動力學 (電子書) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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陳育堂

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好的，这是一本名为《流体力学基础与应用》的图书简介，它不包含《动力学 (电子书)》的任何内容。 --- 图书简介：《流体力学基础与应用》 导言：无处不在的流动之美 自古以来，人类对“流动”的理解与应用，深刻地塑造了我们的文明进程。从观察河流奔腾到设计高效的空气动力学结构，流体力学作为一门连接物理学、数学与工程实践的核心学科，其重要性不言而喻。本书《流体力学基础与应用》旨在为读者构建一个全面、深入且与现代工程实践紧密结合的流体力学知识体系。 本书不仅仅是一本理论教科书，更是一本引导读者理解和掌握如何利用流体力学原理解决实际工程问题的实用指南。我们深知，流体现象的复杂性在于其高度的非线性和瞬态特性，因此，本书在保证严谨数学推导的同时，特别强调物理图像的构建与工程实例的分析，力求做到理论与实践的完美融合。 第一部分：流体力学之基石——理论框架的构建 本部分奠定了整个学科的数学和物理基础，是理解后续复杂流动现象的先决条件。我们从流体力学的基本概念入手，定义了流体微团的运动状态、连续性假设以及物质导数等核心工具。 第一章：流体运动学的描述 本章详细阐述了描述流体运动的两种基本视角：拉格朗日描述和欧拉描述。我们着重探讨了如何通过速度场、应变率和涡度来量化流体的变形与旋转。对于非粘性流体，我们引入了流线、迹线和流迹线的概念，并讨论了流场可视化技术在理解复杂几何流动中的作用。本章的重点在于建立清晰的空间和时间坐标系下的物理量描述方法。 第二章：流体的基本守恒定律 这是全书的核心理论支柱。我们从宏观的控制体（Control Volume）分析出发，系统推导了流体力学的三个基本守恒方程： 1. 连续性方程（质量守恒）：探讨了流体密度变化对质量守恒方程形式的影响，并分析了不可压缩流体在稳态和瞬态下的应用。 2. 牛顿第二定律（动量守恒）：重点推导了雷诺输运定理（Reynolds Transport Theorem）在流体力学中的应用，并推导出了著名的纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes Equations）。我们对压力梯度、粘性应力项以及外力项进行了细致的物理意义解读。 3. 能量守恒方程：在流体运动背景下，推导了热力学第一定律在流体控制体上的表达形式，并讨论了粘性耗散和热传导在能量平衡中的作用。 第三章：本构关系与流体的分类 流体行为的差异主要源于其应力与应变率之间的关系。本章深入探讨了牛顿流体和非牛顿流体的特性。对于牛顿流体，我们详细解析了粘度的物理本质及其温度和压力依赖性。对于非牛顿流体（如剪切增稠、剪切稀化流体），我们引入了更复杂的本构模型，并讨论了它们在生物医学和食品工业中的应用场景。 第二部分：经典流动模型与分析 在掌握了守恒定律后，本部分将这些方程应用于简化但极具代表性的流动情况，旨在培养读者运用解析方法解决实际问题的能力。 第四章：不可压缩牛顿流体的简化流动 本章聚焦于实际工程中最为常见的两种流动类型： 1. 一维、恒定流与管道流动：详细分析了伯努利方程的适用条件及其在流量测量和流速计算中的应用。我们深入探讨了圆管内的层流（Hagen-Poiseuille流动）和湍流，引入了摩擦因数、沿程阻力和局部阻力等概念，并结合Moody图谱进行了工程计算指导。 2. 边界层理论基础：边界层是流体力学中“粘性”效应显现的核心区域。本章引入了普朗特（Prandtl）的边界层假设，并使用积分方法（如Karmán动量积分方程）分析了平板上的定常、不可压缩边界层发展，特别是对分离现象进行了初步探讨。 第五章：无粘流与势流理论 在流体粘性可以忽略不计的区域，势流理论提供了一种强大的解析工具。本章介绍了流函数和速度势的概念，并推导了拉普拉斯方程在二维流场中的应用。我们通过叠加原理，详细分析了偶极子、源/汇、涡旋等基本势流元的组合，用以模拟复杂的外部绕流问题，例如柔性翼型周围的流场分析。 第三部分：高级主题与工程应用 本部分将读者从理想化的基础模型带入更接近真实世界的复杂流动，重点关注湍流、可压缩流动和数值方法。 第六章：湍流理论与统计描述 湍流是现代流体力学中尚未完全解决的重大挑战。本章不追求完全解析解，而是侧重于理解湍流的统计特性。我们引入了雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程，详细讨论了雷诺应力的概念，以及零阶、一阶和二阶湍流模型（如$k-epsilon$模型和$k-omega$模型）的基本原理和适用范围。这部分内容对于计算流体力学（CFD）的实际应用至关重要。 第七章：可压缩流动的基本原理 当流速接近或超过音速时，流体的密度变化成为主导因素。本章系统介绍了等熵流动、激波（Shock Waves）的形成与性质。通过推导和分析，我们详细阐述了： 1. 声速与马赫数：流体中扰动传播的速度。 2. 正激波与斜激波：通过罗伊方程（Rayleigh Pitot Tube公式）分析激波的不可逆性和能量损失。 3. 拉伐尔喷管（Nozzle）设计：超音速流动的加速原理与应用。 第八章：流体力学中的数值计算方法（CFD引论） 鉴于许多复杂的流动问题无法通过解析方法求解，本章为读者介绍了计算流体力学（CFD）的基本流程。我们讨论了离散化的基本概念（有限差分法、有限体积法），以及如何对纳维-斯托克斯方程进行求解，包括压力-速度耦合算法（如SIMPLE算法）。本章旨在帮助工程师理解CFD结果的可靠性、网格质量的影响以及后处理分析的关键技术。 总结与展望 《流体力学基础与应用》的编写目标是培养读者“像工程师一样思考”的能力。我们深信，掌握了从微观的分子运动到宏观的系统设计，从低速到高速，从粘性到无粘的完整知识链条后，读者将能够自信地应对航空航天、土木水利、能源动力、环境工程等领域中遇到的各类流动挑战。本书配备了丰富的习题和工程案例分析，确保理论知识能够有效地转化为实际操作能力。 ---