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| 內容簡介： |
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本书以工程流体力学基本理论为基础，着重于流体力学在土木工程、给排水科学与工程及环境工程等领域的应用。全书共分为10章，主要内容包括绪论，流体静力学，流体运动学，流体动力学基础，量纲分析与相似理论，流动阻力和水头损失，孔口、管嘴出流和有压管流，明渠流，堰流，渗流。每章都配有与工程实践相关的例题和习题，书末附有部分课后习题的参考答案。本书不仅可作为高等学校理工科力学、工程热物理、水利、土木、热能、化工、环境等相关专业本科生工程流体力学课程的教材，还可作为相关行业工程技术人员的参考书。
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序前言核心知识点视频二维码清单第1章绪论11.1概述11.2流体的连续介质模型111.3流体的主要物理性质121.4作用在流体上的力17思维导图18课后习题18第2章流体静力学262.1流体静压强的性质262.2流体平衡微分方程282.3重力场中液体静压强的分布规律322.4流体压强的量测372.5静止液体作用在平面上的总压力422.6静止液体作用在曲面上的总压力47思维导图53课后习题53第3章流体运动学653.1流体运动的描述方法653.2流体运动的若干基本概念703.3流体运动的连续性方程803.4流体微团运动分析86思维导图91课后习题92第4章流体动力学基础1014.1流体运动微分方程1024.2恒定元流伯努利方程1104.3恒定总流伯努利方程1164.4恒定总流动量方程125思维导图131课后习题132第5章量纲分析与相似理论1435.1量纲分析1435.2相似原理1495.3模型实验153思维导图155课后习题155第6章流动阻力和水头损失1636.1流动阻力和水头损失的分类1646.2黏性流体的两种流态1666.3沿程水头损失与切应力的关系1716.4圆管中的层流运动1736.5紊流运动1776.6紊流的沿程水头损失1836.7局部水头损失195思维导图202课后习题203第7章孔口、管嘴出流和有压管流2127.1孔口出流2127.2管嘴出流2187.3短管水力计算2217.4长管水力计算2267.5有压管道中的水击233思维导图240课后习题240第8章明渠流2518.1明渠的分类2518.2明渠均匀流2538.3明渠恒定非均匀流的若干基本概念2668.4水跃和水跌2748.5明渠恒定非均匀渐变流的基本微分方程2798.6明渠恒定非均匀渐变流的水面曲线分析280思维导图286课后习题286第9章堰流2939.1堰流的定义及其分类2939.2堰流的基本公式2979.3堰流的水力计算299思维导图307课后习题307第10章渗流31310.1概述31310.2渗流基本定律31410.3地下水的渐变渗流31610.4井和井群319思维导图324课后习题324附录课后部分习题参考答案331参考文献339
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工程流体力学是一门应用性和实践性较强的基础学科，是力学的一个分支，主要研究在各种力的作用下流体本身的静止状态和运动状态，以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动规律。自20世纪60年代起，工程流体力学开始和其他学科互相交叉渗透，形成了新的交叉学科或边缘学科，涉及采矿、土木、水利、交通、地质、能源、海洋、军事等工程应用领域。我国土地面积为960万km2，多年平均年降水总量约为6万亿m3，折合年降水深为628mm，比亚洲平均年降水深少114mm。根据1956—1979年同步期年径流资料分析计算，全国河川年径流量的多年平均值为27120亿m3，中等干旱年为24530亿m3，严重干旱年为22420亿m3。全国地下水矿化度小于2g/L的淡水区面积约为860万km2，多年平均地下水年补给量为8250亿m3。我国河川径流总量与世界各国比较，居世界第六位。按人口平均每人占有年径流量2670m3，相当于世界平均数的1/4；按耕地平均每亩占有年径流量1800m3，约相当于世界平均数的2/3。工程流体力学为科学技术进步和国民经济发展做出了重要贡献：都江堰的创建，以不破坏自然资源，充分利用自然资源为人类服务为前提，变害为利，使人、地、水三者高度协合统一，开创了我国古代水利史上的新纪元，在世界水利史上写下了光辉的一章；三峡工程是治理和开发长江的关键性骨干工程，是当今世界最大的水利水电枢纽，它是在我国计划经济向市场经济转变时期进行建设的，改革、开放、创新是建设过程的主旋律，对我国经济、社会发展有着重大意义。我所从事的煤炭行业是国家能源的主要来源之一，也是国家经济的重要支柱之一。地下水不仅具有资源、环境、生态、能源、信息等多重性，还存在灾害这一重要属性。在采掘过程中因扰动破坏含水层（组、带）结构诱发的突（透）水矿难，是地下水灾害的典型代表。针对严重的地下水突水灾害，加强基础理论的学习和研究，是不断深化对我国矿山水害基本认识的前提。流体是前述所有基础设施工程建设与资源能源开发的介质，或作为工程结构，或作为工程环境，流体的复杂性决定了工程的复杂性，学习、掌握流体的力学特征与基本性质，是工程技术人员和相关专业在校学生的基础学习内容，也是未来工程建设与运营安全的根本保障。