本书总体可概括为三个部分，第一部分涵盖了早期人们在研究流动问题中所获得的一些解析解，进而介绍近现代低速空气动力学中广泛应用的势流方法，以及当代的湍流统计理论与湍流模拟理论。第二部分涵盖了叶轮机械中的基本原理和主要应用的模型，包括流体微团曲线运动的加速度，旋转和曲率对边界层稳定性的影响，Bernoulli方程及其在叶轮机械中的应用，径流式叶轮的叶片载荷模型，离心式叶片的平均流线设计法，共形映射的理论基础，轴流式叶轮的径向平衡模型，射流-尾流模型，两类流面模型等。第三部分为附录部分，包括附录I张量分析，附录II曲线坐标系下基本方程的推导。另外，本书还给出了颗粒-流体两相流动的两个常见模型，并且对数值计算中的几个难点给予专题讨论。通过本书系统化的梳理，期望读者能够建立较全面的理论体系和视角，为从事研究或工程设计奠定扎实的基础。本书可作为流体机械相关专业高年级本科生及研究生教材，或叶轮机械相关技术人员参考。
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叶轮机械流体力学基础
出版社 科学出版社
版次
出版时间 年月
开本
作者 张启华
装帧 平装
页数
字数
编码
本书总体可概括为三个部分，部分涵盖了早期人们在研究流动问题中所获得的一些解析解，进而介绍近现代低速空气动力学中广泛应用的势流方法，以及当代的湍流统计理论与湍流模拟理论。第二部分涵盖了叶轮机械中的基本原理和主要应用的模型，包括流体微团曲线运动的加速度，旋转和曲率对边界层稳定性的影响，方程及其在叶轮机械中的应用，径流式叶轮的叶片载荷模型，离心式叶片的平均流线设计法，共形映射的理论基础，轴流式叶轮的径向平衡模型，射流尾流模型，两类流面模型等。第三部分为附录部分，包括附录张量分析，附录曲线坐标系下基本方程的推导。另外，本书还给出了颗粒流体两相流动的两个常见模型，并且对数值计算中的几个难点给予专题讨论。通过本书系统化的梳理，期望读者能够建立较全面的理论体系和视角，为从事研究或工程设计奠定扎实的基础。本书可作为流体机械相关专业高年级本科生及研究生教材，或叶轮机械相关技术人员参考。
前言
符号表
第章经典流动问题的精确解
量纲为一的基本方程
黏性占主导
惯性占主导
绕球体流动
流动
层流边界层相似解
其他几种层流解析解
平面流
流
平面滞止点流动
旋转圆盘上方流动
湍流边界层速度剖面
黏性底层速度剖面
对数律层速度剖面
边界层位移厚度和动量厚度
动量积分方程
平板边界层尾流
平面射流
和数及旋转流动方程
层及方程解析解
第章二维机翼绕流的势流理论及计算方法
二维机翼气动力计算
二维机翼绕流阻力计算
基本势流场的构造
均匀流
源和汇
均匀流场与源或汇的叠加
偶极子
偶极子与均流的叠加
涡流
产生升力的势流组合
无升力绕任意形状物体流场的构造
有升力绕任意形状物体流场的构造
第章湍流统计理论基础
湍流概述
流体基本方程
不可压缩流体基本方程
无源场方程
湍流统计方法
基本概念
统计平均
统计均匀流动方程
脉动速度关联式
基本定义
均质各向同性湍流
各向同性条件下的两点关联张量表达式
傅里叶变换
各向同性谱张量
能量平衡方程
假设
第章湍流模拟理论基础
湍流尺度
涡速度梯度相互作用
湍流能谱
雷诺应力微分方程
雷诺应力微分方程推导
边界层中雷诺应力符号分析
边界层中的剪应力
湍流模式基础
假设
代数模型
方程的模化和一方程模型
方程的模化和模型
壁面函数
模型
低雷诺数模型
雷诺应力模型
大涡模拟方法
亚格子模型
常数计算
第章叶轮机械流动模型
流体微团曲线运动的加速度
旋转和曲率对边界层稳定性的分析
方程及叶轮机械中的应用
方程
透平机械的方程
旋转坐标系下的方程
泵空化中的方程应用
翼栅混合损失的势流分析
第章叶轮机械设计模型
离心式叶轮的叶片载荷模型
背景
叶片载荷
径流和轴流式叶轮中力的分析
离心式叶轮的均匀流线设计法
螺线设计法
三维叶片的几何分析
共形映射基础
计算机图形设计系统简介
轴流式叶轮的径向平衡模型
第章气泡及颗粒两相流模型
方程
气泡溃灭界面速度
椭球体颗粒轨道运动方程
准备工作
流场构造
确定系数
椭球体受力和力矩
随体坐标系
欧拉角
细长体
参考文献
附录张量分析基础
向量张量分析及曲线坐标系
物理量的表征
向量代数运算
向量代数
向量分量和基
线性代数基础
矩阵定义和基本概念
矩阵与线性变换
向量微积分及通用坐标系
基本概念
曲线坐标系
正交曲线坐标系
张量分析
附录曲线坐标系下流体基本方程的推导
