流體力學

緒論
第1章 流體的宏觀模型和物理屬性
1.1 流體的連續介質假設
1.2 流體的主要物理性質
1.2.1 慣性
1.2.2 壓縮性和膨脹性
1.2.3 粘性
1.2.4 液體的表面張力和毛細現象
1.3 非牛頓流體
1.4 習題
第2章 流體靜力學
2.1 流體靜壓強及其特性
2.1.1 流體靜壓強
2.1.2 靜止流體中應力的特征
2.2 歐拉平衡微分方程
2.2.1 平衡微分方程
2.2.2 平衡微分方程的全微分
2.2.3 等壓面的概念
2.3 流體靜壓強的分布規律
2.3.1 靜壓強基本方程
2.3.2 測壓管高度
2.4 壓強的計算標準和度量單位
2.4.1 計算標準
2.4.2 度量單位
2.5 作用于平面的液體壓力
2.5.1 解析法
2.5.2 圖算法
2.6 作用于曲面的液體壓力
2.6.1 曲面上的液體總壓力
2.6.2 壓力體
2.7 相對靜止狀態下流動的壓力
2.7.1 等加速直線運動容器中液體的平衡
2.7.2 等角速度旋轉容器中的液體平衡
2.8 習題
第3章 流體動力學基礎
3.1 流體運動的描述方法
3.1.1 拉格朗日法
3.1.2 歐拉法
3.2 流場的基本概念
3.2.1 恆定流與非恆定流
3.2.2 流線和跡線
3.2.3 元流和總流
3.2.4 過流斷面
3.2.5 一元流、二元流及三元流
3.3 流體運動的連續方程
3.3.1 恆定流的連續性方程
3.3.2 二維流動的連續性方程
3.4 理想流體運動的微分方程式
3.5 伯努利積分及能量方程
3.5.1 理想流體運動微分方程的積分
3.5.2 重力作用下理想流體的伯努利方程
3.5.3 總流的伯努利方程
3.5.4 粘性液體總流的伯努利方程
3.6 動量方程
3.7 習題
第4章 流動阻力和能量損失
4.1 沿程損失和局部損失
4.1.1 流動阻力和能量損失的分類
4.1.2 能量損失的計算公式
4.2 層流、紊流與雷諾數
4.2.1 雷諾實驗
4.2.2 兩種流態的判別標準
4.2.3 流態分析
4.2.4 粘性底層
4.3 圓管中的層流運動
4.3.1 均勻流基本方程
4.3.2 圓管層流的速度分布、沿程損失
4.4 圓管中的紊流運動
4.4.1 紊流運動的特征
4.4.2 紊流切應力、普朗特混合長度理論
4.4.3 圓管紊流流速分布
4.5 管路中的沿程阻力
4.5.1 沿程阻力系數及其影響因素的分析
4.5.2 尼古拉茲實驗
4.5.3 沿程阻力系數.的計算公式
4.6 管路中的局部阻力
4.6.1 局部水頭損失發生的原因
4.6.2 彎管的局部損失
4.6.3 三通的局部損失
4.6.4 圓管突然擴大的局部水頭損失
4.6.5 各種管路配件的局部阻力系數
4.7 邊界層的基本概念及繞流阻力
4.7.1 邊界層的基本概念
4.7.2 邊界層的分離
4.7.3 物體的繞流阻力
4.8 習題
第5章 孔口管嘴出流與管理路水力計算
5.1 孔口出流
5.1.1 小孔口出流
5.1.2 大孔口出流
5.2 管嘴出流
5.2.1 管嘴出流流量公式
5.2.2 圓柱形管嘴內的真空度
5.2.3 其他類型管嘴出流
5.3 簡單管路
5.3.1 短管計算
5.3.2 長管計算
5.4 管路的串聯和並聯
5.4.1 串聯管道
5.4.2 並聯管道
5.4.3 管網
5.5 習題
第6章 明渠恆定均勻流
6.1 明渠均勻流的特性
6.1.1 明渠的類型
6.1.2 明渠均勻流形成的條件及其特性
6.1.3 明渠均勻流的計算公式
6.1.4 水力最佳斷面
6.1.5 渠道允許流速
6.2 簡單斷面明渠均勻流的水力計算
6.2.1 驗算渠道的輸水能力
6.2.2 確定渠道底坡
6.2.3 確定渠道的斷面尺寸
6.3 無壓圓管均勻流的水力計算
6.3.1 無壓圓管均勻流水力的最佳充滿度
6.3.2 無壓圓管均勻流的水力計算
6.4 粗糙系數變化及復試斷面明渠均勻流的水力計算
6.4.1 粗糙系數變化的明渠均勻流的水力計算
6.4.2 復式斷面明渠均勻流的水力計算
6.5 習題
第7章 堰流
7.1 堰流的定義及類型
7.1.1 堰流的定義
7.1.2 堰流的類型
7.2 堰流的水力計算
7.2.1 薄壁堰的水力計算
7.2.2 實用堰的水力計算
7.2.3 寬頂堰的水力計算
7.3 習題
第8章 滲流
8.1 滲流的基本概念
8.1.1 多孔介質與滲流
8.1.2 滲流基本定律
8.2 滲流在井流中的應用
8.2.1 潛水完整井
8.2.2 承壓完整井
8.2.3 因次分析和相似原理
8.2.4 相似準則
8.3 岩土工程中的滲流問題
8.3.1 岩體與土體滲流的區別
8.3.2 岩體的滲流問題
8.4 習題
第9章 水力學實驗
9.1 水靜力學實驗
9.1.1 實驗目的
9.1.2 實驗設備及測量儀器
9.1.3 實驗原理
9.1.4 實驗方法與步驟
9.1.5 注意事項
9.1.6 資料整理與結果分析
9.1.7 思考題
9.2 不可壓縮恆定流能量方程實驗
9.2.1 實驗目的
9.2.2 實驗基本原理
9.2.3 實驗設備及測量儀器
9.2.4 實驗方法和步驟
9.2.5 注意事項
9.2.6 資料整理與成果分析
9.2.7 思考題
9.3 文丘里流量計實驗
9.3.1 實驗目的
9.3.2 實驗設備及測量儀器
9.3.3 實驗基本原理
9.3.4 實驗方法與步驟
9.3.5 注意事項
9.3.6 資料整理與結果分析
9.3.7 思考題
9.4 雷諾實驗
9.4.1 實驗目的
9.4.2 實驗設備及測量儀器
9.4.3 實驗原理及計算公式
9.4.4 實驗方法與步驟
9.4.5 注意事項
9.4.6 資料整理與結果分析
9.4.7 思考題
9.5 動量方程實驗
9.5.1 實驗目的
9.5.2 實驗裝置
9.5.3 實驗原理
9.5.4 實驗方法與步驟
9.5.5 資料整理與結果分析
9.5.6 思考題
9.6 管流的沿程阻力實驗
9.6.1 實驗目的
9.6.2 實驗設備及測量儀器
9.6.3 實驗基本原理
9.6.4 實驗步驟
9.6.5 注意事項
9.6.6 資料整理與結果分析
9.6.7 思考題
參考文獻

