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  本文关键词：工程流体力学，由笔耕文化传播整理发布。

第一章 流体的力学性质
本章学习目标:

　　理解流体的主要力学性质：粘性，压缩性和表面张力。
　　流体的力学性质在日常生活中能感受到，但通过学习应上升到理性。
　　对物理现象用数学模型来定量描述,以便严格定义,准确计算。概念只有用数学工具准确计量才能上升为科学。本章涉及的数学知识都是普通的微积分知识。

本章学习内容:

　　 第一节 流体的粘性

　　 第二节 流体的压缩性
　　 第三节 液体的表面张力
第二章 流体静力学

本章学习目标:

　　掌握流体平衡的规律，静止时流体的应力特征，静力学基本方程，流体与它的边界之间的作用力，，此外，还要研究在非惯性系中流体的相对平衡。
从工程应用的角度来看，在大多数情况下，忽略地球自转和公转的影响，而把地球作为惯性参照系是足够精确的。当流体相对于惯性坐标系（如地球）没有运动时，我们便说流体处于静止状态或平衡状态。当流体相对于非惯性坐标系没有运动时，我们便说流体处于相对静止状态或相对平衡状态。
无论是静止的流体还是相对静止的流体，流体之间没有相对运动，因而粘性作用表现不出来，故切应力为零。

本章学习内容:

　　第一节 作用在流体上的力
　　第二节 静止流体的应力特征
　　第三节 流体静力学的基本方程
　　第四节 重力场中静止流体的压力分布
　　第五节 重力场中压力平衡方程的能量意义
　　第六节 重力场中静止液体对物面的作用力
　　第七节 非惯性坐标系中的静止流体

第三章 流体运动学

　本章学习目标:

　　流体运动学是用几何学的观点来研究流体的运动规律，是流体力学的一个组成部分。
　　掌握描述流动的两种方法（拉格朗日法及欧拉法），结合迹线，流线，串线，流体线等显示流动特性的曲线图谱研究流动特性。
　　了解流体微元的运动分解机理，即微团运动可分解为平移，整体转动，线变形运动及角变形运动。
　　掌握有旋运动与无旋运动的特点。无旋运动可引入速度势。不可压无旋运动是一个纯粹运动学问题，正确给出边界条件，是求解的关键。

本章学习内容:

　　第一节 描述流动的拉格朗日法
　　第二节 描述流动的欧拉方程
　　第三节 质点导数
　　第四节 海姆霍兹速度分解定理
　　第五节 流场的旋度，有旋流动和无旋流动

第四章 流体动力学的基本原理

　本章学习目标:

　　掌握流体动力学的基本方程，即质量守恒方程，动量定理，动量矩定理，能量守恒方程，重点是关于控制体的欧拉型方程。
　　质量守恒，牛顿第二定律和能量守恒原理都是对包含确定物质的“系统”写出来的，而流体力学问题的实际研究中，更多地采用“控制体”的概念，这中间存在一个变换。
　　研究流体和运动物体的相互作用，常运用动量定理。 伯努利方程是能量守恒关系的一种表现形式。
　　质量守恒给出物理参数的相互关系式，常配合其它方程求解。

本章学习内容:

　　第一节 质量守恒原理----连续方程
　　第二节 管流连续方程
　　第三节 动量定理
　　第四节 伯努利方程
　　第五节 柯西-拉格朗日方程
　　第六节 沿流线的主法线方向的动量方程
　　第七节 非惯性坐标系中的动量方程
　　第八节 动量矩定理
　　第九节 能量守恒定理

第五章 流体机械原理

　本章学习目标:

　　以流体为工作介质，与流体进行机械能交换的机械我们称之为流体机械。例如透平发动机，透平压缩机，风机，水泵等等都是典型的流体机械。又如喷气发动机，往复式发动机。压缩机亦属于流体机械。以流体为工作介质，与流体进行动量交换的机械，也属于本章讨论的范围。
　　本章将要着重讨论下列问题：
　　　　（1）各种类型的透平机械的工作原理；
　　　　（2）孤立机翼的升力原理以及与翼形有关的各种工程问题。

　本章学习内容:

　　第一节 透平机械工作原理
　　第二节 轴流式透平机械的流动特性
　　第三节 径流式（离心式）透平机械流动特性
　　第四节 翼型升力原理
　　第五节 翼形推进及飞行

第六章 粘性流体动力学基础

　本章学习目标:

　　实际流体都是有粘性的，只有当粘性力与惯性力相比很小时，才能忽略粘性力而采用“理想流体”这个简单的理想模型。支配粘性流体运动的方程比理想流体的基本方程复杂得多，因此粘性流体动力学问题的求解比理想流体动力学问题更加复杂、困难。
　　本章的目的在于介绍粘性流体动力学的一些基本知识。

　本章学习内容:

　第一节　雷诺数（Re）--粘性对于流动的影响的大小的度量
　第二节　层流与湍流
　第三节　牛顿流体的本构方程
　第四节　纳维--斯托克斯方程
　第五节　粘性流体运动的基本特征
　第六节　粘性流体动力学的无量纲特征参数
　第七节　关于N－S方程的求解途径
　第八节　园管中的粘性不可压缩流体的定常层流流动（Hagen－Poiseuille流动）
　第九节　库埃特（Couette流动）
　第十节　极慢流动
第七章 湍流

　本章学习目标:

　　湍流流动状态在自然界和工程设备中是最常见的一类流动状态。由雷诺试验我们知道，湍流相对于层流而言，是一种复杂的不定常的随机流动。湍流理论到现在为止尚未达到成熟阶段，人们对于湍流的物理本质还不很清楚，以致要给湍流一词一确切的定义都很困难，目前湍流的研究沿着下列两条道路向前发展：
　　（1） 寻求若干最基本的物理定律以建立普遍适用的湍流理论；
　　（2） 在某些特定条件下，对观测到的流动现象作某些假设，从而建立有局限性的半经验理论。

　本章学习内容:

　　第一节　湍流的统计平均法
　　第二节　湍流的基本方程
　　第三节　湍流及其计算概述
　　第四节　普朗特混合长度理论
　　第五节　管内湍流流动
　　第六节　管流阻力
　　第七节　局部阻力

第八章 边界层理论

　本章学习目标:

　　粘性不可压缩流体运动基本方程组的准确解为数极少，远不能满足工程实际的需要。小Re数情形的近似解也只能解决范围较窄的一部分实际问题。大量工程问题如航空、宇宙飞行、水利等方面所遇到的课题绝大部分都属于大Re数情形。这是因为大自然中最主要的流体是空气和水，它们的粘性系数都很小，如果物体的特征长度及特征速度不太小的话，那么Re数就可以达到很高的数值。例如在空气动力学的绕流问题中，若翼弦，来流速度，空气的运动粘性系数，则，由此可见，研究大雷诺数情形具有重大的实际意义。
　　本章讨论大雷诺数情形下的流动问题--Prandtl的边界层理论。自1904年Prandtl创立边界层理论以来，由于它的应用范围极为广泛，发展非常迅速，早已成为粘性流体力学的主要发展方向之一。
　　边界层理论的主要任务是研究物体在流体中运动时所遭受到的摩擦阻力和热传导率。
　　大Re数流动意味着：在大部分流动区域内，惯性力远大于粘性力。首先我们很自然地想到是否将运动方程中的粘性力全部忽略掉，以作为大Re数流动的零级近似方程。这种做法的结果是N－S方程退化为Euler方程，而Euler方程一般说来不能满足固体物面上的黏附性条件。这就说明，这种近似处理对于固壁附近的流动是不合适的，若勉强这样做，就会在数学上产生解不存在的矛盾。
　　若采用Euler方程，同时在固体壁面上采用滑移条件（而不是无滑移粘性条件），这就是理想流体的模型。在理想流体模型的范畴内，算出的物体表面的压力分布（由此得到升力）在流动不分离或在接近物体尾缘处有小分离区的情形下与实测结果比较符合，但无法解决阻力问题。
　　那么为什么在大Re数情形不能全部忽略粘性力？究竟应当怎样才能正确处理大Re数流动呢？为此必须仔细分析大Re数下，粘性流体流动的实验结果，找出此类流动的物理特性，然后再以此为依据，对问题作出正确的简化。

　本章学习内容:

　　第一节　Prandtl边界层理论模型
　　第二节　粘性不可压缩流体的层流边界层方程
　　第三节　卡门（Karman）动量积分关系式
　　第四节　平板层流边界层
　　第五节　平板湍流边界层
　　第六节　混合边界层
　　第七节　边界层分离与锐缘效应
　　第八节　圆柱绕流现象与阻力
　　第九节　机翼的升力与阻力












第九章 气体动力学基础

　本章学习目标:

　　本章应用理想流体运动基本方程研究可压缩流体的运动规律，也就是研究流体密度有较大变化、热力学过程和力学过程耦合的流动规律。既研究可压缩性有重要作用的流体运动规律，气体是可压缩流体，是气体动力学的主要研究对象。广义的讲，气体动力学是可压缩流体动力学。气体动力学研究范围很广，包括高速空气动力学、气体波动力学、高温气体力学等。

　本章学习内容:

　　第一节　气体动力学基本方程
　　第二节　声传播与马赫数
　　第三节　理想气体等熵流动的主要性质
　　第四节　激波理论及应用
　　第五节　定常超声速气流绕凸角流动（普朗特－迈耶流动）
　　第六节　完全气体在变截面绝热管内的准一维定常流动

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