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目
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第三章流体动力学基础
第四章不可压缩流体的有旋流动和二维无旋流动
第五章不可压缩流体二维边界层概述
第二章流体静力学
第一章导论
第六章黏性流体的一维定常流动
第七章气体一维高速流动
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第一章导论
§1–1 流体力学的任务及发展状况
§1–2 流体的特征和连续介质假设
§1–4 作用在流体上的
§1–3 流体的主要物理性质
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第一节流体力学的任务及发展概况
流体力学是一门基础性很强和应用性很广的学科,是力学的一个重要分支。它的研究对象随着生产的需要与科学的发展在不断地更新、深化和扩大。60年代以前,它主要围绕航空、航天、大气、海洋、航运、水利和各种管路系统等方面,研究流体运动中的动量传递问题,即局限于研究流体的运动规律,和它与固体、液体或大气界面之间的相互作用力问题。60年代以后,能源、环境保护、化工和石油等领域中的流体力学问题逐渐受到重视,这类问题的特征是:尺寸小、速度低,并在流体运动过程中存在传热、传质现象。这样,流体力学除了研究流体的运动规律以外,还要研究它的传热、传质规律。同样,在固体、液
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液体或气体界面处,不仅研究相互之间的作用力,而且还需要研究它们之间的传热、传质规律。
工程流体力学是研究流体(液体、气体)处于平衡状态和流动状态时的运动规律及其在工程技术领域中的应用。
流体力学的基础理论由三部分组成。一是流体处于平衡状态时,各种作用在流体上的力之间关系的理论,称为流体静力学;二是流体处于流动状态时,作用在流体上的力和流动之间关系的理论,称为流体动力学;三是气体处于高速流动状态时,气体的运动规律的理论,称为气体动力学。工程流体力学的研究范畴是将流体流动作为宏观机械运动进行研究,而不是研究流体的微观分子运动,因而
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在流体动力学部分主要研究流体的质量守恒、动量守恒和能量守恒及转换等基本规律。
流体力学在工程技术中有着广泛的应用。在能源、化工、环保、机械、建筑(给排水、暖通)等工程技术领域的设计、施工和运行等方面都涉及到流体力学问题。不同
工程技术领域的流体力学问题有各自不同的特点,概括起来主要有三种不同流动形式:一是有压管流,如流体在管道中的流动;二是绕流,如流体在流体机械中绕过翼型的流动;三是射流,如流体从孔口或管嘴喷出的流动。流体力学就是要具体地研究流体流动形式中的速度分布、压力分布、能量损失,以及流体同固体之间的相互作用,同时也要研究流体平衡的条件。
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流体力学作为一门独立的学科,同其他自然科学一样是人类为了满足自身生活和生产的需要,在认识与改造自然的斗争中,随着实践经验的不断积累,技术与知识水平的不断提高才形成和发展起来的,有着漫长的发展历程。其发展既依赖于科学实验和生产实践,又受到许多社会因素的影响。我国是世界上三大文明古国之一,有着悠久的历史和灿烂的文化,由于生产发展的需要,远在两三千年以前,古代劳动人民就利用孔口出流的原理发明了刻漏、
铜壶滴漏(西汉时期的计时工具)。同时又发明了水磨、水碾等。在唐代以前,我国就出现了水轮翻车,宋元时代出现的水轮大纺车比英国早四五百年(英国在1796年发明)。北宋时期,在运河上修建的真州复闸,与14世纪末在荷兰出现的同类船闸相比约早300多年。清朝雍正年
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间,何梦瑶在《算迪》一书中提出了流量为过水断面上平均流速乘以过水断面面积的计算方法。我国在防止水患、兴修水利方面也有着悠久的历史。相传4000多年前的大禹治水,就表明我国古代进行过大规模的防洪工作。在公元前256年至前210年间修建的都江堰、郑国渠和灵渠三大水利工程,两千多年来效益卓著。以上都说明了我国劳动人民的聪明智慧,当时对流体流动规律的认识已达到相当高的水平。14世纪以前,我国的科学技术在世界上是处于领先地位的。但是,近几百年来由于闭关锁国使我国的科学得不到应有的发展,以致在流体力学方面由古代的领先
地位而落在后面。
有明确记载的最早的流体力学原理是在公元前250年,希腊数学家及力学家阿基米德(Archimedes)发表
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了一篇“论浮体”的论文,提出了浮体定律,这是流体力学的第一部著作。由于奴隶制、神权和宗教观念的束缚,直到15世纪文艺复兴时期,尚未形成系统的理论。16世纪以后,在欧洲由于封建制度的崩溃,资本主义开始萌芽,生产力有了发展。在城市建设、航海和机械工业发展需要的推动下,逐步形成近代的自然科学,流体力学也随之得到发展。意大利的达·芬奇(Vinci,L. da)是文艺复兴时期出类拔