流体力学（第二版）

第1章 绪论

11 流体力学及其任务

111 固体与流体

112 流体的连续介质假设

113 流体力学及其任务

12 流体的属性

121 流体的密度和容重

122 流体的压缩性和膨胀性

123 流体的黏性

124 表面张力

125 汽化压强

13 作用在流体上的力

131 表面力

132 质量力

14 物理量的单位与量纲

习题

第2章 流体运动学基础

21 流体运动的研究方法与分类

211 研究流体运动的方法

212 流体运动的分类

213 流线与迹线

22 流体微团运动的分解

221 微团运动的分解

222 微团运动的分析

223 有旋运动和无旋运动

23 平面无旋运动

231 势函数

232 流函数

233 平面无旋流动

24 基本平面势流

241 均匀直线运动

242 点源及点汇

243 点涡

25 势流的叠加

251 源环运动

252 偶极流

253 均匀直线流中的偶极流

习题

x流体力学（第二版）

第3章 流体静力学

31 流体静压强及其特性

32 流体平衡微分方程

321 流体平衡微分方程

322 流体平衡微分方程的一般积分

323 帕斯卡原理

324 等压面

33 重力作用下的流体静压强

331 流体静力学基本方程

332 静止液体中的等压面

333 流体静力学基本方程的意义

34 压强的度量与测压仪表

341 度量压强的两种基准

342 压强的度量单位

343 液柱式测压计

35 液体的相对平衡

351 匀加速水平直线运动中液体的平衡

352 匀角速旋转运动容器中液体的平衡

36 静止液体作用于平面壁和曲面壁上的总压力

361 静止液体作用在平面壁上的总压力

362 静止液体作用于曲面壁上的总压力

习题

第4章 流体动力学基本方程

41 连续性方程

42 黏性流体运动微分方程式

421 流体中任一点的应力

422 以应力表示的运动微分方程

423 应力应变率关系

424 黏性流体运动微分方程

43 流动问题的求解

431 初始条件与边界条件

432 圆管层流的解析求解

433 流动的数值求解简介

44 欧拉运动微分方程式

45 理想流体微分方程的积分

46 黏性流体的能量方程

461 总能方程

462 内能方程

习题

第5章 相似原理与量纲分析

51 相似的基本概念

52 方程分析法

53 相似准数

531 Re

532 Fr

533 Eu与St

54 量纲分析法

541 量纲分析

542 π定理

55 模型律

551 π定理在确定相似判据中的应用

552 完全相似和部分相似

习题

第6章 黏性管流

61 一元流动模型

62 一元流动基本方程

621 连续性方程

622 元流伯努利方程

623 恒定总流伯努利方程

624 恒定总流动量方程

63 流动水头损失

631 流动阻力与水头损失

632 黏性流体的两种流态

633 均匀流方程

64 圆管中的流动

641 圆管中的层流

642 紊流运动

643 圆管中的紊流

644 紊流沿程水头损失

645 非圆管的沿程水头损失

646 局部水头损失

65 有压管流

66 孔口及管嘴出流

661 薄壁孔口的恒定自由出流

662 薄壁孔口的恒定淹没出流

663 管嘴的恒定出流

习题

xii流体力学（第二版）

第7章 边界层与绕流阻力

71 边界层概念

711 边界层的形成与发展

712 边界层的厚度

72 边界层微分方程式

73 边界层动量积分方程式

74 平板层流边界层

75 平板紊流边界层

76 曲壁边界层的分离

77 绕流物体的作用力

771 绕流阻力

772 低雷诺数下微粒的运动

习题

第8章 明渠流动

81 明渠概述

811 棱柱形渠道的横断面

812 明渠的底坡

813 明渠水流受力分析

82 明渠均匀流

