船舶流體力學

全書系統地介紹了船舶與海洋工程專業所需的流體力學知識 內容包括：緒論講述流體力學的研究對象、發展簡史、研究內容、研究方法以及流體的主要物理性質流體靜力學講述靜止流體的平衡方程、靜止流體對物體表面的作用力及力矩、流體的相對平衡流體運動學講述流體運動的主要描述方法、跡線與流線、連續方程、流函數和勢函數理想流體動力學講述理想流體的運動方程、伯努利積分和拉格朗日積分、動量定理和動量矩定理流體渦旋運動基本理論講述速度環量定理、渦旋運動基本定理、渦旋誘導的速度場勢流理論講述復勢和復速度、典型平面流動的復勢、平面勢流的保角變換法、鏡像定理、平面定常繞流物體受力計算、附加質量概念和計算水波理論講述水波問題的基本方程和定解條件、平面駐波和進行波、波群與波速度、船行波、波能與波阻粘性流體動力學講述粘性流體應力形式的運動微分方程、納維爾—斯托克斯方程、不可壓縮粘性流動的準確解、湍流理論、管道計算相似理論與量綱分析講述流動相似準則、量綱分析方法及其應用邊界層理論講述邊界層概念及基本方程、邊界層動量積分方程、平板層流與湍流邊界層求解、邊界層分離、流動阻力及其減小方法本書可作為船舶與海洋工程及其相近工科專業本科生的流體力學課程教材也可作為從事上述專業教學和研究人員的參考書

