流体力学

第1章 绪论　 1
**节 流体力学的任务和地位 1
一、流体力学研究的对象和任务 1
二、流体力学的地位 2
三、关于学好流体力学这门课的几点意见 2
第二节 流体力学模型与理论基础 3
一、流体质点的连续介质模型 3
二、不可压缩流体的力学模型 3
三、理想流体力学模型 4
四、静止（相对静止） 力学模型 4
五、流体力学理论基础 4
第三节 作用在流体上的力 4
一、用截面分离体法分析作用在流体上的力 5
二、质量力 5
三、表面力 6
第四节 流体的主要物理性质 7
一、惯性 7
二、重力特性 7
三、流体的压缩性和膨胀性 8
四、流体的黏滞性 12
思考题与习题 18 第2章 流体静力学　 20
**节 流体静压强 20
一、流体静压强的定义 20
二、流体静压强的特性 21
第二节 流体平衡微分方程式 22
一、平衡微分方程式 22
二、等压面概念 25
第三节 重力作用下流体平衡压强分布 25
一、重力作用下流体平衡压强分布规律 25
二、压强的表示方法 26
三、测压原理 27
四、静力奇象问题 28
五、压力传递及帕斯卡定律 29
第四节 静止流体对壁面的压力 29
一、平面壁上的总压力 29
二、曲面壁上的总压力 32
第五节 相对静止流体的压强分布规律 34
第六节 浮力及物体的沉浮 36
思考题与习题 37 第3章 流体运动学　 40
**节 描述流体运动的两种方法 40
一、系统和控制体 40
二、研究流体运动的拉格朗日法 41
三、欧拉法 43
四、欧拉变数和拉格朗日变数的互换 47
第二节 流体运动的基本概念 48
一、迹线、流线 49
二、流管、流束、过流断面、元流和总流 51
三、流量与净通量 52
四、断面平均流速 53
第三节 流体运动的分类 54
一、恒定流与非恒定流 54
二、均匀流和非均匀流 55
三、渐变（缓变） 流和急变流 55
第四节 连续性微分方程 56
一、连续性微分方程式的定义 56
二、任意形状控制体下连续性微分方程 57
三、恒定总流连续性方程式 58
第五节 流体微团运动分析 59
一、线变形率（线变率） 60
二、角变形率（角变率） 61
三、转角速度（角转速） 62
四、流体微团的组合表达 62
第六节 无涡流和有涡流 63
一、无涡流 64
二、有涡流 64
思考题与习题 66 第4章 流体动力学　 69
**节 欧拉运动微分方程 69
第二节 理想流体恒定元流能量方程 71
第三节 理想流体恒定元流能量方程的应用 72
一、理想流体恒定元流能量方程的物理意义 72
二、理想流体恒定元流能量方程的几何意义 73
三、毕托管 73
第四节 实际流体运动微分方程 75
第五节 实际流体元流与总流能量方程 78
一、实际流体恒定元流的能量方程 78
二、恒定总流过水断面上的压强分布 78
三、恒定总流的能量方程 79
四、有流量分流或汇流的能量方程 82
五、有能量输入或输出的能量方程 83
六、恒定气流能量方程式 83
第六节 恒定总流动量方程和动量矩方程 85
一、恒定总流的动量方程 85
二、恒定总流动量方程和总流动量矩方程的应用 87
思考题与习题 90 第5章 相似性原理和量纲分析　 92
**节 量纲概念与量纲和谐定理 92
一、量纲的概念 92
二、无量纲量 93
三、量纲和谐定理 94
第二节 相似概念及基本内容 94
一、几何相似 94
二、时间相似 95
三、运动相似 95
四、动力相似 96
第三节 量纲分析和相似准则推导方法 97
一、应用π 定理进行量纲和相似准则分析推导 97
二、用动力相似的定义推导相似准则 101
第四节 模型律的应用举例 105
一、弗劳德模型律的应用 105
二、雷诺模型律的应用 106
三、欧拉模型律的应用 107
思考题与习题 108 第6章 流动阻力和能量损失　 109
**节 流动阻力和能量损失分类 109
一、沿程阻力和沿程水头损失 109
二、局部阻力及局部水头损失 110
第二节 雷诺实验及流态判别 110
一、雷诺实验 110
二、层流、紊流的判别标准 112
第三节 均匀流动方程式 113
一、沿程水头损失 113
二、均匀流基本方程式 114
第四节 圆管中的层流运动 115
一、圆管层流的速度分布及平均流速 115
二、动能修正系数与动量修正系数 116
三、沿程阻力系数 116
第五节 流体的紊流运动 117
一、紊流运动要素的脉动及时均化 117
二、紊流切应力与普朗特混合长度理论 118
第六节 紊流沿程阻力损失计算 120
一、圆管层流底层与紊流核心 120
二、流速分布 121
