高等流體力學(xué)

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第1章 流體及流體力學(xué)
   1.1 流體基本物理性質(zhì)
      1.1.1 流體的定義和征
      1.1.2 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)
      1.1.3 流體密度與壓縮性
      1.1.4 流體黏性與導(dǎo)熱性
   1.2 基本物理量的運(yùn)算
      1.2.1 標(biāo)量與矢量
      1.2.2 梯度、散度與旋度
      1.2.3 張量
      1.2.4 流體運(yùn)動(dòng)的描述
   1.3 作用在流體上的力
      1.3.1 體積力與表面力
      1.3.2 表面張力
      1.3.3 應(yīng)力與應(yīng)力張量
      1.3.4 殊情況下的應(yīng)力張量
   1.4 流體力學(xué)基本方程
      1.4.1 流體系統(tǒng)及控制體
      1.4.2 連續(xù)性方程和運(yùn)動(dòng)方程
      1.4.3 能量方程和狀態(tài)方程
      1.4.4 方程的封閉及定解條件
   1.5 流體力學(xué)研究方法
      1.5.1 量綱為一的重要參數(shù)
      1.5.2 理論研究
      1.5.3 數(shù)值模擬
      1.5.4 實(shí)驗(yàn)
   1.6 流體力學(xué)的發(fā)展與學(xué)術(shù)地位
      1.6.1 近代流體力學(xué)
      1.6.2 現(xiàn)代流體力學(xué)
      1.6.3 與流體力學(xué)發(fā)展相關(guān)的分重要人物
      1.6.4 流體力學(xué)學(xué)科的學(xué)術(shù)地位
   思考題與題
   參考文獻(xiàn)
第2章 典型的流體層流運(yùn)動(dòng)
   2.1 兩壁面間的流動(dòng)
      2.1.1 基本方程
      2.1.2 方程的求解
      2.1.3 速度與流量
      2.1.4 剪應(yīng)力與阻力系數(shù)
   2.2 流體動(dòng)力潤(rùn)滑運(yùn)動(dòng)
      2.2.1 基本方程及簡(jiǎn)化
      2.2.2 方程的求解
      2.2.3 速度和動(dòng)力潤(rùn)滑方程
      2.2.4 阻力與支承力
   2.3 圓形管道流動(dòng)
      2.3.1 基本方程
      2.3.2 方程的簡(jiǎn)化與求解
      2.3.3 速度與流量
      2.3.4 內(nèi)圓筒運(yùn)動(dòng)的情形
   2.4 邊界層流動(dòng)
      2.4.1 定義與征
      2.4.2 方程及簡(jiǎn)化
      2.4.3 二維定常不可壓縮平板邊界層的相似性解
      2.4.4 動(dòng)量積分關(guān)系式
   2.5 繞圓球的小雷諾數(shù)流動(dòng)
      2.5.1 應(yīng)用背景
      2.5.2 Stokes方程
      2.5.3 繞圓球的Stokes解
      2.5.4 繞圓球的Oseen解
   2.6 繞一般物體的流動(dòng)及阻力
      2.6.1 圓柱繞流
      2.6.2 繞圓柱流動(dòng)及阻力
      2.6.3 繞一般物體的阻力
      2.6.4 物體自由沉降速度
   思考題與題
   參考文獻(xiàn)
第3章 流動(dòng)穩(wěn)定性
   3.1 基本概念和方法
      3.1.1 Reynolds實(shí)驗(yàn)
      3.1.2 流動(dòng)穩(wěn)定性定義
      3.1.3 流動(dòng)穩(wěn)定性基本要素
      3.1.4 穩(wěn)定性的分類(lèi)
   3.2 動(dòng)力不穩(wěn)定性
      3.2.1 基本方程
      3.2.2 Orr-Sommerfeld方程
      3.2.3 邊界條件
      3.2.4 穩(wěn)定性判據(jù)
   3.3 重力不穩(wěn)定性
      3.3.1 流體密度與穩(wěn)定的關(guān)系
      3.3.2 兩層重疊流體的不穩(wěn)定性
      3.3.3 Benard問(wèn)題的描述
      3.3.4 穩(wěn)定性分析
   3.4 離心不穩(wěn)定性
      3.4.1 Rayleigh準(zhǔn)則與無(wú)黏流體的離心不穩(wěn)定性
      3.4.2 Taylor不穩(wěn)定性問(wèn)題