工程流体力学研究的根本目的是解决实际工程中遇到的难题，具有应用范围广和多行业背景的显著特点，也决定了其力学原理的科学性和工程应用的艺术性。流体具有连续性、流动性、压缩性、膨胀性等性质，目前人们对于流体的认知水平及可采用的分析手段有限，针对具体的流体工程问题，其研究思路与工程理念必须是“理论导向、经验判断、小心求证、大胆诊治”，既不能由于理论分析的理想化而回避理论推导，也不能因为经验分析的定性局限而忽视工程经验。这就要求工程流体力学领域的学生和从业人员必须建立正确的力学概念和工程概念，只有摆正了科学认知的态度和定位，才谈得上学科的发展和创新。在当下工程流体力学教材知识陈旧、老一辈开拓者与新生代接力的关键时期，急需结合工程流体力学最新理论和实践进展，出版一本力学概念明确、工程概念清晰的教材，以适应工程流体力学教学及工程实践的需要。我很高兴地看到，在王雁冰副教授的积极筹划下，由众多学者联合编写的这本《工程流体力学·基础教程》教材如期付梓。该教材突出了我们所强调的力学概念和工程概念。同时，书中囊括了中国学者对工程流体力学学科发展的重要贡献，展示了中国水利工程的伟大成就，强化了对学生世界观、人生观和价值观的教育，引导学生树立正确的国家观、民族观、历史观和文化观。这本书突破了传统专业课程教材形式单一的局限，融传统文本与新媒体手段于一体，是一本展现时代特征的新形态教材。二维码中丰富的工程流体力学知识点视频，能很好地适应5G时代多媒体迅猛发展条件下的新教学环境和从业人员终身学习的实际需求，是一本不可多得的教材和专业基础参考书。对于从事工程流体力学相关专业的技术人员，无论是否系统地学习过工程流体力学课程，这本书都值得阅读。中国工程院院士工程流体力学是研究流体的力学运动规律及其应用的学科，主要研究在各种力的作用下流体本身的静止状态和运动状态，以及流体和固体壁面、流体和流体间、流体与其他运动形态之间的相互作用和流动的规律。工程流体力学是力学的一个重要分支，侧重于生产生活上的实际应用，它不追求数学上的严密性，而是趋向于解决工程中出现的实际问题。对工程流体力学学科形成第一个做出贡献的是古希腊的阿基米德。他建立了含物理浮力定律及浮体稳定性在内的液体平衡理论，奠定了流体静力学的基础。15世纪，意大利达·芬奇的著作谈到关于水波、管流、水力机械、鸟的飞翔原理等问题。17世纪，帕斯卡阐明了静止流体中压力的概念。力学奠基人牛顿研究了在流体中运动的物体所受到的阻力，得出阻力与流体密度、物体迎流截面面积及运动速度的平方成正比的关系。牛顿针对黏性流体运动时的内摩擦力提出了牛顿黏性定律。但是，他并未建立工程流体力学的理论基础，他提出的许多力学模型及结论与实际情形存在较大的差别。近30年来，以我国为代表的一批发展中国家，基础设施建设发展速度之快、规模之大，举世罕见。工程实践的需求引领了工程流体力学的深入发展，学科的发展也为工程实践提供了理论基础与指导。尤其是在我国长江三峡大坝水利枢纽工程、南水北调工程、西气东输工程、港珠澳大桥等超级工程的建设中，复杂的工程流体力学难题被一一攻克，一次又一次地刷新了工程流体力学研究的深度与广度，有力地促进了相关学科的深化与发展。流体具有易流动性、可压缩性、黏性。由大量的、不断地做热运动而且无固定平衡位置的分子构成的流体，都有一定的可压缩性。液体的可压缩性很小，而气体的可压缩性较大，在流体的形状改变时，流体各层之间也存在一定的运动阻力。与其他工程材料不同。虽然目前对工程流体力学行为的研究与认识不断加深，采用的分析方法不断向精细化、智能化方向发展，但与工程实践的复杂需求仍存在很大差距。作为众多工程领域的理论基础，工程流体力学仍有待深入研究。工程流体力学是航天、水利、采矿、土木、交通、地质等多个工程专业的必修课，涉及行业十分广泛，属于典型的跨学科通用课程，且应用性强，是一门由“理论+实验+实践”组成的特色课。为适应新时代国家对人才培养及新工科建设的要求，培养基础扎实、知识面宽、综合素质高、实践能力强的复合型人才，打造内容正确全面、适用于各类工程流体领域、反映当前工程流体力学学科发展水平、体现教改成果应用的工程流体力学教材，是学科发展的迫切需求，更是有效调动学生学习能力、提升教学效果的基础保障。本书以全面、新颖的视角，综合分析了工程流体力学课程知识点的逻辑关系与教学需求，重新梳理了教材的整体架构，厘清了各教学章节的内在关联性，在不同章节分别融入了专业领域的工程案例。本书共10章。第1章介绍了工程流体力学的任务、发展简史、研究方法，以及工程流体力学在土木工程中的应用；第2章以葛洲坝水利枢纽为导引，介绍了流体静力学；第3章、第4章分别以红旗渠、京杭大运河为导引，介绍了流体运动学及动力学基础；第5章以我国核潜艇事业为导引，介绍了量纲分析与相似理论；第6章以“五利俱全”的代表性水利工程——丹江口水利工程为导引，介绍了流体阻力和水头损失；第7章以广西最大最长的峡谷——大藤峡为导引，介绍了孔口、管嘴出流和有压管流；第8章、第9章分别以郑国渠与都江堰水利工程为导引，介绍了明渠流与堰流；第10章以世界最长的公路沉管隧道和唯一的深埋沉管隧道——港珠澳大桥海底隧道为导引，介绍了渗流的相关内容。编者倾尽学力，然沧海一粟，谨希望本书的出版可为我国工程流体力学课程的教学做出一点贡献，为在校师生及工程流体力学与相关工程的从业者提供一些帮助。由于编者水平有限，书中不足之处在所难免，望各位读者不吝赐教、批评指正，以便重印或再版时得以修正和完善。编者
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