821 明渠均匀流的特征及形成条件

822 明渠均匀流的基本公式

823 明渠水力最优断面和允许流速

824 复式断面明渠均匀流

825 非均质渠道的综合粗糙系数

83 明渠均匀流的水力计算问题

831 校核渠道的输水能力

832 设计渠道底坡

833 设计渠道断面尺寸

84 无压圆管均匀流

841 无压圆管均匀流的水力计算

842 无压圆管的水力最优充满度

85 明渠非均匀流概述

851 断面比能

852 临界水深

853 临界底坡

854 明渠水流的三种流态

86 水跃和水跌

861 水跃

862 水跌

87 明渠恒定非均匀渐变流的微分方程

88 棱柱形渠道中恒定非均匀渐变流水面曲线的分析

881 顺坡渠道(i>0)的水面曲线

882 平坡渠道和逆坡渠道的水面曲线

883 定性描绘水面曲线

习题

目 录xiii

第9章 堰流与闸孔出流

91 堰流

911 堰流基本公式

912 薄壁堰流的水力计算

913 实用堰流的水力计算

914 宽顶堰流的水力计算

92 闸孔出流

921 底坎为宽顶堰型的闸孔出流

922 底坎为曲线型实用堰的闸孔出流

习题

第10章 渗流

101 渗流基本概念

1011 重力水和岩土的渗透特性

1012 渗流分类

1013 渗流模型

102 渗流达西定律

103 地下水的渐变渗流分析

1031 地下水均匀流

1032 地下水渐变渗流

104 集水廊道和井

1041 集水廊道

1042 完全潜水井

1043 完全自流井

1044 圆柱基坑排水

105 井群

1051 完全潜水井群

1052 完全自流井群

106 恒定渗流的微分方程

习题

xiv流体力学（第二版）

第11章 紊流射流

111 无限空间紊流淹没射流的结构

112 圆断面射流的运动分析

113 紊流淹没射流的温度分析和浓度分析

114 温差射流与浓差射流的轨迹

习题

第12章 一元气体动力学基础

121 基本概念

1211 理想气体

1212 微弱扰动的传播

1213 马赫数、马赫锥

122 一元恒定气体运动的基本方程

1221 连续性方程

1222 伯努利方程式

1223 能量方程式

123 一元气体等熵流动

1231 等熵滞止参数

1232 气流绝热运动的压缩性影响

1233 绝热气流速度与形状的关系

124 气体在管道中的运动

1241 圆管中气体的等温流动

1242 圆管中气体的绝热流动

习题

第13章 流体机械基础

131 流体机械概述

132 离心式流体机械

1321 离心式流体机械的结构

1322 离心式流体机械的性能参数

1323 离心式流体机械的欧拉方程

133 流体机械性能曲线

1331 流体机械的性能曲线

1332 无量纲性能曲线

习题

附录

附录Ⅰ 矢量与场论基础

附录Ⅱ 英汉关键词

附录Ⅲ 梯形渠道水力计算图解(1)

附录Ⅳ 梯形渠道水力计算图解(2)

主要参考文献2100433B

本书系统地阐明了流体力学的基本概念、基本理论和基本方法，并且涉及流动的各种基本形式，如管流、明渠流、射流及绕物体的流动。全书共13章，前面4章介绍了流体运动的基本概念、流体运动所遵循的方程和主要的求解方法，让初学者对流体运动有所了解。第5章对工程中应用较多的相似理论做了较为详细的阐述。后续章节从一元流动入手，通过对流体运动控制方程的简化，逐步分析了黏性管流（第6章）、边界层与绕流阻力（第7章）、明渠流动（第8章）、堰流及闸孔出流（第9章）、渗流（第10章）、紊流射流（第11章）、一元气体动力学基础（第12章）及流体机械基础（第13章）。每一章均配有适量的例题与习题。

本书是一本工科院校流体力学的教学用书，可适用于建筑环境与设备工程、市政工程、环境工程、环境科学、土木工程及矿物资源工程等专业40~80学时的教学要求，也可作为有关专业科研人员及工程技术人员的参考书。

