
6.5.1 射流结构与特征
6.5.2 圆断面射流参数计算
6.6 纳维尔—斯托克斯方程（N—S方程）及其求解
6.6.1 粘性应力分析
6.6.2 粘性力
6.6.3 N—S方程
6.6.4 N—S方程的求解
本章小结
习题

7 理想流体流动
7.1 连续性方程
7.2 非旋转流动
7.3 速度环量与旋涡量
7.4 流函数
7.5 基本流动的流场与流场叠加
7.5.1 均匀直线流动
7.5.2 源流或汇流
7.5.3 流场叠加
7.6 速度势
7.7 流网
本章小结
习题

8 流体测量
8.1 流体物性测量
8.2 静压测量
8.3 用毕托（Pitot）管测量流速
8.4 测量速度的其他方法
8.4.1 水流计和风速仪
8.4.2 热线风速仪
8.4.3 漂浮测量
8.4.4 照相和光学测量
8.4.5 激光技术
8.4.6 其他测速仪器与方法
8.5 流量测量
8.6 孔口、喷嘴和管嘴出流
8.6.1 出流的定义
8.6.2 出流系数
8.6.3 自由出流的水头损失
8.6.4 淹没出流的水头损失
8.7 文丘里（Venturi）流量计
8.8 喷嘴流量计
8.9 孔板流量计
8.10 可压缩流体的流量测量
8.11 测量流量的其他方法
本章小结
习 题

9 可压缩流体的流动
9.1 音速马赫数
9.1.1 音速
9.1.2 马赫数（Ma数）
9.1.3 微弱扰动在气体中的传播
9.2 气体一维定常等熵流动
9.2.1 基本方程
9.2.2 三种特定状态
9.2.3 速度系数
9.3 喷管中的等熵流动
9.3.1 气流参数与通道截面的关系
9.3.2 喷管
9.4 有摩擦的绝热管流
9.4.1 有摩擦管流流动分析
9.4.2 有摩擦管流中气流参数的计算
9.5 在等截面管中有摩擦的等温流动
9.6 超音速气流的绕流与激波
9.6.1 激波的产生及分类
9.6.2 正激波的形成及传播速度
9.6.3 膨胀波
9.6.4 斜激波
9.7 激波前后气流参数的关系
9.7.1 正激波前后气流参数的关系
9.7.2 斜激波前后气流参数的关系
9.7.3 波阻的概念
9.8 变截面管流变工况流动分析
9.8.1 收缩喷管变工况流动分析
9.8.2 喷管出口处的流速、流量及面积比
9.8.3 缩放喷管变工况流动分析
本章小结
习题
习题答案
专业词汇中英文对照
参考文献

