工程流体力学

普通高等教育“十四五”规划教材

本书主要针对高等院校高年级本科生、研究生、讲师以及从事流体力学及其应用的研究人员。书中用通俗易懂的语言介绍了流体力学的基本理论知识，使读者更容易理解和掌握。与此同时，书中清晰地描述了自由流和渗流之间的区别与联系，并且涵盖了纳米尺度流动的最新知识。此外，书中还引入了人工智能在流体力学应用方面的知识，以引起读者对交叉学科发展的关注。本书对读者最大的益处是它全面地介绍了流体力学的各个方面知识，并涵盖了所有相关的领域。

本书详细地阐述了流体力学的基础理论及工程应用，主要内容包括：流体静力学，流体动力学基础，黏性流体运动及其阻力计算，有压管流与孔口、管嘴出流，渗流力学基础，泵与风机，相似原理与量纲分析，气体动力学基础，计算流体力学基础，流固耦合理论及应用，流体力学与人工智能等。每章均有习题，书末附有习题答案。

1 绪论

1.1 流体力学的研究对象、发展概况和研究方法

1.2  流体质点与连续介质的概念

1.3流体的主要物理性质

习题

2 流体静力学

2.1 静止流体上的作用力

2.2 流体的平衡微分方程及其积分

2.3 流体静力学基本方程

2.4 流体静压强的测量

2.5 静止流体对平面壁的作用力

2.6 静止流体对曲面壁的作用力

习题

3 流体动力学基础

3.1 研究流体运动的两种方法

3.2 研究流体运动时的一些基本概念

3.3 流体运动的连续性方程

3.4 无黏性流体的运动微分方程

3.5 无黏性流体运动微分方程的伯努利积分

3.6 黏性流体的运动微分方程及伯努利方程

3.7 黏性流体总流的伯努利方程

3.8 雷诺输运方程

3.9 测量流速和流量的仪器

3.10 定常流动总流的动量方程及其应用

习题

4 黏性流体运动及其阻力计算

4.1 流体运动与流动阻力的两种型式

4.2 流体运动的两种状态——层流与紊流

4.3 圆管中的层流

4.4 圆管中的紊流

4.5 圆管流动沿程阻力系数的确定

4.6 非圆形截面管道的沿程阻力计算

4.7 边界层理论基础

4.8 管路中的局部损失

习题

5 有压管流与孔口、管嘴出流

5.1 简单管路的水力计算

5.2 管网的水力计算基础

5.3 孔口出流

5.4 管嘴出流

习题

6 渗流力学基础

6.1 渗流基本概念

6.2 渗流基本定律

6.3 单相液体渗流

6.4 两相渗流基本知识

习题

7 泵与风机

7.1 离心式泵

7.2 离心式通风机

7.3 轴流式风机

习题

8 相似原理与量纲分析

8.1 相似原理

8.2 量纲分析及其应用

习题

9 气体动力学基础

9.1 气体动力学的基本概念

9.2 理想气体的一维定常气体流动

9.3 一维定常等熵流动应用

习题

10 计算流体力学基础

10.1 计算流体力学基本知识

10.2 控制方程的离散

10.3 边界条件与网格生成

10.4 流场的求解计算

10.5 CFD软件的基本知识及应用

习题

11 流固耦合理论及应用

11.1 有效应力原理

11.2 太沙基一维固结理论

11.3 Biot三维固结理论

11.4 考虑有效应力影响的应用实例

习题

12 流体力学、大数据与人工智能

12.1 大数据与人工智能

12.2 机器学习在流体力学中的应用

12.3 应用实例

习题

习题答案