《热工基础及流体力学（第二版）/普通高等教育“十三五”系列教材》共分三篇，由工程热力学、流体力学和传热学三部分内容组成。工程热力学部分主要讲述：热力学基本概念和基本定律，常用工质的热物理性质及基本热力过程，气体和蒸汽的流动，典型蒸汽动力循环和制冷循环分析计算；流体力学部分主要讲述：流体的基本物理性质，流体静力学，流体动力学基础，黏性流体的有压流动特点及能量损失计算；传热学部分主要讲述：导热、对流传热、辐射传热的基本规律和计算方法，传热过程的分析计算方法及优化控制措施，换热器的类型和传热计算方法。各章附有切合实际的典型例题、思考题和习题，附录附有热工流体典型实验、习题解答、模拟试题及参考答案。

《热工基础及流体力学（第二版）/普通高等教育“十三五”系列教材》综合了热工及流体基础理论知识，可作为热工控制及自动化、供热工程、环境工程、热能工程、制冷及低温工程、热工测量仪表及相关专业的教材或教学参考书，也可作为能源动力类专业培训教材，或作为相关工程技术人员参考用书。

第二版前言

第一版前言

上篇 流体力学

第一章　绪论

第一节　流体力学的任务及其应用

第二节　流体的主要物理性质

第三节　流体的主要力学模型

第四节　作用在流体上的力

习题

第二章　流体静力学

第一节　流体静压强及其特性

第二节　流体静压强的计算

第三节　压强的测量

第四节　作用于平面上的液体总压力

第五节　作用于曲面上的液体压力

习题

第三章　一元流体动力学

第一节　液体运动的基本概念

第二节　恒定流连续性方程

第三节　恒定流能量方程

第四节　恒定流能量方程的应用

第五节　气流的能量方程

第六节　动量方程

习题

第四章　流动形态与能量损失

第一节　液体运动的两种形态——层流与紊流

第二节　能量损失的两种形式

第三节　沿程损失与切应力的关系——均匀流基本方程

第四节　圆管层流的沿程损失计算

第五节　紊流运动

第六节　紊流的沿程损失计算

第七节　非圆路内的沿程损失

第八节　局部水头损失

习题

第五章　孔口、管嘴出流和有压管流

第一节　压力出流现象及其分类

第二节　孔口出流

第三节　管嘴出流

第四节　简单管路计算

第五节　复杂管路计算

第六节　有压管路水击

习题

第六章　气体射流

第一节　概述

第二节　无限空间紊流射流的特性

第三节　射流的流速与流量变化

第四节　温差（浓差）射流和射流弯曲

第五节　有限空间射流简介

习题

第七章　明渠均匀流

第一节　明渠均匀流概述

第二节　明渠均匀流的水力计算

第三节　无压圆管均匀流的水力计算

习题

第八章　绕流运动概述

第一节　附面层的概念

第二节　绕流阻力与升力

习题

下篇 泵与风机

第九章　离心式泵与风机的构造

第十章　离心式泵与风机的理论基础

第十一章　离心式泵与风机的运行分析

第十二章　泵与风机的安装与选择

第十三章　其他常用泵与风机

附录

附录一　BA、BL型离心泵及SG型管道泵性能示例

附录二　BL型水泵性能表（摘录）和水泵型号举例

附录三　IS型离心泵规格性能表及型号举例

附录四　T4-72型离心通风机

附录五　KT4-68-22No6．3E型风机性能表

附录六　T40型轴流通风机

参考文献 2100433B

第1章绪论1

1.1流体力学及其发展史1

1.1.1流体力学的研究对象1

1.1.2连续介质模型1

1.1.3流体力学的研究方法1

1.1.4流体力学的发展史2

1.2作用在流体上的力4

1.2.1表面力4

1.2.2质量力4

1.3流体的主要物理性质5

1.3.1惯性5

1.3.2黏滞性5

1.3.3压缩性和热胀性8

1.3.4表面张力特性9

1.3.5汽化压强9

思考题10

习题10

第2章流体静力学12

2.1静止流体中压强的特性12

2.2流体平衡微分方程13

2.2.1流体平衡微分方程13

2.2.2平衡微分方程的全微分式14

2.2.3等压面14

2.3重力场中流体静压强的分布规律14

2.3.1液体静力学基本方程14

2.3.2气体静压强的计算15

2.3.3压强的度量15

2.3.4水头、液柱高度和能量守恒16

2.3.5压强的计量单位17

2.4流体的相对平衡18

2.4.1等加速直线运动容器中流体的平衡18

2.4.2等角速度旋转容器中液体的平衡19

