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第1章 绪论1

1.1 流体与流体力学概念1

1.2 流体力学发展简史2

1.3 知识体系与应用领域3

1.4 流体力学研究方法4

1.5 学习中应注意的几个问题5

思考与练习6

第2章 流体的基本性质7

2.1 流体的密度与可压缩性7

2.2 流体的分散性与连续介质假设9

2.3 流体的黏性与理想流体模型10

2.4 表面张力与毛细现象16

2.5 流体的受力18

思考与练习19

第3章 流体静力学20

3.1 问题的提出20

3.2 静止流体的应力特征20

3.3 静止流体的力平衡微分方程21

3.4 静止液体的压强23

3.4.1 静压的物理概念23

3.4.2 等压面23

3.4.3 静止液体内的压强分布24

3.5 静止大气的压强分布25

3.6 压强的测量26

3.6.1 压强的单位26

3.6.2 绝对压强、相对压强、真空度27

3.6.3 压强测量方法28

3.7 静止液体作用在壁面上的总压力32

3.7.1 静止液体作用在平面壁上的压力32

3.7.2 静止液体作用在曲面壁上的压力34

3.8 非惯性系中流体的相对平衡36

3.8.1 流体作匀加速直线运动36

3.8.2 流体绕竖直轴作匀角速度旋转运动37

3.9 浮力及浮体的平衡39

思考与练习40

第4章 理想流体运动基本方程43

4.1 问题的提出43

4.2 描述流体运动的两种方法43

4.2.1 拉格朗日法44

4.2.2 欧拉法44

4.2.3 随体导数45

4.2.4 流动分类46

4.3 流体运动的基本概念47

4.3.1 迹线与流线47

4.3.2 流管与流束48

4.3.3 过流断面与流量49

4.3.4 系统与控制体50

4.4 连续性方程50

4.4.1 微分形式的连续性方程50

4.4.2 连续性方程的简化形式51

4.5 理想流体运动微分方程52

4.6 伯努利方程54

4.6.1 微元流束伯努利方程54

4.6.2 流线法线方向的压强变化55

4.6.3 总流伯努利方程56

4.7 伯努利方程的扩展应用57

4.7.1 分流或汇流57

4.7.2 有能量输入或输出的情形58

4.7.3 非定常流58

4.7.4 毕托管测量流速59

4.7.5 文丘里流量计60

4.8 动量方程与动量矩方程61

4.8.1 动量方程61

4.8.2 动量矩方程62

4.8.3 动量方程与动量矩方程的应用举例63

4.9 叶轮机械基本方程67

4.9.1 涡轮机械内相对运动的伯努利方程67

4.9.2 涡轮机内流体的动量方程与动量矩方程68

思考与练习69

第5章 不可压缩黏性流体一元流动72

5.1 问题的提出72

5.2 黏性流体管内流动的伯努利方程及能量损失72

5.2.1 黏性流体总流的伯努利方程72

5.2.2 沿程阻力损失73

5.2.3 局部阻力损失74

5.2.4 流体输送系统的能量方程74

5.3 两种流动形态75

5.4 圆管中层流流动分析77

5.5 管内湍流的分区特征与速度分布79

5.5.1 分区特征79

5.5.2 湍流的速度分布80

5.6 管内湍流的沿程阻力系数82

5.6.1 经验公式82

5.6.2 尼古拉兹试验83

5.6.3 莫迪图84

5.7 非圆形管道沿程损失的计算85

5.8 局部阻力系数86

5.9 工程实例分析89

5.9.1 虹吸管89

5.9.2 管嘴（厚壁孔口）定常出流90

5.9.3 烟囱90

5.9.4 管路计算91

5.9.5 管流中的水击96

思考与练习97

第6章 可压缩气体一元流动100

6.1 问题的提出100

6.2 压缩性气流的能量方程100

6.3 压缩性气流的连续性方程102

6.4 压缩性气流中各参数的变化规律103

6.4.1 滞止参数103

6.4.2 临界参数105

6.5 压缩性气体经喷管的流动106

6.5.1 收缩型喷管（或孔口出流）106

6.5.2 经拉伐尔喷管的流动107

6.6 压缩性气体的等温管流109

6.6.1 基本公式109

6.6.2 压降公式110

6.6.3 流量公式111

6.7 气体激波112

6.7.1 小扰动波的传播及声速112

6.7.2 膨胀波114

6.7.3 激波114

6.7.4 激波前后的参数关系116

6.7.5 拉伐尔喷管的非设计工况流动分析117

思考与练习119

第7章 理想流体平面运动121

7.1 问题的提出121

7.2 理想流体微团运动分析121

7.2.1 理想流体运动分解122

7.2.2 有旋流动与无旋流动123

7.3 速度环量与涡量123

7.3.1 速度环量123

7.3.2 旋涡强度124

7.3.3 斯托克斯定理124

7.4 速度势与流函数125

7.4.1 速度势函数125

7.4.2 流函数127

7.4.3 势函数与流函数的关系128

7.5 复位势及其性质129

7.5.1 复位势的概念129

7.5.2 复位势的性质129

7.6 基本的平面势流130

7.6.1 均匀直线流130

