工程流體力學是力學的一個重要分支, 是研究流體(液體和氣體)的力學運動規律及其應用的學科, 即研究在各種力的作用下, 流體本身的靜止狀態和運動狀態, 以及流體和固體壁面､流體和流體間的相互作用｡
本書除了介紹流體力學的基本概念､基本方程､工程應用等傳統內容外,在書中還增加了國際發展前沿的流體力學案例､創新實驗和科技小制作及運用流體力學理論知識解決實際工程問題等環節｡本書以流體力學的理論為基礎, 以工作任務為驅動, 精選教學內容, 通過案例導入､綜合實例和拓展提高環節, 使學生在掌握流體力學的基本概念､原理和理論的基礎上, 培養學生在流體力學方面解決問題､分析問題的能力和創新意識｡
全書共分10 個項目, 內容包括: 緒論､流體及其物理性質､流體靜力學､流體運動學､流體動力學基礎､黏性流體流動及阻力､孔口出流與有壓管流､邊界層理論基礎､相似原理和量綱分析以及氣體動力學基礎｡
本書可作為普通高等院校本科機械類､能源動力工程､交通運輸工程､工程力學等專業的教材, 也可作為遠程教育､成人教育､高等職業教育的教學用書, 還可供從事相關工作的研究生､工程技術人員參考｡
本書內容豐富，共包含10個項目，每個項目由“案例導入”、“教學目標”“任務實施”“綜合實例”“拓展提高”“思考練習”這六大部分構成，充分體現實踐性、應用性，讓學生真正做到學以致用。每個項目都通過案例導入作為切入點，提出問題給學生造成懸念，由淺入深、循序漸進的展開主體內容講述；每個項目都有一個融合項目任務中基礎知識的綜合實例，有利于學生理解和鞏固知識點，著重學生知識的遷移和技能的強化、并讓學生學會觸類旁通、舉一反三，提高知識運用能力。項目中的拓展與提高環節都是反映流體力學研究的成果，為學生深入進行流體力學的研究提供一些有益的參考。思考與練習環節在內容的選擇和編排上考慮了初學者的需求，側重普及性和實用性。全書從感性認知、理性定義、理論計算及工程應用多角度闡述了工程流體力學的內涵。
前言
隨著普通高等院校教學改革的不斷深入, 基于工作過程的課程改革在普通高等院校教學工作中全面開展, 相應的課程體系､教學內容都應體現應用型創新人才的培養目標, 本書正是在汲取了近幾年教學實踐成功經驗的基礎上編寫而成的｡
工程流體力學課程屬于專業基礎課, 是基礎課與專業課之間的橋梁, 課程理論性強, 基本概念抽象, 流動方程復雜, 與實際工程聯系密切, 為此本書以流體力學的理論為基礎, 以工作任務為驅動, 精選教學內容, 讓學生認清問題的本質, 掌握分析問題的方法, 學會解決問題的技巧, 并能夠靈活應對工程實際問題, 以構建創新能力培養的課程構架｡本書除了介紹流體力學的基本概念､基本方程､工程應用等傳統內容外, 在書中還增加了國際發展前沿的流體力學案例､創新實驗和科技小制作及運用流體力學理論知識解決實際工程問題等環節, 為發展學生的科學想象力和創造力提供了更為廣闊的空間｡
本書內容豐富, 共包含10 個項目, 每個項目由“案例導入” “教學目標” “任務”“拓展提高” “思考與練習” 五大部分構成, 除項目1 外, 其余項目還包含一個“綜合實例” 模塊, 充分體現實踐性､應用性, 讓學生真正做到學以致用｡每個項目都將“案例導入” 作為切入點, 提出問題給學生造成懸念, 由淺入深､循序漸進地展開主體內容講述; 融合于項目任務中的綜合實例, 有利于學生理解和鞏固知識點, 著重知識的遷移和技能的強化, 并讓學生學會觸類旁通､舉一反三, 提高知識運用能力｡項目中的“拓展提高” 部分都是反映流體力學研究的成果, 為學生深入進行流體力學的研究提供一些有益的參考｡“思考與練習” 部分在內容的選擇和編排上考慮了初學者的需求, 側重普及性和實用性｡全書從感性認知､理性定義､理論計算及工程應用多角度闡述了工程流體力學的內涵｡
本書由張明輝､滕桂榮任主編, 陳慶光､郭蘭蘭､聶志峰任副主編｡項目1 由陳慶光編寫; 項目2 由聶志峰編寫; 項目3 由張永超､劉冰､李見波和李志敏編寫; 項目4和項目5 由滕桂榮編寫; 項目6~ 項目9 由張明輝編寫; 項目10 由郭蘭蘭編寫｡張明輝負責全書的統稿工作｡書中參考了書后參考文獻中的部分內容, 在此向文獻作者致以誠摯的謝意!
