本書根據工程實際需求，講解了常用的流體力學知識。主要內容包括：流體的概念和運動的描述、流體的平衡、流體運動基本方程、無黏性流體的一維流動、渦旋運動與勢流流動、相似與量綱、黏性流體管內流動。

每章都配有與工程實際相關的例題和習題，部分習題附有參考答案。

本書內容精煉，針對性強，不僅可作為高等學校理工科力學、工程熱物理、水利、土木、熱能、化工、環境等相關專業本科生或研究生的教材或課外參考書，還可供相關行業的工程技術人員學習使用。

第1 章流體的概念和運動的描述/ 001

1.1流體力學的研究對像與研究方法/002

1.1.1流體力學的研究對像/002

1.1.2流體力學的研究方法/003

1.2流體的概念/004

1.3連續介質假設/005

1.4流體的黏滯現像/005

1.4.1流體的黏性/006

1.4.2黏性定律/006

1.5液體表面張力與潤濕現像/011

1.5.1表面張力/011

1.5.2潤濕現像/012

1.6流體運動的描述方法/013

1.6.1拉格朗日坐標與歐拉坐標/013

1.6.2拉格朗日描述法/014

1.6.3歐拉描述法/015

1.6.4拉格朗日描述與歐拉描述之間的轉換/016

1.6.5隨體導數/017

1.7跡線、流線與脈線/021

1.7.1跡線/021

1.7.2流線/022

1.7.3流面、流管、流束與流量/024

1.7.4脈線/025

1.8流體微觀相對運動分析/027

1.8.1運動分析/027

1.8.2亥姆霍茲速度分解/031

習題/034



第2 章流體的平衡/ 036

2.1流體上的作用力/037

2.1.1體積力與表面力/037

2.1.2應力與應力張量/039

2.2流體平衡時的壓強/041

2.3均質流體平衡方程/042

2.3.1平衡方程的建立/042

2.3.2靜止流體的分界面/043

2.3.3均質流體的靜平衡/043

2.3.4均質流體的相對平衡/045

2.4物體表面所受靜止流體壓強合力/049

2.4.1平面所受流體壓強合力/049

2.4.2曲面所受流體壓強合力/051

習題/053



第3 章流體運動基本方程/ 056

3.1繫統與控制體/057

3.1.1繫統/057

3.1.2控制體/057

3.2微分形式的流體質量連續性方程/058

3.3雷諾輸運方程/062

3.4流體運動方程/065

3.4.1積分形式的流體運動方程/065

3.4.2微分形式的流體運動方程/066

3.5流體力學基本方程組的建立與求解/069

3.5.1流體力學分析過程/069

3.5.2初始條件與邊界條件/069

3.5.3流體力學的理論模型/072

習題/074



第4 章無黏性流體的一維流動/ 076

4.1一維流動及實例分析/077

4.2伯努利方程/079

4.2.1無黏性流體一維定常流動的運動方程/079

4.2.2伯努利方程/080

4.2.3伯努利方程的應用/081

4.2.4伯努利方程的推廣應用/083

4.3運動方程的簡化及其應用/085

4.3.1運動方程的簡化/085

4.3.2簡化運動方程的應用/086

習題/087



第5 章渦旋運動與勢流流動/ 089

5.1渦旋運動現像與基本概念/090

5.1.1渦旋運動現像/090

5.1.2基本概念/091

5.1.3渦量場/092

5.2卡門渦街與蘭金組合渦/093

5.2.1卡門渦街/093

5.2.2蘭金組合渦/094

5.3勢函數與流函數/096

5.3.1勢函數/096

5.3.2流函數/098

5.3.3勢函數和流函數的性質/099

5.3.4勢函數和流函數的求解/102

5.3.5簡單平面勢流/103

習題/109



第6 章相似與量綱/ 111

6.1相似概念/112

6.2動力相似準則/113

6.3近似模型實驗/115

6.4量綱分析方法/117

6.4.1量綱/117

6.4.2瑞利法/118

6.4.3π 定理/119

習題/121



第7 章黏性流體管內流動/ 123

7.1黏性流體中的應力/124

7.1.1黏性流體中的應力分布/124

7.1.2廣義牛頓內摩擦定律/125

7.2層流與湍流/126

7.3沿程損失與局部損失/127

7.3.1沿程損失/127

7.3.2局部損失/128

7.4圓管流動/129

7.4.1層流流動/129

7.4.2湍流流動/130

7.5沿程損失繫數與當量直徑/133

7.6水擊現像/135

習題/136



習題答案/ 137



參考文獻/ 140

流體力學是一門基礎性很強的學科，也是一門比較經典的學科。流體力學在工業技術中有著非常廣泛的應用，涉及領域包括航空、航天、交通運輸、水利、土木建築，以及能源、動力、環保、石油、化工、礦山、醫藥、食品工程等。流體力學在日常生產生活中也具有舉足輕重的地位，從微觀上微細血管中的血液流動，到宏觀上颶風、大氣流動等自然現像，都涉及流體力學的知識。市面上有關工程流體力學的優秀教材有很多，但編者在教學實踐中發現，適用於少學時（如30~50學時）的教材卻很少。為此，我們編寫了本教材，以方便工程流體力學相關基礎知識的講授與學習。

本書對工程中常用的流體力學知識進行了精編，共分7章，內容包括流體的概念和運動的描述、流體的平衡、流體運動基本方程、無黏性流體的一維流動、渦旋運動與勢流流動、相似與量綱、黏性流體管內流動。每章都配有與工程實際相關的例題和習題，部分習題附有參考答案。

本書由趙立新、楊敬源共同編著。其中，楊敬源編寫第1、2章，趙立新編寫第3~7章，全書由趙立新負責統稿。本書在編寫過程中，得到了同事、同行的大力支持與幫助，在此表示衷心的感謝！

因水平所限，書中疏漏之處在所難免，敬請廣大讀者和專家批評指正。



編著者

2020年6月