《工程流体力学（第二版）》是根据机械、动力类专业40～50学时的工程流体力学课程教学要求组织编写的。全书除绪论外共分7章：流体的主要物理性质、流体静力学、流体动力学基础、流体在圆管中的流动、孔口出流、缝隙流动和可压缩气体的一元流动。各章后配有思考与练习题，并附有参考答案，方便学生自测和复习。
《工程流体力学（第二版）》可作为机械类及近机械类各专业本科生及专科生工程流体力学课程教材，也可供相关技术人员参考。
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本书是根据机械、动力类各专业工程流体力学课程的教学要求，参考教育部流体力学课程教学指导小组制定的《工程流体力学课程教学基本要求》，及2006年四川流体力学会议上的《流体力学水力学资源库框架》编写而成的。全书除绪论外共分7章。从绪论到第3章为流体力学的基础理论，第4～7章为流体力学在各方面的应用。各章之间具有相对的独立性，学校可根据各自的教学要求组合成不同形式的教学模块。
科学技术的不断发展，对工程流体力学的教学内容和教学方法提出了更高的要求。本着以培养面向21世纪创新人才为宗旨，以“基于研究的教学”和“大学生自主学习”的理念为导向，要求构建以培养学生创新能力为核心的新课程体系。在编写教材时，我们力求加强基础、强调应用，在介绍基础理论的同时，大量介绍工程应用问题。
本书以吉林大学机械学院流体力学教研室的教师为主要编写队伍，河北科技大学任欧旭老师也参与了部分章节的编写。全书根据编者多年的教学经验和教学实践编写而成，经多次讨论和修改，最终成稿。参加本书编写的有：吉林大学赵晓影（绪论、第1章）、王辉（第3章）、于萍（第4章6～7节）、沙永柏（第5章）、张萃（第6章）、朱黎辉（第7章），河北科技大学任欧旭（第2章、第4章1～5节）。本书由于萍担任主编，并完成全书的修改和统稿工作。
本次再版对全书重新作了修订，对已发现的问题及疏漏均加以改正，但由于作者水平有限，仍有可能存在差错，恳请读者批评、指正。
编者
2014年11月
目录
前言
绪论
第1章流体的主要物理性质 3
1.1连续介质概论 3
1.2流体的密度和相对密度 4
1.3流体的黏性 5
1.3.1黏性产生的原因 5
1.3.2牛顿内摩擦定律 5
1.3.3流体的黏度 6
1.3.4理想流体 8
1.4流体的膨胀性和压缩性 10
1.4.1体胀系数 10
1.4.2压缩系数和体积弹性系数 10
1.4.3不可压缩流体的概念 11
本章小结 12
思考与练习 12
第2章流体静力学 15
2.1作用在流体上的力 15
2.1.1质量力 15
2.1.2表面力 16
2.1.3流体静压强 16
2.2流体平衡微分方程 17
2.2.1流体平衡微分方程的导出 17
2.2.2质量力的势函数 1 8
2.2.3等压面 19
2.3重力场中的平衡流体 20
2.3.1不可压缩流体的静压强基本公式 20
2.3.2可压缩流体的静压强分布公式 22
2.4静压强的计算与测量 23
2.4.1静压强的计算单位 23
2.4.2静压强的计算标准 24
2.4.3静压强的测量 24
2.5平衡流体对壁面的作用力 27
2.5.1作用在倾斜平面上的总压力 28
2.5.2作用在曲面上的总压力 3 1
2.5.3作用在沉没物体上的总压力 35
2.6流体在非惯性坐标系中的相对平衡 35
2.6.1等加速水平直线运动容器中液体的相对平衡 36
2.6.2等角速度旋转容器中液体的相对平衡 36
本章小结 38
思考与练习 39
第3章流体动力学基础 45
3.1研究流体流动的方法 45
3.1.1拉格朗日法 45
3.1.2欧拉法 46
3.2流动的分类 47
3.2.1定常流动和非定常流动 47
3.2.2—维流动、二维流动和三维流动 48
3.2.3均匀流和非均匀流 48
3.2.4缓变流和急变流 49
3.3用欧拉法描述流体运动的基本概念 49
3.3.1流线 49
3.3.2流管、流束、有效断面 50
3.3.3流量 51
3.3.4平均流速 51
3.4 系统与控制体 51
3.5连续方程 53
3.6实际流体的运动微分方程（纳维-斯托克斯方程） 54
3.7能量方程 58
3.8伯努利方程及其应用 60
3.8.1伯努利方程的几何意义及物理意义 60
3.8.2伯努利方程在工程实际中的应用 61
3.9沿流线主法线方向压强和速度的变化 63
3.10 黏性流体总流的伯努利方程 64
3.11动量方程与动量矩方程 66
3.11.1惯性坐标系中的动量方程与动量矩方程 66
3.11.2定常管流的动量方程 66
3.11.3动量方程的应用 67
3.12旋流、势流及涡 74
3.12.1流体质点的变形与旋转运动 74
3.12.2旋流、势流及涡的概念 76
3.13点涡速度场的规律及其应用 77
3.13.1点涡速度场的概念和模型 77
3.13.2无旋流动的能量方程 78
3.13.3圆周运动的压强与速度的关系 79
3.13.4点涡速度场的规律 80
3.13.5涡核内外部流场静压头及总水头 80
3.13.6旋风分离器压强损失的分析 82
3.14涡轮机械基本方程 83
本章小结 85
思考与练习 85
第4章流体在圆管中的流动 91
4.1雷诺实验 91
4.1.1M流織流 92
4.1.2流动状态的判定 92
4.1.3沿程损失与速度的关系 93
4.1.4水力直径的概念 94
4.2圆管中的层流流动 95
4.2.1流速分布和流量 95