由于編者水平有限, 加之編寫時間倉促, 書中缺點､錯誤在所難免, 望廣大讀者批評指正｡
編 者
目錄
前 言
項目1 緒論 1
【案例導入】 1
【教學目標】 3
任務1 流體力學的研究內容與學科性質 3
任務2 流體力學的發展史 5
任務3 流體力學的研究方法 7
任務4 流體力學的研究領域與相關學科 10
拓展提高 11
思考與練習 15
項目2 流體及其物理性質 17
【案例導入】 17
【教學目標】 19
任務1 流體的連續介質理論 19
任務2 流體的密度和重度 20
任務3 流體的力學特性 21
任務4 牛頓流體和非牛頓流體 27
任務5 表面張力 28
綜合實例 32
拓展提高 33
思考與練習 34
項目3 流體靜力學 36
【案例導入】 36
【教學目標】 38
任務1 作用在流體上的力 38
任務2 流體靜壓強特性 39
任務3 流體平衡微分方程 42
任務4 重力場中靜力學基本方程 46
任務5 靜壓強的測量 48
任務6 液體的相對平衡 55
任務7 液體作用在平面上的總壓力 61
任務8 液體作用在曲面上的總壓力 64
綜合實例 67
拓展提高 68
思考與練習 71
項目4 流體運動學 74
【案例導入】 74
【教學目標】 76
任務1 流體運動的描述方法 76
任務2 流場的基本概念 80
任務3 連續性方程 86
任務4 流體微團運動的分解 89
任務5 勢函數和流函數 94
綜合實例 97
拓展提高 98
思考與練習 102
項目5 流體動力學基礎 104
【案例導入】 104
【教學目標】 106
任務1 理想流體運動微分方程 106
任務2 黏性流體的運動微分方程 109
任務3 理想流體的能量方程 112
任務4 實際流體的伯努利方程 115
任務5 恒定流的動量方程 125
任務6 恒定流的動量矩方程 130
綜合實例 133
拓展提高 134
思考與練習 137
項目6 黏性流體流動及阻力 141
【案例導入】 141
【教學目標】 143
任務1 流體阻力的分類 143
任務2 層流與湍流的概念 145
任務3 均勻流的沿程損失 148
任務4 圓管中的層流流動 150
任務5 圓管中的湍流流動 153
任務6 湍流的沿程阻力損失 160
任務7 流動的局部損失 166
綜合實例 174
拓展提高 175
思考與練習 176
項目7 孔口出流與有壓管流 178
【案例導入】 178
【教學目標】 180
任務1 孔口出流 180
任務2 管嘴出流 188
任務3 有壓管道恒定流動 191
任務4 管網流動計算 201
任務5 有壓管道中的水擊 206
綜合實例 211
拓展提高 212
思考與練習 215
項目8 邊界層理論基礎 218
【案例導入】 218
【教學目標】 220
任務1 邊界層的概念 220
任務2 邊界層厚度 223
任務3 平面層流邊界層的微分方程 226
任務4 邊界層的動量積分方程 228
任務5 平板邊界層的計算 231
任務6 邊界層分離現象及繞流阻力 239
綜合實例 241
拓展提高 242
思考與練習 244
項目9 相似原理和量綱分析 245
【案例導入】 245
【教學目標】 248
任務1 量綱分析 248
任務2 量綱分析方法 251
任務3 相似原理 257
任務4 模型試驗 266
綜合實例 268
拓展提高 269
思考與練習 271
項目10 氣體動力學基礎 273
【案例導入】 273
【教學目標】 275
任務1 氣體流動的熱力學基礎 275
任務2 微弱擾動在空間的傳播 276
任務3 氣體一維定常流動的基本方程 280
任務4 氣體一維定常流動的參考狀態 281
任務5 變截面管流 284
任務6 實際氣體在管道中的定常流動 289
綜合實例 293
拓展提高 294
思考與練習 296
參考文獻 297
新書資訊