物理流體力學(xué)

第1章流體力學(xué)的基本概念

1.1概論

1.2流體的性質(zhì)

1.2.1流體具有易流動(dòng)性

1.2.2流體中的不可逆過程

1.2.3流體分類

1.2.4流體運(yùn)動(dòng)分類

1.2.5連續(xù)介質(zhì)近似

習(xí)題

1.3局域平衡假設(shè)與局域熱力學(xué)方程

習(xí)題

1.4拉格朗日描寫和歐拉描寫

1.4.1牛頓力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的描述

1.4.2拉格朗日描寫

1.4.3歐拉描寫

1.4.4兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)

1.4.5從拉格朗日描寫轉(zhuǎn)換到歐拉描寫

1.4.6從歐拉描寫轉(zhuǎn)換到拉格朗日描寫

1.4.7軌跡

1.4.8流線

1.4.9定常流動(dòng)

習(xí)題

1.5渦量與速度環(huán)量

1.5.1流體的渦旋運(yùn)動(dòng)的描述

1.5.2磁感應(yīng)線、磁感應(yīng)面、磁感應(yīng)管與磁通量

1.5.3渦線、渦面、渦管與渦通量

1.5.4速度環(huán)量

習(xí)題

1.6連續(xù)性方程與流函數(shù)

1.6.1拉格朗日描寫下的連續(xù)性方程

1.6.2歐拉描寫下的連續(xù)性方程

1.6.3不可壓縮流體的二維流動(dòng)與流函數(shù)

1.6.4不可壓縮流體的軸對(duì)稱流動(dòng)與斯托克斯流函數(shù)

習(xí)題

1.7渦旋感生的速度與畢奧薩伐爾定律

1.7.1類比

1.7.2渦絲感生的速度

1.7.3蘭金組合渦

1.7.4渦層感生的速度

習(xí)題

第2章理想流體運(yùn)動(dòng)方程

2.1歐拉方程

2.1.1為什么理想流體的研究是有用的？

2.1.2歐拉方程的推導(dǎo)

2.1.3邊界條件

2.1.4絕熱運(yùn)動(dòng)方程

2.1.5等熵運(yùn)動(dòng)

2.1.6作等熵運(yùn)動(dòng)的理想流體的歐拉方程

2.1.7流體的狀態(tài)

習(xí)題

2.2靜力學(xué)方程

2.2.1靜力學(xué)方程的推導(dǎo)

2.2.2阿基米德定律

2.2.3星體靜力學(xué)平衡方程

習(xí)題

2.3表面張力現(xiàn)象與拉普拉斯公式

2.3.1表面張力現(xiàn)象

2.3.2拉普拉斯公式

2.3.3曲率半徑公式

習(xí)題

2.4伯努利方程

2.4.1伯努利方程的推導(dǎo)

2.4.2理想氣體的絕熱運(yùn)動(dòng)

2.4.3小孔出流

2.4.4虹吸現(xiàn)象

2.4.5皮托管

2.4.6文丘里管

2.4.7U形管中水的振蕩

習(xí)題

2.5渦量方程、流函數(shù)方程與速度環(huán)量守恒定理

2.5.1渦量方程

2.5.2不可壓縮理想流體的渦量方程

2.5.3二維流動(dòng)的流函數(shù)方程

2.5.4軸對(duì)稱流動(dòng)的流函數(shù)方程

2.5.5希爾球渦

2.5.6速度環(huán)量守恒定理

習(xí)題

2.6動(dòng)量平衡方程

2.6.1質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理

2.6.2拉格朗日描寫下的理想流體的動(dòng)量平衡方程

2.6.3歐拉描寫下的理想流體的動(dòng)量平衡方程

2.6.4作用在彎管上的力

習(xí)題

2.7能量平衡方程

2.7.1 質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)能定理與功能原理

2.7.2拉格朗日描寫下的理想流體的能量平衡方程

2.7.3不可壓縮理想流體的任一部分的功能原理

2.7.4歐拉描寫下的理想流體的能量平衡方程

第3章理想流體的無旋運(yùn)動(dòng)

3.1理想流體無旋運(yùn)動(dòng)的出現(xiàn)條件

3.1.1無旋運(yùn)動(dòng)的定義

3.1.2什么情況下理想流體的運(yùn)動(dòng)是無旋的

3.1.3為什么關(guān)于理想流體的無旋流動(dòng)的研究是有用的?

3.2不可壓縮理想流體的無旋運(yùn)動(dòng)

3.2.1拉普拉斯方程

3.2.2伯努利方程

習(xí)題

3.3不可壓縮理想流體的二維無旋運(yùn)動(dòng)

3.3.1復(fù)勢(shì)和復(fù)速度

3.3.2駐點(diǎn)

習(xí)題

3.4達(dá)朗貝爾佯謬

3.4.1不可壓縮理想流體的功能原理

3.4.2達(dá)朗貝爾佯謬

3.4.3在不可壓縮理想流體中運(yùn)動(dòng)的一個(gè)固體球的動(dòng)力學(xué)方程

3.4.4在不可壓縮理想流體中運(yùn)動(dòng)的一個(gè)固體圓柱的動(dòng)力學(xué)方程

習(xí)題

3.5布拉休斯定理

3.5.1布拉休斯定理的推導(dǎo)