2.5液体作用在平面上的总压力20

2.5.1解析法20

2.5.2图算法21

2.6液体作用在曲面上的总压力22

2.6.1曲面上的总压力22

2.6.2压力体23

2.6.3液体作用在潜体和浮体上的总压力24

思考题26

习题26

第3章流体运动学29

3.1流体运动的描述方法29

3.1.1拉格朗日法29

3.1.2欧拉法30

3.2欧拉法的基本概念31

3.2.1流动的分类31

3.2.2流线32

3.2.3元流和总流34

3.2.4流量和断面平均流速35

3.3连续性方程36

3.3.1连续性微分方程36

3.3.2连续性微分方程对总流的积分37

3.4流体微团运动的分析39

3.4.1微团运动的分解39

3.4.2微团运动的组成分析40

3.4.3有旋运动（有涡流）和无旋运动（无涡流）41

思考题43

习题43

第4章流体动力学基础46

4.1理想流体运动微分方程46

4.2元流的伯努利方程47

4.2.1理想流体运动微分方程的伯努利积分47

4.2.2理想流体元流伯努利方程的物理意义和几何意义48

4.2.3实际流体元流的伯努利方程49

4.3实际流体总流的伯努利方程49

4.3.1总流的伯努利方程49

4.3.2总流伯努利方程的应用条件和应用方法51

4.3.3有能量输入或输出的伯努利方程53

4.3.4两断面间有合流或分流的伯努利方程53

4.3.5恒定气体总流的伯努利方程54

4.4总流的动量方程和动量矩方程56

4.4.1总流的动量方程57

4.4.2总流的动量矩方程60

4.5恒定平面势流61

4.5.1速度势（流速势）61

4.5.2流函数62

4.5.3流网及其特征64

4.5.4几种简单的平面势流66

4.5.5势流叠加70

4.6不可压缩黏性流体的运动微分方程76

4.6.1以应力表示的黏性流体运动微分方程76

4.6.2应力和变形速度的关系78

4.6.3不可压缩黏性流体运动微分方程79

思考题80

习题80

第5章量纲分析和相似原理84

5.1量纲分析的意义和量纲和谐原理84

5.1.1量纲的概念84

5.1.2无量纲量85

5.1.3量纲和谐原理85

5.2量纲分析法86

5.2.1瑞利法86

5.2.2π定理87

5.2.3量纲分析方法的讨论90

5.3相似理论基础90

5.3.1相似概念91

5.3.2相似准则92

5.4相似定理94

5.4.1相似正定理94

5.4.2相似逆定理94

5.4.3相似第三定理95

5.5模型实验95

5.5.1模型律的选择95

5.5.2模型设计96

思考题98

习题98

第6章流动阻力和能量损失100

6.1流动阻力和能量损失的分类100

6.1.1能量损失的分类100

6.1.2能量损失的计算公式101

6.2实际流体的两种流动状态101

6.2.1两种流态101

6.2.2流态的判别准则——临界雷诺数103

6.3均匀流动方程式104

6.3.1均匀流动方程式105

6.3.2圆管过流断面上切应力分布105

6.3.3阻力速度106

6.4圆管中的层流运动106

6.4.1流动特征106

6.4.2流速分布106

6.4.3圆管层流沿程水头损失的计算107

6.5紊流理论基础108

6.5.1层流向紊流的转变108

6.5.2紊流运动的特征和时均法109

6.5.3紊流的半经验理论111

6.5.4黏性底层113

6.6圆管紊流中的沿程水头损失113

6.6.1尼古拉兹实验113

6.6.2流速分布116

6.6.3λ的半经验公式117

6.6.4工业管道和柯列勃洛克(Colebrook)公式117

6.6.5沿程阻力系数λ的经验公式118

6.7非圆管的沿程水头损失120

6.7.1水力半径R121

6.7.2当量直径de121

6.7.3非圆通道雷诺数122

6.7.4非圆管的沿程水头损失122

6.8局部水头损失123

6.8.1局部损失的一般分析123

6.8.2几种典型的局部阻力系数125

6.8.3局部阻力之间的相互干扰128

6.8.4减少局部阻力的措施129

6.9恒定总流水头线的绘制129

6.9.1总水头线和测压管水头线130

6.9.2总压线和全压线132

