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1 绪论1

1.1 流体力学的概念与发展简史1

1.1.1 流体力学概念1

1.1.2 流体力学的发展历史1

1.1.3 流体力学的研究方法2

1.2 流体的连续介质模型3

1.2.1 流体质点的概念3

1.2.2 流体的连续介质模型4

1.3 量纲和单位4

1.3.1 量纲5

1.3.2 单位5

1.4 流体的主要物理性质6

1.4.1 流体的基本特征6

1.4.2 流体的密度7

1.4.3 黏性9

1.4.4 压缩性和膨胀性13

1.4.5 表面张力16

习题118

2 流体静力学20

2.1 流体静压强及其特性20

2.1.1 流体静压强20

2.1.2 流体静压强的特性21

2.2 流体的平衡微分方程22

2.2.1 流体平衡微分方程22

2.2.2 流体平衡微分方程的积分23

2.2.3 等压面24

2.3 流体静力学基本方程24

2.3.1 静止液体中的压强分布规律24

2.3.2 静止液体中的压强计算和等压面25

2.3.3 绝对压强、相对压强和真空度26

2.3.4 流体静力学基本方程的几何意义与能量意义27

2.4 测压仪表、液体的相对平衡28

2.4.1 静压强的单位28

2.4.2 测压仪表29

2.5 静止液体作用在壁面上的总压力32

2.5.1 作用在平面壁上的总压力33

2.5.2 作用在曲面壁上的总压力36

习题239

3 流体动力学基础42

3.1 流体运动要素及研究流体运动的方法42

3.1.1 流体运动要素42

3.1.2 研究流体运动的两种方法42

3.2 流体流动的一些基本概念44

3.2.1 定常流动和非定常流动44

3.2.2 流线与迹线44

3.2.3 流管、流束与总流46

3.2.4 过水断面、流量及流速47

3.3 流体流动的连续性方程48

3.3.1 直角坐标系中的连续性方程48

3.3.2 微元流束的连续性方程49

3.3.3 总流的连续性方程49

3.4 理想流体的运动微分方程及伯努利积分51

3.4.1 理想流体的运动微分方程51

3.4.2 理想流体运动微分方程的伯努利积分51

3.5 理想流体微元流束的伯努利方程52

3.5.1 质量力只有重力53

3.5.2 质量力为重力与离心力共同作用53

3.6 实际流体的伯努利方程及其工程应用54

3.6.1 实际流体运动的微分方程54

3.6.2 实际流体微元流束的伯努利方程55

3.6.3 实际流体总流的伯努利方程56

3.6.4 伯努利方程的应用59

3.7 伯努利方程式的意义60

3.7.1 物理意义（能量意义）60

3.7.2 几何意义61

3.8 定常流动总流的动量方程及其工程应用62

3.8.1 定常流动总流的动量方程62

3.8.2 动量方程的应用63

习题365

4 流体的流动阻力计算69

4.1 流体运动与流动阻力69

4.1.1 过水断面上影响流动阻力的主要因素69

4.1.2 流体运动与流动阻力的两种形式69

4.2 流体运动的两种状态70

4.2.1 雷诺实验70

4.2.2 流动状态与水头损失的关系71

4.2.3 流动状态判别准则——雷诺数72

4.3 流体在圆管中的层流运动73

4.3.1 分析层流运动的两种方法73

4.3.2 圆管层流中的速度分布规律75

4.3.3 圆管层流中切应力分布75

4.3.4 圆管层流中的流量和平均速度76

4.3.5 圆管层流中的沿程损失76

4.3.6 层流起始段77

4.4 流体在圆管中的湍流运动78

4.4.1 湍流的特征78

4.4.2 湍流运动要素的时均化78

4.4.3 湍流中的摩擦阻力79

4.4.4 湍流运动中的速度分布80

4.4.5 湍流核心与层流底层80

4.4.6 水力光滑管和水力粗糙管81

4.4.7 圆管湍流中的水头损失81

4.5 沿程阻力系数的确定82

4.5.1 尼古拉兹实验82

4.5.2 计算λ的经验或半经验公式83

4.5.3 莫迪图84

4.6 非圆形截面均匀湍流的阻力计算87

4.6.1 利用原有公式计算87

4.6.2 用蔡西公式计算88

4.7 边界层理论基础89

4.7.1 边界层的基本概念89

4.7.2 边界层分离89

4.8 管路中的局部损失91

4.8.1 圆管突然扩大处的局部损失91

4.8.2 局部损失计算的一般公式92

4.8.3 能量损失叠加原则95

