SOLIDWORKS Flow Simulation培訓教材〈繁體中文版〉(第二版) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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《工業流體力學基礎與應用實例》 內容提要 本書係統地闡述瞭流體力學的基礎理論，並結閤現代工程應用，提供瞭大量實例分析，旨在幫助讀者建立紮實的理論基礎，掌握解決實際工程問題的能力。全書內容覆蓋流體力學的核心概念、數學模型、數值計算方法及其在航空航天、機械、土木、化工等領域的具體應用。 第一章 流體力學基礎概覽 本章首先引入流體力學的基本概念，包括流體的定義、流體的宏觀與微觀特性，如粘度、密度、錶麵張力等。我們將詳細探討流體的分類，如牛頓流體與非牛頓流體、可壓縮流體與不可壓縮流體。隨後，引入描述流體運動的控製方程——質量守恒方程（連續性方程）和動量守恒方程（納維-斯托剋斯方程）。我們不僅會推導這些方程，還會討論其在不同坐標係（笛卡爾、柱坐標、球坐標）下的錶達形式，並初步介紹簡化這些方程的常用假設，如理想流體假設。本章強調對物理現象的直觀理解，為後續的深入分析打下基礎。 第二章 粘性流體靜力學與基本流動 本章專注於流體處於靜止狀態時的力學分析。詳細講解流體靜壓力隨深度的變化規律，阿基米德浮力原理，以及在復雜邊界條件下的壓力分布計算。隨後，轉嚮粘性流體的基本流動問題。我們將深入分析層流和湍流的特徵，並詳細講解經典的層流模型，如平闆上的Couette流動和Poiseuille流動（管道內穩定流動）。對於湍流，本章介紹湍流的統計特性、雷諾平均（Reynolds Averaging）的概念，以及湍流模型（如零階、一階模型）的引入背景，但不會深入涉及復雜的數值求解技術。 第三章 相似性原理與量綱分析 量綱分析是工程實踐中極為重要的工具。本章係統介紹π定理（ Buckingham $pi$ Theorem），指導讀者如何從實驗數據或復雜的物理方程中提取齣關鍵的無量綱參數。我們將詳細探討諸如雷諾數（Reynolds Number, Re）、弗勞德數（Froud Number, Fr）、馬赫數（Mach Number, Ma）等在不同工程領域中的物理意義和應用範圍。通過實例演示，說明如何利用相似性原理來設計物理模型實驗和預測原型行為，有效降低研發成本。 第四章 邊界層理論與阻力分析 邊界層是流體力學中解決高雷諾數流動問題的核心概念。本章從物理圖像入手，介紹邊界層的形成、厚度定義以及其對流場的影響。我們將詳細推導Prandtl邊界層方程，並應用Blasius解析解（對於平闆上的層流）來展示如何求解邊界層內的速度剖麵。隨後，內容延伸至流體繞流物體時産生的阻力（Drag）和升力（Lift）的分析。本章將區分摩擦阻力和壓差阻力（或稱形狀阻力），並結閤翼型理論的基本概念，解釋如何通過形狀設計來優化流體性能。 第五章 經典管流與集總參數分析 本章專注於管道和通道內的流動。詳細介紹圓管內完全發展的層流和湍流的達西-韋斯巴赫（Darcy-Weisbach）摩擦因子計算方法，包括Moody圖的應用。重點分析管路係統中常見的局部阻力（如彎頭、閥門、收縮口）的當量長度法和K係數法。此外，本章還將介紹明渠（Open Channel Flow）的基本概念，如均勻流和臨界流的判斷，這對於水利和土木工程應用至關重要。 第六章 可壓縮流體的基礎 當流速接近音速或超過音速時，流體的密度變化不能被忽略，此時需要應用可壓縮流體力學。本章從等熵流動（Isentropic Flow）開始，推導瞭基於馬赫數的流動參數關係式。重點分析等熵膨脹與壓縮過程。隨後，引入斜激波（Oblique Shock Waves）和正激波（Normal Shock Waves）的理論，這是超音速設計（如噴管設計、進氣道設計）的關鍵。本章也將介紹拉瓦爾噴管（Laval Nozzle）的工作原理，闡述如何通過幾何設計實現氣體的加速與膨脹。 第七章 簡介：計算流體力學（CFD）的原理與方法 雖然本書側重於分析方法，但鑒於現代工程的趨勢，本章對計算流體力學（CFD）進行概述。介紹CFD的基本流程：前處理（幾何與網格劃分）、求解（離散化方法，如有限體積法）、後處理。本章將解釋為什麼需要數值格式的穩定性與收斂性，並簡要區分有限差分法、有限體積法和有限元法的基本思想，幫助讀者理解數值模擬工具的內在機製，從而更有效地使用和解釋模擬結果。 第八章 實際工程應用案例分析 本章將所學理論應用於多個具體工程領域： 1. 熱交換器與流道優化： 結閤粘性流動和壓力損失計算，分析流體在復雜內部幾何結構中的流動特性，並提齣減小能量損失的初步設計建議。 2. 風力/水力機械基礎： 簡要介紹葉輪機械（如泵、風機）中的流體動力學原理，如葉片載荷的形成與效率評估。 3. 環境流體問題： 討論汙染物擴散、煙囪排放等問題中的對流與擴散過程，強調邊界條件和初始條件的重要性。 本書特色 本書結構邏輯嚴密，從基本原理齣發，逐步深入到復雜的工程問題。公式推導清晰詳盡，配閤大量手算示例，幫助讀者掌握傳統解析解的思維模式。每章末尾均設有思考題與習題，涵蓋從基礎概念驗證到復雜工程數據處理的不同難度級彆，確保讀者能夠將理論知識有效地轉化為實際的工程解決能力。本書不依賴特定的仿真軟件操作，而是專注於流體力學本身的物理建模和分析方法論的構建。