思考题135

习题136

第7章边界层和绕流运动140

7.1边界层的基本概念140

7.2边界层动量方程143

7.3曲面边界层的分离现象与卡门涡街144

7.3.1曲面边界层的分离现象144

7.3.2卡门涡街145

7.4绕流阻力和升力145

7.4.1绕流阻力的一般分析146

7.4.2悬浮速度147

7.4.3绕流升力的一般概念148

思考题149

习题149

第8章不可压缩流体的管道流动150

8.1孔口出流150

8.1.1薄壁小孔口恒定自由出流150

8.1.2孔口淹没出流152

8.1.3孔口的变水头出流153

8.2管嘴出流154

8.2.1圆柱形外管嘴恒定出流154

8.2.2收缩断面的真空155

8.2.3圆柱形外管嘴的正常工作条件155

8.2.4其他类型的管嘴出流156

8.3简单管道156

8.3.1简单短管的水力计算156

8.3.2简单长管的水力计算160

8.4复杂管道161

8.4.1串联管道162

8.4.2并联管道162

8.4.3沿程均匀泄流管道163

8.5管网水力计算基础165

8.5.1枝状管网165

8.5.2环状管网167

8.6有压管道中的水击169

8.6.1水击现象169

8.6.2水击压强的计算171

8.6.3水击波的传播速度172

8.6.4防止水击危害的措施173

思考题173

习题173

第9章明渠均匀流179

9.1概述179

9.1.1明渠流动的特点179

9.1.2明渠的分类180

9.2明渠均匀流的特征及其形成条件181

9.2.1明渠均匀流的特征181

9.2.2明渠均匀流的形成条件181

9.3明渠均匀流的水力计算182

9.3.1明渠均匀流的水力计算公式182

9.3.2明渠过流断面的几何要素183

9.3.3明渠水力最优断面和允许流速184

9.3.4明渠均匀流水力计算的基本问题186

9.4无压圆管均匀流187

9.4.1无压圆管均匀流的特征188

9.4.2过流断面的几何要素188

9.4.3无压圆管的水力计算188

9.4.4输水性能最优充满度189

9.4.5最大设计充满度、允许流速190

思考题191

习题191

第10章渗流192

10.1渗流的基本概念192

10.1.1水在土壤中的状态192

10.1.2土壤的渗流特性与岩土分类192

10.1.3渗流模型193

10.1.4渗流的分类193

10.1.5流速水头的处理193

10.2渗流基本定律193

10.2.1达西定律194

10.2.2达西定律的适用范围194

10.2.3渗透系数的确定194

10.2.4无压恒定渐变渗流的基本公式196

10.3井和集水廊道的渗流计算196

10.3.1普通完整井196

10.3.2自流完整井198

10.3.3集水廊道198

10.3.4大口井199

10.4井群的渗流计算199

10.4.1普通完整井的井群199

10.4.2自流完全井的井群200

思考题201

习题201

第11章气体紊流射流203

11.1气体自由射流的结构与特征203

11.1.1射流的结构203

11.1.2射流的基本特征203

11.2圆断面射流的运动分析205

11.2.1主体段轴心速度um205

11.2.2主体段断面流量Q205

11.2.3主体段断面平均流速v1206

11.2.4主体段质量平均流速v2206

11.2.5起始段核心长度sn及核心收缩角θ206

11.2.6起始段流量Q206

11.2.7起始段断面平均流速v1207

11.2.8起始段质量平均流速v2207

11.2.9公式小结208

11.3温差射流与浓差射流208

11.3.1温差射流的基本特征209

11.3.2圆断面温差射流运动分析209

11.3.3温差、浓差射流公式小结210

11.4旋转射流212

11.4.1旋转射流概述212

11.4.2旋转射流的流速分布212

11.4.3旋转射流的压强分布213

11.4.4旋转强度213

11.4.5无因次流量QQ0及QhQ0214

11.5有限空间射流214

11.5.1射流结构214

11.5.2动力特征215

11.5.3半经验公式215

