船舶與海洋工程流體力學

《船舶與海洋工程流體力學》是2024年科學出版社出版的圖書。

基本介紹

• 中文名：船舶與海洋工程流體力學
• 出版時間：2024年5月1日
• 出版社：科學出版社
• ISBN：9787030784896

內容簡介

《船舶與海洋工程流體力學》從質量、動量和能量守恆定律出發，針對連續介質流體，用形象的物理概念和生活現象啟發思考，而不追求抽象的數學力學推演，簡明講述流體力學的基本概念和基本理論。《船舶與海洋工程流體力學》內容分為三部分：**部分為流體性質及其靜力學(第1、2章)，講述流體基本概念、物理性質和流體靜力學；第二部分為流體動力學基礎(第3～6章)，講述控制體概念及守恆定律的流體套用、流線與伯努利定理及其套用、理想流體的歐拉方程、黏性流體的納維-斯托克斯方程、量綱分析與流動相似理論及其套用；第三部分為流體力學套用基礎(第7～10章)，講述層流與湍流管路分析、邊界層與流動分離、摩阻與壓阻、渦旋流動與無旋流動、水波流動。《船舶與海洋工程流體力學》內容豐富，配有例題和實踐題，適合自主學習。

圖書目錄

**部分 流體性質及其靜力學

第1章 流體的物理性質1

1.1 流體的性質1

1.1.1 流動性、黏性和壓縮性1

1.1.2 流體物質分子間的作用2

1.1.3 流體與人類生活和發展4

1.2 流體的連續介質假設5

1.2.1 微觀、介觀和巨觀流體模型5

1.2.2 流體質點與連續介質假設6

1.3 單位和量綱7

1.4 流體質點受到的力8

1.4.1 流體微元的體積力與表面力9

1.4.2 流體壓強與切向應力10

1.5 流體熱力學狀態方程11

1.5.1 流體系統溫度與內能12

1.5.2 熱力學定律與熵增原理13

1.5.3 流體狀態方程、壓縮和熱膨脹性15

1.6 流體動量、能量和質量輸運定律18

1.6.1 動量輸運—流體黏滯現象19

1.6.2 熱量輸運—流體熱傳導現象21

1.6.3 質量輸運—流體擴散現象22

1.7 邊界層、層流和湍流23

1.7.1 流動邊界層23

1.7.2 層流與湍流現象24

1.8 液體表面張力25

1.8.1 表面張力的微觀分析25

1.8.2 拉普拉斯公式26

1.8.3 潤濕和毛細現象27

第2章 流體靜力學30

2.1 流體平衡時的壓強與基本方程30

2.1.1 流體平衡時的壓強30

2.1.2 流體平衡的基本方程32

2.2 均質流體的靜力學壓強34

2.2.1 重力作用下靜止流體的平衡方程34

2.2.2 絕對壓強、相對壓強、真空度、水頭35

2.2.3 測壓計原理37

2.3 均質靜止液體作用在物體表面上的壓強合力39

2.3.1 靜止液體作用在平面壁上的壓強合力39

2.3.2 靜止液體作用在*面壁上的壓強合力41

2.3.3 浮力、浮心與浮體穩性42

2.4 非慣性系中的流體靜力學及其套用43

2.4.1 均勻加速直線運動容器中流體的平衡方程43

2.4.2 均勻角速度旋轉容器中流體的平衡方程44

2.5 大氣海洋中的平衡壓強變化45

2.5.1 大氣的平衡與國際標準大氣45

2.5.2 海水密度及平衡方程46

第二部分 流體動力學基礎

第3章 控制體與積分形式流體動力學49

3.1 流體運動的拉格朗日描述法和歐拉描述法49

3.1.1 拉格朗日描述法49

3.1.2 歐拉描述法50

3.2 控制體51

3.2.1 小控制體52

3.2.2 大控制體52

3.2.3 定常流動和非定常流動53

3.2.4 一維、二維與三維流動模型53

3.3 流體運動與質量守恆54

3.3.1 一維定常流的流速變化54

3.3.2 流動通量56

3.3.3 積分形式流體連續方程58

3.4 流體受力與動量守恆60

3.4.1 流體受力分析60

3.4.2 一維定常流的受力分析61

3.4.3 二維定常流的受力分析62

3.4.4 積分形式流體動量方程64

3.5 流體黏性力與機械能損失66

3.5.1 流體黏性耗能效應67

3.5.2 積分形式的能量方程68

第4章 流線與伯努利方程70

4.1 流線與流動形態可視化70

4.1.1 流線、跡線、煙線和時間線70

4.1.2 流動可視化技術75

4.1.3 流動數據圖76

4.2 定常流的伯努利方程78

