SOLIDWORKS Flow Simulation培訓教材〈繁體中文版〉(第二版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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《工业流体力学基础与应用实例》 内容提要 本书系统地阐述了流体力学的基础理论，并结合现代工程应用，提供了大量实例分析，旨在帮助读者建立扎实的理论基础，掌握解决实际工程问题的能力。全书内容覆盖流体力学的核心概念、数学模型、数值计算方法及其在航空航天、机械、土木、化工等领域的具体应用。 第一章 流体力学基础概览 本章首先引入流体力学的基本概念，包括流体的定义、流体的宏观与微观特性，如粘度、密度、表面张力等。我们将详细探讨流体的分类，如牛顿流体与非牛顿流体、可压缩流体与不可压缩流体。随后，引入描述流体运动的控制方程——质量守恒方程（连续性方程）和动量守恒方程（纳维-斯托克斯方程）。我们不仅会推导这些方程，还会讨论其在不同坐标系（笛卡尔、柱坐标、球坐标）下的表达形式，并初步介绍简化这些方程的常用假设，如理想流体假设。本章强调对物理现象的直观理解，为后续的深入分析打下基础。 第二章 粘性流体静力学与基本流动 本章专注于流体处于静止状态时的力学分析。详细讲解流体静压力随深度的变化规律，阿基米德浮力原理，以及在复杂边界条件下的压力分布计算。随后，转向粘性流体的基本流动问题。我们将深入分析层流和湍流的特征，并详细讲解经典的层流模型，如平板上的Couette流动和Poiseuille流动（管道内稳定流动）。对于湍流，本章介绍湍流的统计特性、雷诺平均（Reynolds Averaging）的概念，以及湍流模型（如零阶、一阶模型）的引入背景，但不会深入涉及复杂的数值求解技术。 第三章 相似性原理与量纲分析 量纲分析是工程实践中极为重要的工具。本章系统介绍π定理（ Buckingham $pi$ Theorem），指导读者如何从实验数据或复杂的物理方程中提取出关键的无量纲参数。我们将详细探讨诸如雷诺数（Reynolds Number, Re）、弗劳德数（Froud Number, Fr）、马赫数（Mach Number, Ma）等在不同工程领域中的物理意义和应用范围。通过实例演示，说明如何利用相似性原理来设计物理模型实验和预测原型行为，有效降低研发成本。 第四章 边界层理论与阻力分析 边界层是流体力学中解决高雷诺数流动问题的核心概念。本章从物理图像入手，介绍边界层的形成、厚度定义以及其对流场的影响。我们将详细推导Prandtl边界层方程，并应用Blasius解析解（对于平板上的层流）来展示如何求解边界层内的速度剖面。随后，内容延伸至流体绕流物体时产生的阻力（Drag）和升力（Lift）的分析。本章将区分摩擦阻力和压差阻力（或称形状阻力），并结合翼型理论的基本概念，解释如何通过形状设计来优化流体性能。 第五章 经典管流与集总参数分析 本章专注于管道和通道内的流动。详细介绍圆管内完全发展的层流和湍流的达西-韦斯巴赫（Darcy-Weisbach）摩擦因子计算方法，包括Moody图的应用。重点分析管路系统中常见的局部阻力（如弯头、阀门、收缩口）的当量长度法和K系数法。此外，本章还将介绍明渠（Open Channel Flow）的基本概念，如均匀流和临界流的判断，这对于水利和土木工程应用至关重要。 第六章 可压缩流体的基础 当流速接近音速或超过音速时，流体的密度变化不能被忽略，此时需要应用可压缩流体力学。本章从等熵流动（Isentropic Flow）开始，推导了基于马赫数的流动参数关系式。重点分析等熵膨胀与压缩过程。随后，引入斜激波（Oblique Shock Waves）和正激波（Normal Shock Waves）的理论，这是超音速设计（如喷管设计、进气道设计）的关键。本章也将介绍拉瓦尔喷管（Laval Nozzle）的工作原理，阐述如何通过几何设计实现气体的加速与膨胀。 第七章 简介：计算流体力学（CFD）的原理与方法 虽然本书侧重于分析方法，但鉴于现代工程的趋势，本章对计算流体力学（CFD）进行概述。介绍CFD的基本流程：前处理（几何与网格划分）、求解（离散化方法，如有限体积法）、后处理。本章将解释为什么需要数值格式的稳定性与收敛性，并简要区分有限差分法、有限体积法和有限元法的基本思想，帮助读者理解数值模拟工具的内在机制，从而更有效地使用和解释模拟结果。 第八章 实际工程应用案例分析 本章将所学理论应用于多个具体工程领域： 1. 热交换器与流道优化： 结合粘性流动和压力损失计算，分析流体在复杂内部几何结构中的流动特性，并提出减小能量损失的初步设计建议。 2. 风力/水力机械基础： 简要介绍叶轮机械（如泵、风机）中的流体动力学原理，如叶片载荷的形成与效率评估。 3. 环境流体问题： 讨论污染物扩散、烟囱排放等问题中的对流与扩散过程，强调边界条件和初始条件的重要性。 本书特色 本书结构逻辑严密，从基本原理出发，逐步深入到复杂的工程问题。公式推导清晰详尽，配合大量手算示例，帮助读者掌握传统解析解的思维模式。每章末尾均设有思考题与习题，涵盖从基础概念验证到复杂工程数据处理的不同难度级别，确保读者能够将理论知识有效地转化为实际的工程解决能力。本书不依赖特定的仿真软件操作，而是专注于流体力学本身的物理建模和分析方法论的构建。