11.5.4末端涡流区217

思考题217

习题217

第12章一元气体动力学基础219

12.1理想气体一元恒定流动基本方程219

12.1.1连续性方程219

12.1.2状态方程219

12.1.3动量方程219

12.1.4能量方程219

12.1.5理想气体过程方程220

12.2声速和马赫数221

12.2.1声速221

12.2.2马赫数222

12.2.3滞止参数223

12.2.4气流按不可压缩处理的限度224

12.3变截面喷管中的等熵流动225

12.3.1流动参数与截面积的关系226

12.3.2通过收缩喷管的最大流量227

12.4可压缩气体管道流动229

12.4.1等温流动229

12.4.2绝热流动232

思考题235

习题235

第13章流动要素量测236

13.1压强量测236

13.1.1连通器原理236

13.1.2压强量测仪器236

13.2流速量测239

13.2.1总压管239

13.2.2应用毕托(Pitot)管量测点流速240

13.2.3圆柱体测速管241

13.2.4其他流速量测仪器241

13.3流量量测243

13.3.1体积流量计243

13.3.2文丘里流量计243

13.3.3孔板流量计与喷嘴流量计244

13.3.4非压差式流量量测仪器245

13.4流动显示与全流场测速法246

13.4.1流场显示的示踪法246

13.4.2现代图像处理技术246

思考题247

习题247

第14章泵与风机的理论基础249

14.1泵与风机的分类及应用249

14.1.1叶片式泵与风机249

14.1.2容积式泵与风机250

14.1.3其他类型的泵与风机250

14.2离心式泵与风机的构造特点及性能参数251

14.2.1离心式泵的基本构造251

14.2.2离心式风机的基本构造253

14.2.3离心式泵与风机的性能参数255

14.3离心式泵与风机的基本方程——欧拉方程256

14.3.1流体在叶轮中的运动256

14.3.2欧拉方程257

14.3.3叶片片数有限对欧拉方程的修正257

14.3.4理论扬程HT的组成258

14.4叶型对离心式泵与风机性能的影响259

14.4.1叶型对理论扬程HT大小的影响259

14.4.2叶型对理论扬程HT组成的影响260

14.5离心式泵与风机的理论和实际特性曲线260

14.5.1泵与风机的理论特性曲线261

14.5.2泵与风机的损失与效率262

14.5.3泵与风机的实际特性曲线263

14.5.4泵与风机实际特性曲线的试验测定265

14.6相似律和比转数265

14.6.1相似条件266

14.6.2相似律266

14.6.3相似律的应用267

14.6.4比转数269

14.6.5比转数的意义269

14.7泵与风机的选择性能曲线图和性能参数表271

14.7.1泵或风机的通用性能曲线图271

14.7.2风机的选择性能曲线图和性能参数表271

14.7.3泵的综合性能曲线图和性能参数表272

14.8轴流式泵与风机273

14.8.1轴流式泵与风机构造及工作原理274

14.8.2轴流式泵与风机性能曲线的特点275

思考题275

习题276

第15章泵与风机的工作分析277

15.1管路特性曲线和工作点277

15.1.1管路特性方程和特性曲线277

15.1.2泵或风机的工作点278

15.2泵或风机的联合工作279

15.2.1并联工作279

15.2.2串联工作280

15.3泵与风机的工况调节281

15.3.1改变管路特性曲线的调节方法281

15.3.2改变泵或风机特性曲线的调节方法282

15.3.3轴流式泵与风机的调节285

15.4泵与风机的选择、安装和运行287

15.4.1泵的汽蚀与安装高度287

15.4.2泵与风机的选择290

15.4.3泵与风机和管路系统的连接291

15.4.4泵与风机的启动和运行292

15.5管道内的压力分布293

15.5.1液体管道内的压力分布293

15.5.2气体管道内的压力分布295

思考题296

习题296

习题答案298

附录本书各章主要专业术语中、英文对照301

主要参考文献304 2100433B