高等流體力學

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第1章 流體及流體力學
   1.1 流體基本物理性質
      1.1.1 流體的定義和征
      1.1.2 連續(xù)介質假設
      1.1.3 流體密度與壓縮性
      1.1.4 流體黏性與導熱性
   1.2 基本物理量的運算
      1.2.1 標量與矢量
      1.2.2 梯度、散度與旋度
      1.2.3 張量
      1.2.4 流體運動的描述
   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 應力與應力張量
      1.3.4 殊情況下的應力張量
   1.4 流體力學基本方程
      1.4.1 流體系統(tǒng)及控制體
      1.4.2 連續(xù)性方程和運動方程
      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 實驗
   1.6 流體力學的發(fā)展與學術地位
      1.6.1 近代流體力學
      1.6.2 現(xiàn)代流體力學
      1.6.3 與流體力學發(fā)展相關的分重要人物
      1.6.4 流體力學學科的學術地位
   思考題與題
   參考文獻
第2章 典型的流體層流運動
   2.1 兩壁面間的流動
      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 剪應力與阻力系數(shù)
   2.2 流體動力潤滑運動
      2.2.1 基本方程及簡化
      2.2.2 方程的求解
      2.2.3 速度和動力潤滑方程
      2.2.4 阻力與支承力
   2.3 圓形管道流動
      2.3.1 基本方程
      2.3.2 方程的簡化與求解
      2.3.3 速度與流量
      2.3.4 內圓筒運動的情形
   2.4 邊界層流動
      2.4.1 定義與征
      2.4.2 方程及簡化
      2.4.3 二維定常不可壓縮平板邊界層的相似性解
      2.4.4 動量積分關系式
   2.5 繞圓球的小雷諾數(shù)流動
      2.5.1 應用背景
      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 繞一般物體的流動及阻力
      2.6.1 圓柱繞流
      2.6.2 繞圓柱流動及阻力
      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
第3章 流動穩(wěn)定性
   3.1 基本概念和方法
      3.1.1 Reynolds實驗
      3.1.2 流動穩(wěn)定性定義
      3.1.3 流動穩(wěn)定性基本要素
      3.1.4 穩(wěn)定性的分類
   3.2 動力不穩(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)定的關系
      3.3.2 兩層重疊流體的不穩(wěn)定性
      3.3.3 Benard問題的描述
      3.3.4 穩(wěn)定性分析
   3.4 離心不穩(wěn)定性
      3.4.1 Rayleigh準則與無黏流體的離心不穩(wěn)定性
      3.4.2 Taylor不穩(wěn)定性問題
      3.4.3 Dean不穩(wěn)定性問題
      3.4.4 G?rtler不穩(wěn)定性問題
   3.5 Kelvin-Helmholtz不穩(wěn)定性
      3.5.1 基本描述
      3.5.2 基本方程及簡化
      3.5.3 穩(wěn)定性分析
      3.5.4 流場失穩(wěn)后擾動的發(fā)展
   3.6 納米流體圓射流場的動力不穩(wěn)定性
      3.6.1 流場與基本方程
      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)值模擬結果及討論
   思考題與題
   參考文獻
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)計平均
      4.1.3 能量的級串過程
      4.1.4 雷諾應力
   4.2 湍流平均運動基本方程
      4.2.1 連續(xù)性方程
      4.2.2 運動方程
      4.2.3 動能方程
      4.2.4 擴散方程和渦量方程
   4.3 湍流脈動方程
      4.3.1 雷諾應力方程
      4.3.2 湍動能方程
      4.3.3 湍流耗散率方程
      4.3.4 脈動速度的高方程
   4.4 湍流統(tǒng)計理論簡述
      4.4.1 均勻各向同性湍流
      4.4.2 湍流脈動速度的關聯(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 雷諾應力模式
      4.5.4 代數(shù)應力模式與其他模式
   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 湍流結構與分形維數(shù)
   思考題與題
   參考文獻
第5章 典型的流體湍流運動
   5.1 湍流邊界層結構
      5.1.1 線性底層與對數(shù)律層
      5.1.2 內層壁面律
      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 運動方程
      5.2.2 動能方程
      5.2.3 動量積分關系式
      5.2.4 能量積分關系式
   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 邊界層轉捩、分離及控制
      5.4.1 邊界層轉捩
      5.4.2 層流--湍流平板邊界層的阻力計算
      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
      5.5.1 基本方程
      5.5.2 湍流混合層
      5.5.3 二維湍尾流場
      5.5.4 軸對稱湍射流場
   5.6 擬序結構
      5.6.1 基本概述
      5.6.2 擬序結構研究方法
      5.6.3 壁約束流場的擬序結構
      5.6.4 壁約束流場擬序結構的控制
   思考題與題
   參考文獻
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
