流体力学与热工学

目 录
第1篇 流 体 力 学
第1章 流体力学概述 1
1．1 流体力学的范畴 1
1．1．1 定义和特征 1
1．1．2 连续介质模型 1
1．1．3 研究内容 2
1．2 流体力学与生活、工程技术的关系 2
1．2．1 流体力学与生活的关系 2
1．2．2 流体力学与工程技术的关系 3
1．3 流体力学的发展历史 3
1．4 流体力学的研究方法 5
第2章 流体的属性 6
2．1 流体的基本属性 6
2．1．1 密度 6
2．1．2 重度 6
2．1．3 比容 7
2．1．4 气体的状态方程 7
2．2 流体的可压缩性和膨胀性 7
2．2．1 流体的可压缩性 7
2．2．2 流体的膨胀性 7
2．3 流体的黏性 8
2．3．1 黏性产生的原因 8
2．3．2 牛顿内摩擦定律 9
2．3．3 理想流体和黏性流体 10
2．4 液体的表面性质 12
2．4．1 表面张力 12
2．4．2 毛细现象 12
习题 13
第3章 流体静力学 15
3．1 静止压强的特性 15
3．2 静止流场的基本方程 16
3．2．1 流体平衡微分方程 16
3．2．2 压差方程 17
3．3 重力场中静止压强的分布 18
3．3．1 压强方程 18
3．3．2 压强分布 19
3．3．3 压强测量 19
3．4 惯性力场中的静止流体 22
3．4．1 匀加速直线运动 22
3．4．2 等角速度转动 24
3．5 静止流体作用在壁面上的力 26
3．5．1 作用在平面上的力 26
3．5．2 作用在曲面上的力 28
3．5．3 浮力及浸没物体的稳定性 30
习题 31
第4章 流体动力学 35
4．1 流体运动的描述方法 35
4．1．1 拉格朗日法 35
4．1．2 欧拉法 35
4．1．3 拉格朗日法与欧拉法的关系 36
4．1．4 物理量的时间导数(偏导数、全导数、随体导数的物理意义) 37
4．2 流场的分类 38
4．2．1 定常与非定常 38
4．2．2 均匀与非均匀 38
4．2．3 流动的维数 38
4．3 迹线、流线 39
4．3．1 迹线 39
4．3．2 流线 39
4．4 流管、流束、流量、净通量、平均流速与当量直径 41
4．4．1 流管与流束 41
4．4．2 流量与净通量 41
4．4．3 平均流速 42
4．4．4 当量直径 42
4．5 控制方程 43
4．5．1 系统和控制体 43
4．5．2 输运公式 43
4．5．3 连续性方程 45
4．5．4 动量方程 45
4．5．5 能量方程 46
习题 47
第5章 相似原理和量纲分析 51
5．1 流动的力学相似 51
5．2 动力相似准则 52
5．2．1 牛顿相似准则 52
5．2．2 重力相似准则 52
5．2．3 黏性力相似准则 53
5．2．4 压力相似准则 53
5．2．5 表面张力相似准则 54
5．3 近似的模型实验 54
5．4 量纲分析法 56
习题 58
第6章 黏性流体流动 60
6．1 流体的两种状态 60
6．2 黏性流体流动的边界层 61
6．3 管道进口段黏性流体的流动 62
6．4 圆管中黏性流体的层流流动 63
6．5 圆管中黏性流体的紊流流动 66
6．5．1 紊流光滑管情况 67
6．5．2 紊流粗糙管情况 69
6．6 黏性流体的损失 69
6．6．1 沿程损失计算 69
6．6．2 局部损失计算 71
习题 74
第2篇 工程热力学
第7章 工程热力学概述 77
7．1 热力学简介 77
7．2 热力学及涉及领域 77
7．3 工程热力学的主要研究内容及方法 78
7．3．1 工程热力学的主要研究内容 78
7．3．2 工程热力学的研究方法 78
第8章 工程热力学基本概念 79
8．1 热力系统 79
8．2 状态及状态参数 80
8．2．1 状态参数的特征 80
8．2．2 温度 80
8．2．3 压力 80
8．2．4 比体积及密度 82
8．3 平衡状态、状态方程式、坐标图 82
8．4 工质的状态变化过程 83
8．4．1 准平衡过程 83
8．4．2 可逆过程和不可逆过程 84
8．5 过程功和热量 84
8．5．1 可逆过程的功 84
8．5．2 有用功 85
8．5．3 过程热量 85
8．6 热力循环 86
习题 87
第9章 热力学**定律及其应用 89
9．1 热力学**定律的实质及表达式 89
9．2 闭口系统中热力学**定律的表述 89