三、尼古拉兹实验曲线 122
四、工业管道的实验曲线 124
五、沿程阻力系数的经验公式 125
第七节 局部阻力损失计算 127
一、局部水头损失发生的原因 127
二、圆管中水流突然扩大的局部水头损失 127
三、管道流入水池局部损失系数 128
四、断面突然收缩水头损失计算 128
五、管路进口水头损失计算 129
六、渐扩渐缩弯折管及管路配件局部水头损失计算 129
七、非圆管的当量直径计算 131
思考题与习题 132 第7章 孔口、管嘴和管路流动　 135
**节 孔口、管嘴出流 135
一、小孔口自由出流 135
二、孔口淹没出流 136
三、孔口的收缩系数及流量系数 137
四、大孔口的流量系数 138
五、圆柱形外管嘴出流 138
六、圆柱形外管嘴的真空作用 139
七、孔口（或管嘴） 的变水头出流 140
第二节 短管的水力计算 140
一、简单管路短管的计算方法 141
二、虹吸管的计算 141
三、水泵吸水管的计算 143
第三节 长管串联管和并联管水力计算 144
一、长管水力计算 144
二、串联管路 147
三、并联管路 147
第四节 管网计算基础 149
一、枝状管网 149
二、环状管网 150
三、哈代-克罗斯（Hardy-Cross） 迭代法 151
第五节 有压管路中的水击 152
一、水击现象 153
二、水击压强的计算 154
三、水击波的传播速度 155
四、防止水击危害的措施 156
思考题与习题 156 第8章 一元气体动力学　 159
**节 声速和马赫数 159
一、声速 159
二、马赫数 161
第二节 一元气流的流动特征 163
一、可压缩气体总流的连续性方程 163
二、可压缩气体运动微分方程 163
三、可压缩气体能量方程 164
第三节 等熵和绝热气流方程式 165
一、一元气流的滞止参数 165
二、一元气体等熵流动与马赫数 167
第四节 收缩喷管与拉瓦尔喷管 169
一、收缩喷管 169
二、拉瓦尔喷管 172
思考题与习题 173 第9章 明渠流与堰流　 175
**节 明渠流的特点 175
第二节 明渠均匀流的计算公式 176
一、谢才公式 176
二、曼宁公式（曼宁系数） 177
三、巴甫洛夫斯基公式 178
第三节 明渠水力*优断面和允许流速 179
一、水力*优断面 179
二、边坡系数已定前提下的梯形断面水力*优条件 179
三、渠道的允许流速 180
第四节 明渠均匀流水力计算的基本问题 181
一、梯形断面渠道水力计算的基本问题 181
二、无压圆管均匀流的水力计算 183
第五节 明渠恒定非均匀渐变流的基本微分方程 185
第六节 断面单位能量与临界水深 187
一、断面单位能量 187
二、临界水深 187
三、缓流急流临界流及其判别准则 188
第七节 水跃 189
一、水跃的基本方程 189
二、共轭水深与水跃长度计算 190
第八节 棱柱形渠道恒定非均匀渐变流水面曲线 191
一、渐变流水面曲线变化分析 191
二、渠道底坡变化时水面曲线的连接 193
三、棱柱形渠道中恒定非均匀渐变流水面曲线的计算 193
第九节 堰流的定义、分类和基本公式 197
一、堰流的定义 197
二、堰流的分类 197
三、堰流的基本公式 198
第十节 薄壁堰 198
一、完全堰 198
二、淹没堰 199
三、侧收缩堰 200
四、三角堰 201
五、梯形薄壁堰 201
第十一节 实用断面堰 202
一、实用断面堰及其分类 202
二、实用断面堰的计算 202
第十二节 宽顶堰 203
一、自由式无侧收缩宽顶堰 203
二、淹没标准和无侧收缩淹没式宽顶堰 205
三、侧收缩宽顶堰 205
第十三节 桥孔过流水力计算 207
一、小桥孔径的水力计算公式 207
二、小桥孔径水力计算原则 207
第十四节 闸下出流 209
一、自由式闸下出流 209
二、淹没式闸下出流 210
思考题与习题 210 第10章 渗流　 213
**节 渗流运动 213
一、渗流理论的应用 213
二、地下水的状态 213
第二节 渗流基本定律 214
一、渗流模型 214
二、达西渗流定律 214
三、渗透系数 215
第三节 地下水的均匀流和非均匀流 215
一、恒定均匀流和非均匀渐变流流速沿断面均匀分布 215
二、渐变渗流的基本微分方程和浸润曲线 216
第四节 井和集水廊道 218
一、集水廊道 218
二、潜水井（无压井） 219
三、自流井 220
四、大口井与基坑排水 221
五、井群 222
六、渗水井与河边井 224
思考题与习题 226 参考文献　 228