前言/序言

科技前沿探索：新一代材料科学与结构工程新篇章 图书名称： 科技前沿探索：新一代材料科学与结构工程新篇章 作者： [此处可填写虚构作者姓名，例如：张伟, 李明, 王芳] 出版社： [此处可填写虚构出版社名称，例如：精工科技出版社] 定价： [此处可填写虚构价格，例如：RMB 188.00] --- 内容简介：跨越学科的深度融合与未来展望 本书并非聚焦于传统的流体力学基础理论，而是将视角投向了当前科技发展最为迅猛的交叉学科领域：新一代材料科学与先进结构工程的深度融合与创新应用。全书旨在为研究人员、工程师和高年级学生提供一个全面、深入且具有前瞻性的知识框架，探讨如何利用前沿材料的独特性能，设计和建造更加高效、智能、可持续的结构体系。 本书内容涵盖了从微观材料设计到宏观结构性能评估的完整链条，重点剖析了当前工程界面临的关键挑战，并提出了基于多尺度建模和先进制造技术的解决方案。 第一部分：突破性材料的特性与功能化设计 本部分深入剖析了近年来在材料科学领域取得突破性进展的几类关键材料，它们正成为重塑未来工程面貌的核心驱动力。 第一章：智能与响应性材料的机制解析 本章详细阐述了形状记忆合金（SMA）、压电材料、磁流变弹性体（MR/ER流体）等智能材料的工作原理。重点在于材料的本构关系、多场耦合效应（热-力-电耦合）的数学描述，以及如何通过精确控制外部激励（温度、电场、磁场）实现材料性能的实时、可逆调控。我们特别关注了这些材料在主动减振、自修复结构以及可重构系统中的潜力。 第二章：纳米复合材料与界面工程 聚焦于如何通过在基体材料中引入纳米级增强相（如碳纳米管、石墨烯、纳米纤维）来极大地提升材料的力学、电学和热学性能。内容包括纳米粒子在聚合物、金属和陶瓷基体中的分散技术、界面结合强度的量化分析，以及利用分子动力学模拟预测宏观性能的方法。本章还探讨了功能化纳米颗粒在传感和储能结构中的集成应用。 第三章：极端环境与高性能材料的挑战 本章针对航空航天、深海探测和核能等极端服役环境，探讨了耐高温陶瓷基复合材料（CMC）、高熵合金（HEA）以及自适应热障涂层（TBCs）的研发进展。详细分析了这些材料在超高温、高应力循环和辐射环境下的失效机制（如蠕变、氧化腐蚀和辐照损伤），并介绍了先进的无损检测技术用于评估其服役可靠性。 第二部分：先进结构设计与多尺度建模 本部分将材料特性与结构体系的宏观行为相结合，探讨了如何利用现代计算工具和制造技术，实现结构的优化设计与性能预测。 第四章：拓扑优化与增材制造驱动的结构创新 本章系统介绍了拓扑优化方法（如密度法、水平集法）在实现轻量化和功能集成方面的应用。重点结合增材制造（3D打印）技术的特点，讨论了如何设计和制造具有复杂内部孔隙结构、梯度材料分布的结构件。深入分析了增材制造过程中，如激光熔化、粉末床堆积等过程对最终结构残余应力和微观组织的影响，以及如何进行“正向设计”以适应制造约束。 第五章：多尺度力学分析与计算方法 本章是连接材料与结构的桥梁。详细介绍了多尺度计算方法，包括：从量子力学（DFT）到分子动力学（MD），再到有限元分析（FEA）的序列映射技术。特别关注了如何构建准确的介观模型来预测裂纹萌生、扩展和疲劳寿命，以及如何将晶体塑性有限元法（CPFEM）应用于模拟金属的塑性变形行为。 第六章：动态载荷响应与结构稳定性控制 本章侧重于结构在非稳态、冲击或振动载荷下的响应分析。内容涵盖了高精度冲击动力学模拟、爆炸载荷的数值方法（如SPH、ALE），以及结构主动/被动控制技术。深入讨论了基于先进材料的阻尼器、隔震支座的设计与性能评估，旨在构建具有更高安全裕度和抗灾能力的工程结构。 第三部分：可持续性与未来工程范式 本部分展望了结构工程领域的可持续发展方向，以及数字化、智能化技术如何重塑工程实践。 第七章：循环经济视角下的材料与结构 本章讨论了结构工程的可持续性挑战，包括材料的全生命周期评估（LCA）、高强度材料的回收再利用技术，以及低碳足迹的建筑结构设计。重点介绍了可降解聚合物复合材料、生物基材料在工程中的应用潜力，以及如何通过设计实现结构的“按需拆解”。 第八章：数字孪生与结构健康监测（SHM） 探讨了物联网（IoT）、传感器技术与结构工程的集成。详细介绍了分布式光纤传感、压电传感网络在实时监测结构应力、应变和损伤方面的应用。更重要的是，本章介绍了如何利用实时数据驱动的数字孪生模型，实现对结构状态的精准预测、评估剩余寿命，并支持预测性维护策略的实施。 --- 读者对象与本书价值 本书面向具备一定工程力学或材料科学基础的读者。它不仅是研究生和博士生的重要参考资料，更是结构工程师、材料研发人员在寻求技术突破和跨学科合作时的得力工具。本书的价值在于提供了一个高度整合的视角，指导读者如何将最新的材料突破转化为实际工程中的高性能、高可靠性的结构解决方案，为下一代基础设施和装备的创新设计提供坚实的理论与技术支撑。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉是，它不仅仅是一本教科书，更像是一本工具书，一本随时可以翻阅，并从中汲取新灵感的知识宝库。我发现，随着我参与的工程项目越来越多，我越来越频繁地回到这本书中查阅一些特定的章节，尤其是在处理一些非牛顿流体或者多相流动的初步设计阶段。它的覆盖面非常广，从最基础的静力学到非常前沿的数值计算预备知识都有涉猎。我记得有一次为一个水利工程做初步评估时，我为如何准确估算渠道水力摩阻系数而苦恼，恰好这本书里有一章专门对比了曼宁公式和谢才公式的应用场景和适用范围，并给出了详细的修正系数表格，这直接帮我解决了燃眉之急。它的学术严谨性毋庸置疑，但更难得的是它的“实用性”，它从未脱离实际工程的土壤，所有的理论都紧密地服务于“如何解决工程问题”这个核心。