索引
第章 经典流动问题的精确解
自然界与工业中的绝大多数流动可用方程表述，然而其精确解却只存在于少数简化情形下。本章首先通过对不可压缩方程的量纲一化，分别给出黏性占主导和惯性占主导的两种简化模型，即方程和方程。其次，介绍绕球体流动、层流边界层、平面滞止点流动、旋转圆盘上方流动、平板边界层尾流、平面射流、层流动的解析解。中间延伸探讨了湍流边界层速度剖面的求解，以及动量积分方程。这些流动问题各具特色，在求解的过程中既需注意技巧的运用，同时，更要注意观察和抓住流动现象背后的物理内涵。
量纲为一的基本方程
黏性占主导
我们先给出不可压缩流动方程如下
用量纲为一的量分别表示长度、速度、时间和压力尺度，代入不可压缩方程，有
将式两端同除以，注意微分算子，及雷诺数，则式变为
对于黏性占主导，即雷诺数非常小的情形，比如时，式左边可以忽略不计。这样，式则变为
恢复为具有量纲的形式，即忽略式左边项，有
这就是不可压缩流动的方程。
惯性占主导
我们用量纲为一的量分别表示长度、速度、时间和压力尺度，代入不可压缩方程，有
将上式两端同除以，有
对于惯性占主导的流动，比如，时，将式右端第二项略去，有
恢复为有量纲方程，为
这就是方程，即忽略黏性项的方程。
绕球体流动
我们来分析黏性绕球体流动，此时，雷诺数，即满足式。这里，为便于分析，我们采用球坐标系，将坐标系固系于球体，坐标原点位于球心。这样，从该参考系观察，球体始终都是处于静止状态。设均匀来流方向沿着所在坐标轴正向，注意到，此时流动沿á方向是轴对称的，有，即流动简化为μ平面内的二维流动，这样，方程式变为
其中，算子项展开为
这样，代入式得到完整的方程为
这样，由方向对称性可知，球坐标系下的连续性方程为
该问题的边界条件为
式中，为球体半径；为无穷远自由流动速度。
这里，假设方程的解有如下形式
将各个导数项写出
代入连续性方程，有
上式对任意都成立，因此，的各次幂的系数都应为零，有
将式和式代入式中的运动方程，有
对于式将的各次幂的系数关系代入式，变为
整理后变为
将式和式代入式中的运动方程，有
整理变为
进一步整理后变为
对式积分，其压力可写为
对式积分，其压力可写为
式和式中各项系数应相同，有
可得，和。注意，当压力取无穷远自由流处的压力，即时，由式和式可知，常数μ。
再应用如下边界条件，即
将前面已得出的参数、、和，代入上式有
解出，并代入式有
同样地，将上述参数解代入式有
我们再计算出单位面积上所受的力，沿μ方向的分量如下
这样，总的作用力等于应力乘以球面积，为
如果用球的直径作为特征长度，为特征速度，可以写出球体的阻力系数如下
注意，式中雷诺数是以为长度尺度的。对于，上述结果已被试验所证明。
叶轮机械流体力学基础
出版社 科学出版社
版次
出版时间 年月
开本
作者 张启华
装帧 平装
页数
字数
编码
本书总体可概括为三个部分，部分涵盖了早期人们在研究流动问题中所获得的一些解析解，进而介绍近现代低速空气动力学中广泛应用的势流方法，以及当代的湍流统计理论与湍流模拟理论。第二部分涵盖了叶轮机械中的基本原理和主要应用的模型，包括流体微团曲线运动的加速度，旋转和曲率对边界层稳定性的影响，方程及其在叶轮机械中的应用，径流式叶轮的叶片载荷模型，离心式叶片的平均流线设计法，共形映射的理论基础，轴流式叶轮的径向平衡模型，射流尾流模型，两类流面模型等。第三部分为附录部分，包括附录张量分析，附录曲线坐标系下基本方程的推导。另外，本书还给出了颗粒流体两相流动的两个常见模型，并且对数值计算中的几个难点给予专题讨论。通过本书系统化的梳理，期望读者能够建立较全面的理论体系和视角，为从事研究或工程设计奠定扎实的基础。本书可作为流体机械相关专业高年级本科生及研究生教材，或叶轮机械相关技术人员参考。
前言
符号表
第章经典流动问题的精确解
量纲为一的基本方程
黏性占主导
惯性占主导
绕球体流动
流动
层流边界层相似解
其他几种层流解析解
平面流
流
平面滞止点流动
旋转圆盘上方流动
湍流边界层速度剖面
黏性底层速度剖面
对数律层速度剖面
边界层位移厚度和动量厚度
动量积分方程
平板边界层尾流
平面射流
和数及旋转流动方程
层及方程解析解
第章二维机翼绕流的势流理论及计算方法
二维机翼气动力计算
二维机翼绕流阻力计算
基本势流场的构造
均匀流
源和汇
均匀流场与源或汇的叠加
偶极子
偶极子与均流的叠加
涡流
产生升力的势流组合
无升力绕任意形状物体流场的构造
有升力绕任意形状物体流场的构造
第章湍流统计理论基础