9．2．1 热力学能和总能 89
9．2．2 闭口系统的能量方程式 90
9．3 开口系统稳定流动的能量方程式 91
9．3．1 推动功和流动功 91
9．3．2 焓 91
9．3．3 稳定流动的特征 92
9．3．4 稳定流动的能量方程式 92
9．4 技术功 93
9．4．1 技术功的定义 93
9．4．2 可逆过程中的技术功 94
9．5 稳定流动能量方程式的应用 95
9．5．1 热交换器 96
9．5．2 动力机械 96
9．5．3 管道 96
9．5．4 绝热节流 96
习题 97
第10章 理想气体的性质与热力过程 99
10．1 理想气体的性质 99
10．1．1 理想气体的概念 99
10．1．2 理想气体的状态方程 99
10．1．3 理想气体的比热容 100
10．1．4 理想气体的热力学能、焓和熵 104
10．2 混合理想气体 106
10．2．1 混合理想气体的基本定律 106
10．2．2 混合气体的成分 106
10．2．3 混合理想气体的比热容、热力学能和焓 107
10．3 理想气体的热力过程 109
10．3．1 研究热力过程的目的及一般方法 109
10．3．2 理想气体的基本热力过程 109
10．3．3 多变过程 116
10．4 气体的压缩过程 121
10．4．1 单级活塞式压气机的工作原理 121
10．4．2 多级压缩和级间冷却 122
10．4．3 单级活塞式压气机的实际过程 123
10．5 气体在喷管中的流动过程 127
10．5．1 稳定流动中的基本方程式 127
10．5．2 喷管截面的变化规律 128
10．5．3 喷管的计算 129
习题 133
第11章 热力学第二定律 136
11．1 自发过程的方向性与热力学第二定律的表述 136
11．1．1 自发过程的方向性 136
11．1．2 热力学第二定律的表述 136
11．2 卡诺循环与卡诺定理 137
11．2．1 卡诺循环 137
11．2．2 卡诺定理 138
11．3 热力学第二定律的数学表达式 140
11．3．1 克劳修斯不等式 140
11．3．2 熵的导出 142
11．3．3 不可逆过程的熵变 143
11．4 孤立系统熵增原理 145
11．4．1 孤立系统的熵增原理 145
11．4．2 做功能力的损失 147
习题 148
第12章 水蒸气的热力性质 150
12．1 水的定压加热汽化过程 150
12．2 水和水蒸气的状态参数 151
12．2．1 水蒸气表 151
12．2．2 水蒸气图 154
12．3 水蒸气的基本过程 155
习题 157
第13章 动力循环 159
13．1 蒸汽动力装置循环 159
13．1．1 兰金循环 159
13．1．2 兰金循环分析 159
13．1．3 蒸汽参数对循环的影响 161
13．1．4 提高蒸汽动力循环效率的其他措施 162
13．2 活塞式内燃机的实际循环 164
13．2．1 活塞式内燃机的理想循环 164
13．2．2 活塞式内燃机的理想循环的分析 165
13．2．3 活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较 168
13．3 燃气轮机装置的循环 169
13．3．1 燃气轮机装置简介 169
13．3．2 燃气轮机装置定压加热理想循环―布雷顿循环 170
习题 172
第14章 制冷循环 174
14．1 空气压缩式制冷循环 174
14．2 蒸汽压缩式制冷循环 176
14．3 吸收式制冷循环 178
14．4 热泵 179
习题 179
第3篇 传 热 学
第15章 传热学概述 181
15．1 传热学研究内容 181
15．1．1 传热学研究对象和任务 181
15．1．2 传热学在科学技术和工程中的应用 181
15．2 热量传递的三种基本方式 182
15．2．1 热传导 183
15．2．2 热对流 184
15．2．3 热辐射 185
15．2．4 传热过程 186
15．2．5 传热热阻 188
15．3 传热学的研究方法 189
习题 190
第16章 稳态热传导 192
16．1 概述 192
16．1．1 热传导的物理机理 192
16．1．2 热传导的基本定律 192
16．1．3 导热系数 194
16．2 热传导微分方程 195
16．2．1 热传导微分方程推导 195