      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 管道內的一維縱波
      6.3.2 明渠流的一維縱波
      6.3.3 彈性管內的波
      6.3.4 變截面管道內波的傳播
   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 大氣中的重力內波
      6.5.4 海洋中的重力內波
   6.6 波的應用舉例
      6.6.1 重力內波
      6.6.2 聲波的應用
      6.6.3 水波的應用
      6.6.4 波阻
   思考題與題
   參考文獻
第7章 氣體動力學
   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 一維定常可壓縮流動
      7.2.1 連續(xù)性方程和動量方程
      7.2.2 能量方程和狀態(tài)方程
      7.2.3 基本關系式
      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
      7.4.1 基本方程
      7.4.2 等熵流動方程
      7.4.3 無旋流動
      7.4.4 有旋流動
   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
      7.6.1 等熵和均熵流動基本方程
      7.6.2 準一維等熵流動基本方程
      7.6.3 廣義一維非定常流動基本方程
      7.6.4 一維運動激波
   思考題與題
   參考文獻
第8章 渦動力學
   8.1 基本概念與方程
      8.1.1 渦的形成與類型
      8.1.2 渦量場
      8.1.3 速度環(huán)量
      8.1.4 渦量動力學方程
   8.2 渦量的運動學性
      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 渦旋誘導的速度場
   8.3 渦量的動力學性
      8.3.1 Helmholtz渦量定理
      8.3.2 渦量場的動能和耗散
      8.3.3 螺旋度
      8.3.4 渦量場的沖量和沖量矩
   8.4 典型渦旋的解析解
      8.4.1 定常不可壓縮流場的平面渦
      8.4.2 二維無黏及有黏渦旋
      8.4.3 軸向拉伸的定常軸對稱渦
      8.4.4 Batchelor尾渦和Hill球渦
   8.5 殊渦旋的速度場
      8.5.1 二維面渦的誘導速度
      8.5.2 三維線渦的誘導運動
      8.5.3 渦環(huán)
      8.5.4 點渦系
   8.6 渦方法
      8.6.1 渦元粒子運動方程
      8.6.2 離散點渦方法
      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
第9章 微納尺度通道流
   9.1 微納尺度通道流的應用及點
      9.1.1 微納機電系統(tǒng)
      9.1.2 微全分析系統(tǒng)
      9.1.3 微納尺度通道流的點
      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 實驗研究
   9.3 典型流動
      9.3.1 Couette流
      9.3.2 圓管流
      9.3.3 Poiseuille流
      9.3.4 后向臺流
   9.4 壓力驅動流
      9.4.1 基本方程與參數(shù)
      9.4.2 直通道中的擴散
      9.4.3 蛇形通道的擴散與混合
      9.4.4 彎曲通道的擴散
   9.5 電滲流
      9.5.1 基本概念與方程
      9.5.2 矩形直通道流場的混合
      9.5.3 彎曲通道流場的混合
      9.5.4 彎曲通道流場的分離及彎道效應的
   9.6 混合器
      9.6.1 概述
      9.6.2 衡量混合效果的指標
      9.6.3 螺旋式混合器
      9.6.4 各類混合器及缺點
   思考題與題
   參考文獻
第10章 流固兩相流
   10.1 概述
      10.1.1 定義與點
      10.1.2 固相稠稀與介質類型
      10.1.3 圓球固粒的受力
      10.1.4 流體對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 固粒對流體的反作用
   10.3 典型流動
      10.3.1 混合層流場
      10.3.2 邊界層流場
      10.3.3 圓射流場
      10.3.4 溝槽壁面附近流固兩相流場及壁面磨損
   10.4 柱狀固粒兩相流
      10.4.1 細長體理論
      10.4.2 柱狀固粒的受力
      10.4.3 固粒體積分數(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 典型實例
   10.6 自驅動固粒多相流
      10.6.1 概述
      10.6.2 基本方程與數(shù)值求解方法
      10.6.3 自驅動固粒在牛頓流體中的運動
      10.6.4 異常流體介質和異常形狀Squirmer的運動
   思考題與題
   參考文獻
第11章 非牛頓流體運動
   11.1 概述
      11.1.1 定性描述
      11.1.2 分類與模型
      11.1.3 非牛頓流體的性
      11.1.4 非牛頓流體的流動現(xiàn)象
   11.2 管內流動
      11.2.1 冪律流體的管內流動
      11.2.2 Bingham塑性流體的管內流動
      11.2.3 擬塑性流體的廣義Re和阻力因子
      11.2.4 湍流運動
   11.3 黏彈性二流體的邊界層流動
      11.3.1 運動方程
      11.3.2 應力張量
      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
      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 第一法向應力差
      11.4.4 基波與次諧波能量
   11.5 FENE-P流體混合層流場
      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
      11.6.1 基本方程及求解方法
      11.6.2 升、阻力系數(shù)和間隙流場征
      11.6.3 回流模式
      11.6.4 尾流場征
   思考題與題
   參考文獻