湍流概述
流体基本方程
不可压缩流体基本方程
无源场方程
湍流统计方法
基本概念
统计平均
统计均匀流动方程
脉动速度关联式
基本定义
均质各向同性湍流
各向同性条件下的两点关联张量表达式
傅里叶变换
各向同性谱张量
能量平衡方程
假设
第章湍流模拟理论基础
湍流尺度
涡速度梯度相互作用
湍流能谱
雷诺应力微分方程
雷诺应力微分方程推导
边界层中雷诺应力符号分析
边界层中的剪应力
湍流模式基础
假设
代数模型
方程的模化和一方程模型
方程的模化和模型
壁面函数
模型
低雷诺数模型
雷诺应力模型
大涡模拟方法
亚格子模型
常数计算
第章叶轮机械流动模型
流体微团曲线运动的加速度
旋转和曲率对边界层稳定性的分析
方程及叶轮机械中的应用
方程
透平机械的方程
旋转坐标系下的方程
泵空化中的方程应用
翼栅混合损失的势流分析
第章叶轮机械设计模型
离心式叶轮的叶片载荷模型
背景
叶片载荷
径流和轴流式叶轮中力的分析
离心式叶轮的均匀流线设计法
螺线设计法
三维叶片的几何分析
共形映射基础
计算机图形设计系统简介
轴流式叶轮的径向平衡模型
第章气泡及颗粒两相流模型
方程
气泡溃灭界面速度
椭球体颗粒轨道运动方程
准备工作
流场构造
确定系数
椭球体受力和力矩
随体坐标系
欧拉角
细长体
参考文献
附录张量分析基础
向量张量分析及曲线坐标系
物理量的表征
向量代数运算
向量代数
向量分量和基
线性代数基础
矩阵定义和基本概念
矩阵与线性变换
向量微积分及通用坐标系
基本概念
曲线坐标系
正交曲线坐标系
张量分析
附录曲线坐标系下流体基本方程的推导
索引
第章 经典流动问题的精确解
自然界与工业中的绝大多数流动可用方程表述，然而其精确解却只存在于少数简化情形下。本章首先通过对不可压缩方程的量纲一化，分别给出黏性占主导和惯性占主导的两种简化模型，即方程和方程。其次，介绍绕球体流动、层流边界层、平面滞止点流动、旋转圆盘上方流动、平板边界层尾流、平面射流、层流动的解析解。中间延伸探讨了湍流边界层速度剖面的求解，以及动量积分方程。这些流动问题各具特色，在求解的过程中既需注意技巧的运用，同时，更要注意观察和抓住流动现象背后的物理内涵。
量纲为一的基本方程
黏性占主导
我们先给出不可压缩流动方程如下
用量纲为一的量分别表示长度、速度、时间和压力尺度，代入不可压缩方程，有
将式两端同除以，注意微分算子，及雷诺数，则式变为
对于黏性占主导，即雷诺数非常小的情形，比如时，式左边可以忽略不计。这样，式则变为
恢复为具有量纲的形式，即忽略式左边项，有
这就是不可压缩流动的方程。
惯性占主导
我们用量纲为一的量分别表示长度、速度、时间和压力尺度，代入不可压缩方程，有
将上式两端同除以，有
对于惯性占主导的流动，比如，时，将式右端第二项略去，有
恢复为有量纲方程，为
这就是方程，即忽略黏性项的方程。
绕球体流动
我们来分析黏性绕球体流动，此时，雷诺数，即满足式。这里，为便于分析，我们采用球坐标系，将坐标系固系于球体，坐标原点位于球心。这样，从该参考系观察，球体始终都是处于静止状态。设均匀来流方向沿着所在坐标轴正向，注意到，此时流动沿á方向是轴对称的，有，即流动简化为μ平面内的二维流动，这样，方程式变为
其中，算子项展开为
这样，代入式得到完整的方程为
这样，由方向对称性可知，球坐标系下的连续性方程为
该问题的边界条件为
式中，为球体半径；为无穷远自由流动速度。
这里，假设方程的解有如下形式
将各个导数项写出
代入连续性方程，有
上式对任意都成立，因此，的各次幂的系数都应为零，有
将式和式代入式中的运动方程，有
对于式将的各次幂的系数关系代入式，变为
整理后变为
将式和式代入式中的运动方程，有
整理变为
进一步整理后变为
对式积分，其压力可写为
对式积分，其压力可写为
式和式中各项系数应相同，有
可得，和。注意，当压力取无穷远自由流处的压力，即时，由式和式可知，常数μ。
再应用如下边界条件，即
将前面已得出的参数、、和，代入上式有
解出，并代入式有
同样地，将上述参数解代入式有
我们再计算出单位面积上所受的力，沿μ方向的分量如下
这样，总的作用力等于应力乘以球面积，为
如果用球的直径作为特征长度，为特征速度，可以写出球体的阻力系数如下
注意，式中雷诺数是以为长度尺度的。对于，上述结果已被试验所证明。
| ISBN | 9787030510174 |
|---|---|
| 出版社 | 科学出版社有限责任公司 |
| 作者 | 张启华 |
| 尺寸 | 5 |