      3.4.3 Dean不穩(wěn)定性問(wèn)題
      3.4.4 G?rtler不穩(wěn)定性問(wèn)題
   3.5 Kelvin-Helmholtz不穩(wěn)定性
      3.5.1 基本描述
      3.5.2 基本方程及簡(jiǎn)化
      3.5.3 穩(wěn)定性分析
      3.5.4 流場(chǎng)失穩(wěn)后擾動(dòng)的發(fā)展
   3.6 納米流體圓射流場(chǎng)的動(dòng)力不穩(wěn)定性
      3.6.1 流場(chǎng)與基本方程
      3.6.2 穩(wěn)定性方程和邊界條件
      3.6.3 數(shù)值模擬方法與基本參數(shù)
      3.6.4 數(shù)值模擬結(jié)果及討論
   思考題與題
   參考文獻(xiàn)
第4章 湍流基本理論
   4.1 湍流的基本描述
      4.1.1 湍流的定義及研究
      4.1.2 統(tǒng)計(jì)平均
      4.1.3 能量的級(jí)串過(guò)程
      4.1.4 雷諾應(yīng)力
   4.2 湍流平均運(yùn)動(dòng)基本方程
      4.2.1 連續(xù)性方程
      4.2.2 運(yùn)動(dòng)方程
      4.2.3 動(dòng)能方程
      4.2.4 擴(kuò)散方程和渦量方程
   4.3 湍流脈動(dòng)方程
      4.3.1 雷諾應(yīng)力方程
      4.3.2 湍動(dòng)能方程
      4.3.3 湍流耗散率方程
      4.3.4 脈動(dòng)速度的高方程
   4.4 湍流統(tǒng)計(jì)理論簡(jiǎn)述
      4.4.1 均勻各向同性湍流
      4.4.2 湍流脈動(dòng)速度的關(guān)聯(lián)函數(shù)
      4.4.3 均勻湍流的征尺度
      4.4.4 能譜分析
   4.5 湍流模式理論
      4.5.1 湍流模式建立的依據(jù)
      4.5.2 一封閉模式
      4.5.3 雷諾應(yīng)力模式
      4.5.4 代數(shù)應(yīng)力模式與其他模式
   4.6 基于非線性理論的湍流描述
      4.6.1 概述
      4.6.2 湍流與分
      4.6.3 湍流與混沌
      4.6.4 湍流結(jié)構(gòu)與分形維數(shù)
   思考題與題
   參考文獻(xiàn)
第5章 典型的流體湍流運(yùn)動(dòng)
   5.1 湍流邊界層結(jié)構(gòu)
      5.1.1 線性底層與對(duì)數(shù)律層
      5.1.2 內(nèi)層壁面律
      5.1.3 速度虧損律層
      5.1.4 黏性上層
   5.2 湍流邊界層方程
      5.2.1 運(yùn)動(dòng)方程
      5.2.2 動(dòng)能方程
      5.2.3 動(dòng)量積分關(guān)系式
      5.2.4 能量積分關(guān)系式
   5.3 二維湍流邊界層
      5.3.1 零壓力梯度湍流邊界層
      5.3.2 零壓力梯度光滑平板阻力
      5.3.3 零壓力梯度粗糙平板阻力
      5.3.4 有壓力梯度湍流邊界層
   5.4 邊界層轉(zhuǎn)捩、分離及控制
      5.4.1 邊界層轉(zhuǎn)捩
      5.4.2 層流--湍流平板邊界層的阻力計(jì)算
      5.4.3 邊界層分離
      5.4.4 邊界層控制
   5.5 自由剪切湍流場(chǎng)
      5.5.1 基本方程
      5.5.2 湍流混合層
      5.5.3 二維湍尾流場(chǎng)
      5.5.4 軸對(duì)稱(chēng)湍射流場(chǎng)
   5.6 擬序結(jié)構(gòu)
      5.6.1 基本概述
      5.6.2 擬序結(jié)構(gòu)研究方法
      5.6.3 壁約束流場(chǎng)的擬序結(jié)構(gòu)
      5.6.4 壁約束流場(chǎng)擬序結(jié)構(gòu)的控制
   思考題與題
   參考文獻(xiàn)
第6章 流體中的波
   6.1 基本概念
      6.1.1 概述
      6.1.2 行波
      6.1.3 群速度與色散
      6.1.4 一維波動(dòng)方程
   6.2 聲波
      6.2.1 基本方程與聲速
      6.2.2 聲的能量與聲強(qiáng)
      6.2.3 單子聲源
      6.2.4 偶子聲源
   6.3 流體中的一維波