第1章緒論

1.1 流體力學研究對象1

1.2 流體力學發展簡史2

1.3 流體的連續介質假設3

1.4 流體的主要物理性質4

1.4.1 流體的流動性4

1.4.2 流體密度、比重與比容4

1.4.3 流體的粘性和牛頓內摩擦定律5

1.4.4 流體的壓縮性和膨脹性9

1.5 作用在流體上的力12

1.5.1 質量力（體積力）12

1.5.2表面力12

1.5.3理想流體中一點處的應力13

習題15

第2章流體靜力學16

2.1流體靜力學基本方程及其應用16

2.1.1靜止流體的平衡微分方程16

2.1.2重力場中不可壓靜止流體的壓力分佈19

2.1.3靜力學基本方程的應用測壓計23

2.1.4非慣性坐標系中靜止流體的壓強分佈*27

2.2靜止流體對物體表面的作用力及力矩31

2.2.1靜止流體對平板的作用力31

2.2.2靜止流體對柱面的作用力35

2.2.3靜止流體對任意曲面的作用力38

2.3浮力及其浮體的穩定性39

2.3.1浮力阿基米德定律39

2.3.2潛體及浮體的穩定性*42

習題43

第3章流體運動學47

3.1流動圖形觀察47

3.2描述流體運動的兩種方法49

3.2.1流體質點和空間點50

3.2.2拉格朗日法（質點法）50

3.2.3歐拉法（空間點法）52

3.2.4拉格朗日法和歐拉法之間的轉換*54

3.3跡線與流線57

3.3.1跡線57

3.3.2流線58

3.3.3流面、流管、流束、過流斷面、元流、總流59

3.3.4流量與斷面平均速度60

3.4流動的分類61

3.4.1定常流動和非定常流動61

3.4.2均勻流動與非均勻流動62

3.4.3緩變流與急變流62

3.4.4有壓流、無壓流與射流63

3.4.5空間流動（三維流動）、平面流動和軸對稱流動（二維流動）63

3.5連續方程65

3.5.1系統與控制體 65

3.5.2輸運公式(流體系統內物理量對時間隨體導數公式)66

3.5.3連續方程68

3.6流函數及其性質72

3.6.1流函數的定義72

3.6.2流函數與速度的關係73

3.6.3流函數與流線、流量的關係73

3.7流體微團的運動分析75

3.7.1亥姆霍茲速度分解定理75

3.7.2流體微團的運動分析78

3.7.3流體有旋運動與無旋運動82

3.8無旋運動的勢函數85

3.8.1速度勢的定義86

3.8.2速度勢與速度投影的關係87

3.8.3速度勢與流線、流函數的關係87

3.8.4速度勢φ和流函數ψ求解88

3.8.5不可壓縮流體平面勢流89

習題93

第4章理想流體動力學94

4.1理想流體運動方程歐拉運動微分方程94

4.1.1歐拉運動微分方程的導出94

4.1.2歐拉運動方程的各種形式96

4.1.3理想流體運動微分方程組的封閉性97

4.2伯努利積分（定常運動、沿流線或渦線的積分）98

4.3拉格朗日積分（無旋流場的伯努利積分）100

4.4兩種積分的意義及其應用101

4.4.1積分的意義101

4.4.2測速計伯努利積分的應用103

4.4.3拉格朗日積分的應用*108

4.5動量定理、動量矩定理及其應用110

4.5.1動量定理及動量矩定理111

4.5.2動量定理及動量矩定理的應用113

習題123

第5章流體渦旋運動基本理論127

5.1渦線、渦面、渦管、渦通量和渦管強度127

5.2速度環量定理（斯托克斯定理）128

5.2.1速度環量128

5.2.2速度環量定理128

5.2.3復連域斯托克斯定理130

5.3渦旋運動基本定理133

5.3.1開爾文定理（湯姆遜定理）133

5.3.2拉格朗日渦保持性定理（渦量不生不滅定理）134

5.3.3亥姆霍茲三定理135

5.4理想流體的渦量輸運方程*138

5.5渦旋誘導的速度場（畢奧薩伐爾定理）139

5.5.1直線渦束誘導的速度場140

5.5.2渦群的運動*141

習題144

第6章勢流理論145

6.1不可壓縮勢流問題的基本方程和邊界條件145

6.1.1不可壓縮勢流問題的基本方程145

6.1.2勢流問題的邊界條件145

6.1.3勢流問題的初始條件146

6.1.4勢流問題的求解方法147

6.2復勢和復速度147

6.2.1復勢和復速度147

6.2.2復勢的可疊加性149

6.3平面基本流動的復勢149

6.3.1均勻直線流149

6.3.2平面點源和點匯149

6.3.3平面點渦150

6.3.4平面偶極150

6.4平面勢流基本解的疊加151

6.4.1均勻流和點源的疊加151

6.4.2均勻流和一對等強度源、匯的疊加153

6.4.3均勻流和偶極的疊加154

6.4.4繞圓柱體無環量流動155

6.4.5繞圓柱體有環量流動160

6.5平面勢流的保角變換法164

6.5.1保角變換的概念和對應的流動關係164

6.5.2幾種常用的保角變換關係166

6.5.3繞平板無環流流動169

6.5.4繞平板有環流流動172

6.6鏡像定理*174

6.6.1平面定理174

6.6.2圓周定理177

6.7平面定常繞流物體的受力計算178

6.7.1作用力和作用力矩的卜拉修斯公式178

6.7.2庫塔儒可夫斯基定理180

6.8非定常無旋繞流問題*180

6.8.1相對運動速度勢和絕對運動速度勢180

6.8.2非定常運動速度勢的求解181

6.8.3附加慣性力和附加質量183

習題187

第7章水波理論189

7.1水波概念189

7.2水波問題的基本方程和定解條件190

7.2.1基本方程190

7.2.2邊界條件192

7.2.3初始條件194

7.3水波問題的線性化194

7.4平面駐波196

7.4.1平面駐波的解196

7.4.2平面駐波的特徵198

7.5平面進行波202

7.5.1平面進行波的解202

7.5.2平面進行波的特徵204

7.6淺水波208

7.7波群與群速度212

7.8船行波及開爾文波系*214

7.8.1船行波214

7.8.2船行波的形成215

7.8.3開爾文波系及船行波的波形216

7.9波能的轉移及興波阻力218

7.9.1波浪能量218

7.9.2能量的轉移219

7.9.3興波阻力221

習題221

第8章粘性流體動力學223

8.1應力及廣義牛頓內摩擦定律223

8.1.1粘性流場中任意一點處的應力狀態223

8.1.2廣義牛頓內摩擦定律——本構方程228

8.2納維爾斯托克斯方程233

8.2.1應力形式的運動微分方程233

8.2.2NS方程235

8.2.3粘性流體運動的基本特徵237

8.3不可壓縮粘性流動的精確解238

8.3.1平行平板間的定常層流運動238

8.3.2圓管內的定常層流運動240

8.3.3往複振蕩平板引起的層流運動*244

8.4湍流及其運動特徵246

8.5雷諾湍流方程249

8.6普朗特混合長度理論252

8.7圓管內的湍流254

8.7.1引言254

8.7.2圓管內的湍流速度分佈257

8.7.3圓管內的摩擦阻力係數260

8.8管道流動局部損失263

8.9管路計算267

習題271

第9章相似理論與量綱分析273

9.1流動相似及相似準則數273

9.1.1流動相似273

9.1.2相似準則數276

9.2量綱分析法279

9.2.1量綱、基本量綱、導出量綱及基本物理量279

9.2.2流體力學中常用物理量的量綱及量綱方程式280

9.2.3量綱一致性原則281

9.2.4π定理281

9.3相似理論的應用283

習題285

第10章邊界層理論286

10.1邊界層概念287

10.2邊界層的流動狀態289

10.3邊界層基本微分方程290

10.3.1層流邊界層微分方程290

10.3.2邊界層近似的推廣294

10.4邊界層動量積分方程296

10.5平板層流邊界層300

10.6平板湍流邊界層301

10.7平板混合邊界層305

10.8曲面邊界層308

10.9邊界層分離及引起的阻力310

10.10卡門渦街*314

10.11圓柱與圓球繞流阻力316

10.12流動阻力及其減小辦法320

習題322

參考文獻324