7.6.2 点源和点汇130

7.6.3 点涡132

7.7 有势流动的叠加134

7.7.1 螺旋流134

7.7.2 偶极子流135

7.7.3 均匀等速流绕圆柱体无环量流动138

7.7.4 均匀等速流绕圆柱体有环量流动139

7.8 理想流体的旋涡运动141

7.8.1 涡线、涡管、涡束和涡通量141

7.8.2 汤姆逊定理142

7.8.3 亥姆霍兹定理143

7.8.4 涡丝的诱导速度144

思考与练习145

第8章 黏性流体运动方程及其基本解147

8.1 问题的提出147

8.2 雷诺输运定理与连续性方程148

8.3 变形率张量与亥姆霍兹定理151

8.4 黏性流体的受力分析155

8.5 动量方程156

8.6 本构方程157

8.7 纳维-斯托克斯方程159

8.8 运动方程组的封闭性与定解条件160

8.8.1 基本方程组的封闭性讨论160

8.8.2 定解条件161

8.8.3 求解方法162

8.9 二维平面层流解162

8.10 二维轴对称层流解166

8.11 低雷诺数流动解168

思考与练习172

第9章 边界层流动174

9.1 问题的提出174

9.2 边界层流动的基本特征175

9.3 边界层运动方程178

9.4 边界层方程的相似性解180

9.5 平板边界层的布拉修斯精确解183

9.6 边界层积分方程解法186

9.6.1 边界层动量积分方程186

9.6.2 边界层能量积分方程187

9.6.3 平板边界层的积分近似解法188

9.6.4 绕流问题的积分近似解法191

思考与练习193

第10章 湍流与湍流理论195

10.1 问题的提出195

10.2 湍流的形成及特征196

10.2.1 黏性运动的有旋性与湍流特征196

10.2.2 层流的稳定性197

10.2.3 猝发现象与涡的迁移198

10.2.4 湍流的拟序结构199

10.3 湍流描述方法200

10.4 湍流运动基本方程201

10.4.1 连续性方程201

10.4.2 动量方程（雷诺方程）202

10.4.3 平均动能方程203

10.4.4 涡量方程204

10.5 湍流模式理论205

10.5.1 湍流运动基本方程的封闭性讨论205

10.5.2 湍流模式理论分类及特点205

10.5.3 涡黏度与布辛涅斯克假设206

10.5.4 0方程模式206

10.5.5 单方程模式207

10.5.6 双方程模式208

10.5.7 雷诺应力与代数应力模型简介209

思考与练习211

第11章 工程湍流的半经验解法213

11.1 问题的提出213

11.2 混合长度与流速分布律214

11.3 圆管内湍流216

11.3.1 时均运动方程216

11.3.2 流速分布律218

11.3.3 光滑管流动阻力218

11.3.4 粗糙管流动阻力219

11.4 平壁湍流速度边界层220

11.4.1 基本方程220

11.4.2 分区特征221

11.4.3 壁面律222

11.4.4 速度边界层222

11.4.5 层流—湍流组合边界层224

11.5 射流与尾流225

11.5.1 基本特征225

11.5.2 流速衰减规律226

11.5.3 相似解法227

思考与练习230

第12章 量纲分析与相似原理232

12.1 问题的提出232

12.2 单位与量纲233

12.3 量纲分析法234

12.3.1 瑞利法234

12.3.2 П定理236

12.4 相似原理238

12.5 相似准则239

12.6 基本方程的相似变换241

12.6.1 由基本方程导出相似准则数241

12.6.2 局部相似243

12.6.3 基本方程组的化简244

12.7 模型试验设计245

思考与练习246

第13章 计算流体力学基础248

13.1 问题的提出248

13.2 基本方程与定解条件249

13.2.1 流体运动的基本方程组249

13.2.2 定解条件250

13.2.3 解的确定性问题251

13.3 数值求解的一般步骤251

13.3.1 前处理251

13.3.2 计算过程253

13.3.3 后处理253

13.4 离散化方法253

13.4.1 泰勒级数展开法254

13.4.2 控制容积法254

13.4.3 显式方法和隐式方法255

13.4.4 有限差分方程255

13.5 单变量代数方程组的求解257

13.5.1 直接求解法257

13.5.2 迭代法259

13.5.3 松弛法260

13.6 多变量联立代数方程组的求解260

13.6.1 流函数—涡量法260

13.6.2 交错网格的原始变量法261

13.7 SIMPLE算法262

13.7.1 计算方法与步骤262

13.7.2 压强校正方程的讨论264

13.8 通用CFD软件简介265

思考与练习267

附录268

附录A 常见流体的物理性质268

附录B 工业管道的粗糙度与常用局部阻力系数表269

附录C 向量代数271

附录D 张量初步275

附录E 柱坐标系与球坐标系中的流体力学基本方程组279

参考文献283