3.5.2柯西定理

3.5.3留數(shù)定理

習(xí)題

3.6二維機(jī)翼升力理論

3.6.1牛頓阻力模型

3.6.2馬格納斯效應(yīng)

3.6.3馬格納斯效應(yīng)的解釋

3.6.4茹可夫斯基變換

3.6.5環(huán)量的確定——茹可夫斯基假設(shè)

3.6.6庫塔茹可夫斯基定理

3.6.7茹可夫斯基翼型

3.6.8“飛蛇”之謎

3.6.9速度環(huán)量的起源

習(xí)題

3.7表面張力重力波

3.7.1無旋流動(dòng)的條件

3.7.2邊界條件

3.7.3二維表面張力重力簡(jiǎn)諧行波

3.7.4二維表面張力重力簡(jiǎn)諧駐波

3.7.5三維表面張力重力簡(jiǎn)諧駐波

3.7.6水渠里的長(zhǎng)重力波

3.7.7兩個(gè)流體分界面上的二維表面張力重力簡(jiǎn)諧行波

習(xí)題

3.8聲波

3.8.1波動(dòng)方程

3.8.2一維波動(dòng)方程

3.8.3一維柱形管中的駐波

3.8.4球面波

習(xí)題

第4章黏性流體的運(yùn)動(dòng)

4.1廣義牛頓黏性定律

4.1.1黏性應(yīng)力張量

4.1.2應(yīng)力張量的對(duì)稱性

4.1.3廣義牛頓黏性定律

習(xí)題

4.2納維斯托克斯方程

4.2.1納維斯托克斯方程的推導(dǎo)

4.2.2納維斯托克斯方程的其他形式

4.2.3球坐標(biāo)系

4.2.4柱坐標(biāo)系

4.2.5邊界條件

4.2.6施于任意流體面元上力的公式的其他形式

習(xí)題

4.3渦量方程與流函數(shù)方程

4.3.1不可壓縮流體的渦量方程

4.3.2二維流動(dòng)的流函數(shù)方程

4.3.3軸對(duì)稱流動(dòng)的流函數(shù)方程

4.3.4速度環(huán)量方程

習(xí)題

4.4不可壓縮流體的能量平衡方程與熱傳導(dǎo)方程

4.4.1能量耗散

4.4.2能量耗散的其他表達(dá)形式

4.4.3歐拉描寫下的能量平衡方程

4.4.4熱傳導(dǎo)方程

習(xí)題

4.5平行于平面的流動(dòng)和管流

4.5.1牛頓平板實(shí)驗(yàn)

4.5.2重力驅(qū)動(dòng)的平行于平面的流動(dòng)

4.5.3壓強(qiáng)梯度驅(qū)動(dòng)的平行于平面的流動(dòng)

4.5.4管流問題

習(xí)題

4.6轉(zhuǎn)動(dòng)圓柱面間流體的二維圓周運(yùn)動(dòng)

4.6.1納維斯托克斯方程的解

4.6.2如何在實(shí)驗(yàn)室制造點(diǎn)渦?

習(xí)題

4.7相似法則

4.7.1雷諾數(shù)、弗勞德數(shù)和施特魯哈爾數(shù)

4.7.2普朗特?cái)?shù)

習(xí)題

4.8斯托克斯阻力公式

4.8.1疊加法

4.8.2矢量勢(shì)法

4.8.3流函數(shù)法

4.8.4能量方法

習(xí)題

4.9黏性流體的振蕩運(yùn)動(dòng)

4.9.1一個(gè)作緩慢的簡(jiǎn)諧振動(dòng)的固體球引起的流體振蕩運(yùn)動(dòng)

4.9.2一個(gè)固體球在不可壓縮流體中以任意速度運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的阻力

4.9.3黏性流體中的橫波

習(xí)題

4.10普朗特邊界層理論

4.10.1普朗特方程組

4.10.2應(yīng)用

4.10.3卡門積分方程

4.10.4蘭姆近似

習(xí)題

4.11表面張力重力波的衰減

4.11.1二維表面張力重力簡(jiǎn)諧行波的衰減

4.11.2二維表面張力重力簡(jiǎn)諧駐波的衰減

4.11.3三維表面張力重力駐波的衰減

4.11.4結(jié)論

習(xí)題

第5章流體的微觀描述

5.1劉維方程及流體力學(xué)方程的推導(dǎo)

5.1.1劉維方程

5.1.2流體力學(xué)方程的推導(dǎo)

習(xí)題

5.2玻爾茲曼積分微分方程

5.3H定理

習(xí)題

5.4從玻爾茲曼方程推導(dǎo)流體力學(xué)方程

5.4.1統(tǒng)計(jì)平均值

5.4.2連續(xù)性方程

5.4.3動(dòng)量平衡方程

5.4.4能量平衡方程

5.4.5達(dá)到局域麥克斯韋速度分布函數(shù)時(shí)的流體力學(xué)方程

習(xí)題

5.5弛豫時(shí)間近似

5.5.1弛豫時(shí)間近似

5.5.2氣體的黏性系數(shù)

5.5.3氣體的熱傳導(dǎo)系數(shù)

習(xí)題

附錄A常用的矢量公式

參考文獻(xiàn)