16．2．2 边界条件和初始条件 198
16．3 一维稳态热传导问题 200
16．3．1 平壁 200
16．3．2 圆筒壁 203
16．3．3 球壳 206
16．4 肋片热传导问题 207
16．4．1 肋片的传热 207
16．4．2 通过等截面直肋的热传导 207
16．4．3 肋效率 210
习题 211
第17章 非稳态热传导 212
17．1 非稳态热传导概述 212
17．1．1 两类非稳态热传导 212
17．1．2 非稳态热传导的数学描述 213
17．2 零维非稳态热传导―集中参数法 215
17．2．1 集中参数法 215
17．2．2 集中参数法的判别条件 217
17．2．3 毕奥数BiV与傅里叶数FoV的物理意义 218
17．3 典型一维非稳态热传导问题 218
17．3．1 无限大平板的分析解 219
17．3．2 分析解的讨论 220
17．3．3 诺谟图 221
17．3．4 分析解应用范围的推广及讨论 223
习题 224
第18章 对流传热 225
18．1 对流传热概述 225
18．1．1 局部和平均表面传热系数 225
18．1．2 传热微分方程式 225
18．1．3 对流传热的影响因素 226
18．1．4 对流传热现象的分类 227
18．1．5 对流传热的研究方法 227
18．2 对流传热微分方程组 229
18．2．1 连续性方程 229
18．2．2 动量微分方程 229
18．2．3 能量微分方程 230
18．2．4 对流传热问题完整的数学描述 231
18．3 边界层与边界层传热微分方程组 232
18．3．1 流动边界层 232
18．3．2 热边界层 232
18．3．3 普朗特数 233
18．3．4 边界层传热微分方程组 234
18．4 对流传热的实验研究 236
18．4．1 相似原理 236
18．4．2 特征数的获取方法 237
18．4．3 特征数方程(实验关联式) 238
18．4．4 特征长度、定性温度、特征速度 240
18．5 单相对流传热的实验关联式 241
18．5．1 管内强迫对流传热的实验关联式 241
18．5．2 流体外掠平板对流传热 248
18．5．3 横掠单管对流传热 250
18．5．4 流体横掠管束的实验关联式 253
18．6 相变对流传热 256
18．6．1 凝结和沸腾传热的特点 256
18．6．2 凝结传热 256
18．6．3 沸腾传热 257
18．6．4 强化传热 257
习题 258
第19章 热辐射基础理论 260
19．1 概述 260
19．1．1 热辐射的基本概念 260
19．1．2 热辐射的基本特性 260
19．1．3 几种热辐射的理想物体 262
19．1．4 两个重要的辐射参数 263
19．2 黑体辐射基本定律 264
19．2．1 普朗克定律和维恩位移定律 264
19．2．2 斯特藩-玻耳兹曼定律 265
19．2．3 兰贝特定律 266
19．3 实际物体的辐射特性 268
19．3．1 辐射力 268
19．3．2 定向辐射强度 269
19．4 实际物体的吸收特性 270
19．4．1 吸收比 270
19．4．2 灰体 271
19．4．3 基尔霍夫定律 272
习题 274
第20章 辐射传热计算 276
20．1 角系数 276
20．1．1 角系数的定义 276
20．1．2 角系数的性质 276
20．1．3 角系数的计算方法 277
20．2 两表面封闭系统的辐射传热 281
20．2．1 两黑体表面间的辐射传热 281
20．2．2 有效辐射 281
20．2．3 表面辐射热阻与空间辐射热阻 282
20．2．4 两个灰体表面组成的封闭系统的辐射传热 283
20．3 多个灰体表面组成的封闭系统的辐射传热 285
习题 287
第21章 换热器的传热计算 289
21．1 换热器简介 289
21．1．1 换热器的定义 289
21．1．2 换热器的分类 289
21．2 换热器传热过程分析及计算 291
21．2．1 传热系数的确定 291
21．2．2 换热器中传热平均温差的计算 295
21．3 换热器强化传热技术 296
21．3．1 强化传热的目的及意义 296
21．3．2 强化传热的任务 296
21．3．3 换热器中强化传热的途径 297
习题 297
附录 299
参考文献 321