      6.3.1 管道內(nèi)的一維縱波
      6.3.2 明渠流的一維縱波
      6.3.3 彈性管內(nèi)的波
      6.3.4 變截面管道內(nèi)波的傳播
   6.4 水波
      6.4.1 表面重力波
      6.4.2 深水正弦波
      6.4.3 漣波
      6.4.4 兩列正弦波的傳播
   6.5 重力內(nèi)波
      6.5.1 浮力頻率
      6.5.2 基本方程
      6.5.3 大氣中的重力內(nèi)波
      6.5.4 海洋中的重力內(nèi)波
   6.6 波的應(yīng)用舉例
      6.6.1 重力內(nèi)波
      6.6.2 聲波的應(yīng)用
      6.6.3 水波的應(yīng)用
      6.6.4 波阻
   思考題與題
   參考文獻(xiàn)
第7章 氣體動(dòng)力學(xué)
   7.1 基本方程
      7.1.1 基本概念
      7.1.2 微分形式基本方程
      7.1.3 積分形式基本方程
      7.1.4 完全氣體狀態(tài)方程
   7.2 一維定?？蓧嚎s流動(dòng)
      7.2.1 連續(xù)性方程和動(dòng)量方程
      7.2.2 能量方程和狀態(tài)方程
      7.2.3 基本關(guān)系式
      7.2.4 征常數(shù)
   7.3 雙曲型方程的征線理論
      7.3.1 征線理論
      7.3.2 征線方程
      7.3.3 一線性方程的征線法
      7.3.4 一擬線性方程的征線法
   7.4 二維定常聲速流動(dòng)
      7.4.1 基本方程
      7.4.2 等熵流動(dòng)方程
      7.4.3 無(wú)旋流動(dòng)
      7.4.4 有旋流動(dòng)
   7.5 激波與膨脹波
      7.5.1 正激波
      7.5.2 一維定常正激波
      7.5.3 平面斜激波
      7.5.4 膨脹波
   7.6 一維非定常可壓縮流動(dòng)
      7.6.1 等熵和均熵流動(dòng)基本方程
      7.6.2 準(zhǔn)一維等熵流動(dòng)基本方程
      7.6.3 廣義一維非定常流動(dòng)基本方程
      7.6.4 一維運(yùn)動(dòng)激波
   思考題與題
   參考文獻(xiàn)
第8章 渦動(dòng)力學(xué)
   8.1 基本概念與方程
      8.1.1 渦的形成與類(lèi)型
      8.1.2 渦量場(chǎng)
      8.1.3 速度環(huán)量
      8.1.4 渦量動(dòng)力學(xué)方程
   8.2 渦量的運(yùn)動(dòng)學(xué)性
      8.2.1 渦線與渦管
      8.2.2 Kelvin定理
      8.2.3 渦旋不生不滅定理
      8.2.4 渦旋誘導(dǎo)的速度場(chǎng)
   8.3 渦量的動(dòng)力學(xué)性
      8.3.1 Helmholtz渦量定理
      8.3.2 渦量場(chǎng)的動(dòng)能和耗散
      8.3.3 螺旋度
      8.3.4 渦量場(chǎng)的沖量和沖量矩
   8.4 典型渦旋的解析解
      8.4.1 定常不可壓縮流場(chǎng)的平面渦
      8.4.2 二維無(wú)黏及有黏渦旋
      8.4.3 軸向拉伸的定常軸對(duì)稱(chēng)渦
      8.4.4 Batchelor尾渦和Hill球渦
   8.5 殊渦旋的速度場(chǎng)
      8.5.1 二維面渦的誘導(dǎo)速度
      8.5.2 三維線渦的誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)
      8.5.3 渦環(huán)
      8.5.4 點(diǎn)渦系
   8.6 渦方法
      8.6.1 渦元粒子運(yùn)動(dòng)方程
      8.6.2 離散點(diǎn)渦方法
      8.6.3 離散渦絲方法
      8.6.4 離散渦環(huán)方法
   思考題與題
   參考文獻(xiàn)
第9章 微納尺度通道流
   9.1 微納尺度通道流的應(yīng)用及點(diǎn)
      9.1.1 微納機(jī)電系統(tǒng)
      9.1.2 微全分析系統(tǒng)
      9.1.3 微納尺度通道流的點(diǎn)
      9.1.4 掌握微納尺度通道流規(guī)律的意義
   9.2 基本理論與研究方法
      9.2.1 基本參數(shù)和區(qū)域劃分
      9.2.2 基本方程與邊界條件