习题496

5 有压管流与孔口、管嘴出流99

5.1 简单管路的水力计算99

5.1.1 短管的水力计算99

5.1.2 长管的水力计算100

5.2 管网的水力计算基础103

5.2.1 串联管路103

5.2.2 并联管路104

5.2.3 连续均匀出流管路105

5.2.4 管网的类型及水力计算105

5.3 孔口出流108

5.3.1 薄壁小孔口定常出流108

5.3.2 大孔口定常自由出流110

5.3.3 孔口非定常出流110

5.4 管嘴出流111

5.4.1 圆柱形外管嘴定常出流111

5.4.2 管嘴的真空度与使用条件112

5.4.3 其他形状的管嘴出流114

习题5115

6 渗流力学基础119

6.1 渗流基本概念119

6.1.1 渗流和渗流力学119

6.1.2 多孔介质及孔隙性119

6.1.3 多孔介质的压缩性121

6.2 渗流基本定律121

6.2.1 达西定律及渗透率122

6.2.2 达西定律的理论基础123

6.2.3 达西定律适用范围124

6.2.4 渗透率或渗透系数的确定124

6.3 单相液体渗流126

6.3.1 渗流数学模型的建立126

6.3.2 稳态渗流数学模型的解130

6.3.3 非稳态渗流数学模型描述134

6.4 两相渗流基本知识134

6.4.1 流体饱和度134

6.4.2 相对渗透率135

习题6136

7 流体机械之泵与风机137

7.1 离心式泵137

7.1.1 离心式泵的构造与工作原理137

7.1.2 泵的扬程138

7.1.3 叶轮141

7.1.4 泵中的能量损失141

7.1.5 泵的吸上扬程与气蚀现象143

7.1.6 离心式泵的性能曲线146

7.1.7 泵在管路中的工况点147

7.1.8 离心式泵的选择148

7.2 离心式通风机148

7.2.1 通风机的风压、风量和效率148

7.2.2 离心式风机的性能与工况151

7.2.3 离心式通风机的选择151

7.3 轴流式通风机152

7.3.1 轴流式通风机的构造和工作原理152

7.3.2 轴流式压气机154

习题7155

8 相似原理与量纲分析156

8.1 相似原理156

8.1.1 力学相似的基本概念156

8.1.2 相似准则158

8.1.3 近似模型法160

8.2 量纲分析及其应用163

8.2.1 量纲分析163

8.2.2 量纲分析法的应用165

习题8167

9 大气污染扩散基础及应用170

9.1 气体污染物的扩散及控制170

9.1.1 湍流扩散的基本理论170

9.1.2 大气扩散模式171

9.1.3 气体污染物的控制策略175

9.2 大气环境预测175

9.2.1 大气环境的概念175

9.2.2 大气环境预测的意义176

9.2.3 运用流体力学软件对大气环境进行预测176

习题9180

10 海洋石油污染运移分析及控制181

10.1 海洋石油污染现状及危害181

10.1.1 海洋石油污染的现状181

10.1.2 海洋石油污染的原因182

10.1.3 海洋石油污染的危害182

10.2 石油在海洋中的迁移与转化规律183

10.2.1 溢油的迁移转化过程183

10.2.2 溢油风化过程的综合作用186

10.3 海洋石油污染物扩散运移特征研究186

10.3.1 平滑海岸线特征186

10.3.2 海洋溢油模型建立187

10.3.3 海洋石油污染物扩散运移模拟结果及分析187

习题10193

11 CO2封存流动理论基础及应用194

11.1 CCS技术现状和概况194

11.1.1 CO2地质封存194

11.1.2 CO2-EOR和CO2-ECBM技术196

11.1.3 CO2海洋封存概述197

11.2 地下咸水层CO2封存数学模型的建立及求解197

11.2.1 CO2-盐水两相驱替模型197

11.2.2 CO2-盐水两相驱替数学模型建立199

11.2.3 CO2-咸水两相驱替界面移动201

11.2.4 波及效率及其影响因素204

11.3 CO2封存量评价208

11.3.1 封存量的概念划分208

11.3.2 CO2封存量估算209

11.4 CO2封存量的风险211

11.4.1 CO2封存的环境风险211

11.4.2 CO2地质封存的泄漏风险212

11.4.3 CO2泄漏的环境影响212

习题11215

习题答案216

参考文献220