评分☆☆☆☆☆

这本厚重的教材初捧在手，我就感觉到一股扎实的学术气息扑面而来，翻开扉页，那一串串复杂的公式和图表立刻占据了我的全部注意力。坦率地说，一开始接触这本书时，我感到有些吃力，尤其是那些关于边界层理论和湍流模型的部分，简直像是一道道难以逾越的高墙。我花了大量时间去啃那些定义和定理，试图在脑海中构建起流体运动的完整图像。清晰的逻辑结构是它最大的优点，作者似乎非常清楚初学者的困惑点，总能在最关键的地方提供详尽的推导过程，这让我避免了在一些基础概念上产生误解。比如，它对伯努利方程在不同工况下的适用性讨论得尤为细致，不是简单地给出公式，而是结合实际工程案例来阐述物理意义，这极大地增强了我的理解深度。我特别欣赏它在章节末尾设置的习题，那些题目设计得巧妙，往往需要将好几个章节的知识点融会贯通才能得出答案，有效检验了我们是否真正掌握了知识，而不是死记硬背。

评分☆☆☆☆☆

坦白讲，我最初是冲着它在某些特定领域的权威性而选择它的，但真正深入阅读后，我发现它最大的价值在于它为构建一个完整的流体力学知识体系提供了无可替代的骨架。这本书的行文风格非常稳健，几乎没有冗余的、为了炫技而加入的复杂数学推导，所有的数学工具都是为了更好地描述物理现象。我对比过其他几本同类书籍，很多书在讲解动量守恒时，往往很快就跳到了复杂的张量形式，让人望而却步。而这本教材则非常人性化地从笛卡尔坐标系下的分量方程开始，层层递进，确保读者能够牢牢掌握每一步的物理含义。这种循序渐进的教学法，极大地降低了学习曲线的陡峭程度。对于想系统性地打好基础，而不是只为应付考试的学生来说，这本书的价值是无法估量的，它为你未来深入研究打下了坚实的地基。

评分☆☆☆☆☆

这是一本需要耐心对待的书，它不会用花哨的语言来吸引你，它的魅力在于其深厚的内涵和经得起时间考验的知识密度。我尤其欣赏它在“流动可视化”和“测量技术”那一块的内容，它不仅讲解了皮托管和皮托静压管的工作原理，还详细分析了激光多普勒测速（LDV）和粒子图像测速（PIV）等现代测试手段的基础理论框架和误差分析。这对于我们这些需要进行实验验证的科研人员来说，简直是如获至宝。很多文献只是给出实验结果，而这本书却教会你如何“可靠地”获取这些结果。书中的案例大多是经典的、经过无数次验证的工程实例，保证了理论推导结果的可靠性。如果你只是想快速浏览一下流体力学的基础概念，这本书可能显得过于厚重和详尽；但如果你真正想成为一名能够独立解决复杂工程流体问题的工程师，那么这本书无疑是你工具箱里最可靠的那把“瑞士军刀”，它提供了解决问题的框架和思路，而非仅仅是答案。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程，就像是进行了一场漫长而严谨的智力攀登。我最喜欢它处理复杂系统问题时那种抽丝剥茧的叙事方式。比如，当讲解到管网系统的优化设计时，它并没有直接抛出优化算法，而是先从能量损失的微观机理讲起，一步步过渡到宏观的系统平衡。这种由内而外的讲解脉络，让我对整个流体力学应用领域产生了更宏大的视野。有一段时间我专注于航空航天领域，这本书中关于压气机和涡轮叶片气动性能分析的章节，提供了非常成熟的分析框架，让我能迅速对接上专业课程的学习。它的图示极其精美且信息量巨大，每一张流线图、等值面图都经过精心设计，能瞬间捕捉到流动的关键特征，比起某些只有简单示意图的资料，这本书的视觉辅助效果是顶级的。整体而言，它更像是一位经验丰富的老教授，在你身边耐心讲解，让你不仅知其然，更知其所以然。