      9.2.3 數(shù)值模擬方法
      9.2.4 實(shí)驗(yàn)研究
   9.3 典型流動(dòng)
      9.3.1 Couette流
      9.3.2 圓管流
      9.3.3 Poiseuille流
      9.3.4 后向臺(tái)流
   9.4 壓力驅(qū)動(dòng)流
      9.4.1 基本方程與參數(shù)
      9.4.2 直通道中的擴(kuò)散
      9.4.3 蛇形通道的擴(kuò)散與混合
      9.4.4 彎曲通道的擴(kuò)散
   9.5 電滲流
      9.5.1 基本概念與方程
      9.5.2 矩形直通道流場(chǎng)的混合
      9.5.3 彎曲通道流場(chǎng)的混合
      9.5.4 彎曲通道流場(chǎng)的分離及彎道效應(yīng)的
   9.6 混合器
      9.6.1 概述
      9.6.2 衡量混合效果的指標(biāo)
      9.6.3 螺旋式混合器
      9.6.4 各類(lèi)混合器及缺點(diǎn)
   思考題與題
   參考文獻(xiàn)
第10章 流固兩相流
   10.1 概述
      10.1.1 定義與點(diǎn)
      10.1.2 固相稠稀與介質(zhì)類(lèi)型
      10.1.3 圓球固粒的受力
      10.1.4 流體對(duì)非圓球固粒的作用力
   10.2 基本模型與方程
      10.2.1 單流體模型及方程
      10.2.2 雙流體模型及方程
      10.2.3 Euler-Lagrange模型及方程
      10.2.4 固粒對(duì)流體的反作用
   10.3 典型流動(dòng)
      10.3.1 混合層流場(chǎng)
      10.3.2 邊界層流場(chǎng)
      10.3.3 圓射流場(chǎng)
      10.3.4 溝槽壁面附近流固兩相流場(chǎng)及壁面磨損
   10.4 柱狀固粒兩相流
      10.4.1 細(xì)長(zhǎng)體理論
      10.4.2 柱狀固粒的受力
      10.4.3 固粒體積分?jǐn)?shù)的影響
      10.4.4 固粒取向分布
   10.5 納米固粒兩相流
      10.5.1 基本性
      10.5.2 基本參數(shù)與分布
      10.5.3 模型與方程
      10.5.4 典型實(shí)例
   10.6 自驅(qū)動(dòng)固粒多相流
      10.6.1 概述
      10.6.2 基本方程與數(shù)值求解方法
      10.6.3 自驅(qū)動(dòng)固粒在牛頓流體中的運(yùn)動(dòng)
      10.6.4 異常流體介質(zhì)和異常形狀Squirmer的運(yùn)動(dòng)
   思考題與題
   參考文獻(xiàn)
第11章 非牛頓流體運(yùn)動(dòng)
   11.1 概述
      11.1.1 定性描述
      11.1.2 分類(lèi)與模型
      11.1.3 非牛頓流體的性
      11.1.4 非牛頓流體的流動(dòng)現(xiàn)象
   11.2 管內(nèi)流動(dòng)
      11.2.1 冪律流體的管內(nèi)流動(dòng)
      11.2.2 Bingham塑性流體的管內(nèi)流動(dòng)
      11.2.3 擬塑性流體的廣義Re和阻力因子
      11.2.4 湍流運(yùn)動(dòng)
   11.3 黏彈性二流體的邊界層流動(dòng)
      11.3.1 運(yùn)動(dòng)方程
      11.3.2 應(yīng)力張量
      11.3.3 方程變換
      11.3.4 方程的求解方法及討論
   11.4 Oldroyd-B流體混合層流場(chǎng)
      11.4.1 數(shù)值模型及求解方法
      11.4.2 渦的生成與演變
      11.4.3 第一法向應(yīng)力差
      11.4.4 基波與次諧波能量
   11.5 FENE-P流體混合層流場(chǎng)
      11.5.1 數(shù)值模型及求解方法
      11.5.2 渦的生成與演變
      11.5.3 第一法向應(yīng)力差
      11.5.4 基波能量與渦量小值
   11.6 冪律流體近壁圓柱繞流場(chǎng)
      11.6.1 基本方程及求解方法
      11.6.2 升、阻力系數(shù)和間隙流場(chǎng)征
      11.6.3 回流模式
      11.6.4 尾流場(chǎng)征
   思考題與題
   參考文獻(xiàn)