4.2.1 沿著流線流體的力的平衡79

4.2.2 垂直流線流體的力的平衡81

4.3 流速變化與壓強變化的關係82

4.3.1 變截面一維管流再分析82

4.3.2 流動駐點和動壓強83

4.3.3 伯努利原理的簡單實驗84

第5章 物質導數與流體運動微分方程86

5.1 物質導數86

5.2 流體微分形式的連續方程89

5.3 流體微分形式的動量方程91

5.3.1 歐拉方程91

5.3.2 納維-斯托克斯方程93

5.3.3 流動的固體邊界條件96

5.4 從動力學方程分析流體靜力學96

第6章 量綱分析與相似理論98

6.1 量綱齊次原理與套用99

6.1.1 量綱齊次原理99

6.1.2 量綱齊次性實例辨析100

6.1.3 無量綱化檢測分析101

6.2 定理與流動問題的無量綱化105

6.2.1 物理規律無量綱原理——定理105

6.2.2 無量綱化參數形式不唯一106

6.2.3 無量綱化的步驟與套用108

6.3 無量綱形式流體運動方程111

6.3.1 伯努利方程的無量綱形式111

6.3.2 納維-斯托克斯方程的無量綱形式112

6.4 模型實驗相似準則113

6.4.1 幾何相似114

6.4.2 運動相似114

6.4.3 動力相似114

第三部分 流體力學套用基礎

第7章 管道內層流與湍流118

7.1 黏性流的三個基本現象118

7.1.1 黏性應力現象與雷諾數的意義118

7.1.2 邊界層現象與充分發展的流動119

7.1.3 過渡流與湍流現象120

7.2 管內層流：泊肅葉流動121

7.2.1 平面泊肅葉流121

7.2.2 圓管內泊肅葉流123

7.3 管內過渡流和湍流125

7.3.1 管內過渡流125

7.3.2 管內湍流126

7.4 管流系統能量方程128

7.4.1 管流動能係數128

7.4.2 壓頭損失130

7.4.3 閥門原理133

7.4.4 水力直徑133

7.4.5 能量方程與伯努利方程的關係134

第8章 邊界層與流動分離135

8.1 平板層流邊界層135

8.1.1 平板繞流阻力的控制體分析135

8.1.2 平板繞流速度的布拉休斯相似解137

8.1.3 邊界層速度分布的拋物線假設138

8.1.4 邊界層位移厚度和動量損失厚度141

8.2 平板湍流邊界層143

8.3 *面邊界層與流動分離147

8.3.1 流動分離現象147

8.3.2 圓柱尾流與卡門渦街149

8.4 鈍體和流線型體的阻力151

8.4.1 摩擦阻力與壓阻力151

8.4.2 流線型體與鈍體152

第9章 渦旋流動與無旋流動155

9.1 流體微元運動剖析155

9.1.1 流體微元的四種運動類型155

9.1.2 流場速度的亥姆霍茲分解定理158

9.2 渦量場與渦旋流動159

9.2.1 流場的渦量159

9.2.2 渦通量與速度環量162

9.3 無旋流動的速度勢164

9.3.1 流場速度勢函式164

9.3.2 速度勢函式的性質164

9.3.3 由無旋流速求勢函式165

9.4 不可壓平面流動的流函式166

9.4.1 流函式的定義166

9.4.2 流函式和勢函式都存在的流動168

9.5 平面勢流基本解170

9.5.1 均勻流170

9.5.2 點源與點匯流動171

9.5.3 點渦流動172

9.5.4 均勻流與源匯流疊加174

9.6 圓柱繞流與升力問題175

9.6.1 圓柱繞流分析175

9.6.2 圓柱繞流疊加點渦流特性178

9.6.3 馬格努斯效應179

9.6.4 機翼升力與環量分析179

第10章 水波流動182

10.1 水波的量綱分析182

10.1.1 水波問題無量綱過程183

10.1.2 黏性和表面張力影響分析184

10.1.3 深水和淺水重力波的不同184

10.2 淺水重力波185

10.2.1 淺水微幅平面重力波186

10.2.2 淺水微幅圓形重力波188

10.2.3 淺水大幅破碎波190

10.3 深水重力波191

10.3.1 水波速度勢與流體壓強191

10.3.2 線性重力水波色散關係193

10.3.3 線性水波流場特性分析196

10.3.4 水波能量特徵199

參考文獻201