4.2.2平均流速和最大流速 97
4.2.3层流的动能和动量修正系数 97
4.2.4层流的沿程损失 97
4.2.5管路进口起始段 99
4.3圆管中的湍流流动 99
4.3.1时均流动与脉动 101
4.3.2混合长度理论 102
4.3.3湍流的速度分布 105
4.4管路流动的沿程阻力 107
4.4.1尼古拉兹实验 108
4.4.2莫迪图 111
4.5管路流动的局部阻力 115
4.5.1局部损失产生的原因 115
4.5.2管路突然扩大的局部阻力 116
4.5.3几种常用的局部阻力系数 116
4.5.4局部损失一般表达式 120
4.5.5局部阻力的相互干扰 120
4.6管路计算 121
4.6.1简单管路 122
4.6.2串联管路 123
4.6.3并联管路 124
4.6.4管路特性 126
4.7 水击现象 128
4.7.1水击的物理过程 128
4.7.2水击压强和水击波的传播速度 130
4.7.3防止水击危害的措施 132
本章小结 132
思考与练习 133
第5章孔口出流与相似原理 141
5.1孔口出流概述 141
5.1.1薄壁孔口和厚壁孔口 141
5.1.2自由出流和淹没出流 142
5.1.3完善收缩和不完善收缩 142
5.1.4恒定出流和非恒定出流 143
5.2薄壁孔口恒定出流 143
5.2.1薄壁孔口出流的速度和流量计算 143
5.2.2孔口出流系数 145
5.3厚壁孔口恒定出流 145
5.3.1厚壁孔口出流的速度和流量 146
5.3.2孔口出流系数 146
5.3.3不同孔口出流系数 148
5.4机械中的气穴现象 150
5.4.1气穴与气蚀 150
5.4.2节流气穴 151
5.4.3泵进口处的气穴 152
5.5相似原理 152
5.5.1流体的力学相似 153
5.5.2动力相似准则 154
5.5.3近似模型法 157
本章小结 161
思考与练习 161
第6章缝隙流动 165
6.1平行平面缝隙 165
6.1.1速度分布规律与流量 165
6.1.2切应力与摩擦力 166
6.1.3功率损失与最佳缝隙 167
6.2环形缝隙 167
6.2.1同心环形缝隙 167
6.2.2偏心环形缝隙 168
6.3平行圆盘缝隙 169
6.3.1放射流动 169
6.3.2挤压流动 170
6.4倾斜平面间的缝隙流动 171
6.4.1缝隙间的速度分布 171
6.4.2压强分布与流量 172
6.4.3柱塞运动中的卡紧力 173
6.4.4动压支撑的支撑力 174
本章小结 176
思考与练习 176
第7章可压缩气体的一元流动 180
7.1声速和马赫数 180
7.1.1声速 180
7.1.2马赫数 182
7.2可压缩气体一元流动的基本方程 184
7.2.1可压缩性气体总流的连续性方程 184
7.2.2可压缩性气体的能量方程 185
7.2.3可压缩性气体的运动方程 186
7.3—元气体的流动特性 186
7.3.1滞止状态和滞止参数 186
7.3.2最大速度状态 188
7.3.3临界状态和临界参数 188
7.4气体在半截面管(喷管)中的流动 189
7.4.1马赫数和截面面积的关系 190
7.4.2渐缩喷管和拉瓦尔喷管 191
本章小结 195
思考与练习 195
参考文献 198
第1章流体的主要物理性质
流体的平衡和运动规律与其自身的物理性质紧密相关，因此有必要对流体的物理性质进行了解，本章将介绍流体的一主要物理性质。
要求学生通过本章的学习了解流体力学的基本概念、流体的主要物理特性。
1．1连续介质概论
流体和固体一样是由大量分子组成的，并且每个分子都不断地做随机热运动，分子与分子之间存在着分子力的作用。流体包括液体与气体，由于具体形态的不同，气体、液体与固体的属性又有着一定的差别：首先，在相同体积的条件下，固体的分子数目多于液体，而液体又多于气体；其次，在相同分子距的条件下，固体分子力大于液体，而液体大于气体；再次，在外界温度、压强等条件相同的条件下，固体分子距最小，液体分子距次之，气体分子距最大。上述特点决定了气体分子可以在所给的空间内做自由运动，而液体分子只能在小范围内做不规则热运动，固体分子却只能围绕其自身位置做微小的振动。
上述微观结构上的差异导致宏观表象的不同。从受力方面考虑，在绪论中已述及，固体既能承受压力又能承受拉力和剪切力；而流体主要承受压力，不能承受拉力，在微小剪切力的作用下就会产生连续的变形。固体受一定大小外力的作用后产生的变形在外力消除后可以自动恢复；而流体流动后，其变形是不能自行消除的。此外，固体有一定的体积和形状；液体有一定的体积，而无一定的形状；气体既无一定的体积，也无一定的形状。
流体是由无数分子组成的，而分子与分子间有空隙，即从微观角度看，流体并不是连续分布的物质。由于流体力学的任务是要研究宏观流体的运动规律，因而它不研究微观的分子运动。在研究流体的宏观运动中，引用了流体质点和连续介质两个理论模型。
所谓流体质点，就是流体中宏观尺寸非常小而微观尺寸又足够大的任意一个物理实体，也称流体微团。宏观尺寸非常小是指流体质点所占据的宏观体积极限为零；微观尺寸足够大是指流体质点的微观体积大于流体分子尺寸的数量级，即流体质点包含着大量的分子。由于包含大量的分子，所以流体质点就具有了统计平均特性，使得各宏观物理量具有意义。
……
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