我國高等教育發展迅速，全日制高等學校每年招生人數至2004年已達到420萬人，毛入學率19%，步入國際公認的高等教育“大眾化”階段。面臨這大規模的擴招，教育事業的發展與改革堅持以人為本的兩個主體︰一是學生，一是教師。教學質量的提高是在這兩個主體上的反映，教材則是兩個主體的媒介，屬于教學的載體。

教育部曾在第三次新建本科院校教學工作研討會上指出︰“一些高校辦學定位不明，盲目追求上層次、上規格，導致人才培養規格盲目拔高，培養模式趨同。高校學生中‘升本熱’、‘考碩熱’、‘考博熱’持續升溫，應試學習傾向仍然比較普遍，導致各層次人才培養目標難于全面實現，大學生知識結構不夠合理，動手能力弱，實際工作能力不強。”而作為知識傳承載體的教材，在高等教育的發展過程中起著至關重要的作用，但目前教材建設卻遠遠滯後于應用型人才培養的步伐，許多應用型本科院校一直沿用偏重于研究型的教材，缺乏針對性強的實用教材。

近年來，我國房地產行業已經成為國民經濟的支柱行業之一，隨著本世紀我國城市化的大趨勢，土木建築行業對實用型人才的需求還將持續增加。為了滿足相關應用型本科院校培養應用型人才的教學需求，從2004年10月北京大學出版社第六事業部就開始策劃本套叢書，並派出10多位編輯分赴全國近30個省份調研了兩百多所院校的課程改革與教材建設的情況。在此基礎上，規劃出了涵蓋“大土建”六個專業——土木工程、工程管理、建築學、城市規劃、給排水、建築環境與設備工程的基礎課程及專業主干課程的系列教材。通過2005年1月份在湖南大學的組稿會和2005年4月份在三峽大學的審綱會，在來自全國各地幾十所高校的知名專家、教授的共同努力下，不但成立了本叢書的編審委員會，還規劃出了首批包括土木工程、工程管理及建築環境與設備工程等專業方向的40多個選題，再經過各位主編老師和參編老師的艱苦努力，並在北京大學出版社各級領導的關心和第六事業部的各位編輯辛勤勞動下，首批教材終于2006年春季學期前夕陸續出版發行了。

在首批教材的編寫出版過程中，得到了越來越多的來自全國各地相關兄弟院校的領導和專家大力支持。于是，在順利運作第一批土建教材的鼓舞下，北京大學出版社聯合全國七十多蒙開設有土木建築相關專業的高校，于2005年11月26日在長沙中南林學院召開了《2l世紀全國應用型本科土木建築系列實用規劃教材》（第二批）組稿會，規劃了�建築學專業；�城市規劃專業；�建築環境與設備工程專業︰�給排水工程專業；�土木工程專業道路、橋梁、地下、岩土、礦山課群組近60多個選題。至此，北京大學出版社規劃的“大土木建築系列教材”已經涵蓋了“大土建”的6個專業，是近年來全國高等教育出版界唯一一套完全覆蓋“大土建”六個專業方向的系列教材，並將于2007年全部出版發行。

我國高等學校土木建築專業的教育，在國家教育部和建設部的指導下，經土木建築專業指導委員會六年來的研討，已經形成了寬口徑“大土建”的專業發展模式，明確了土木建築專業教育的培養目標、培養方案和畢業生基本規格，從寬口徑的視角，要求畢業生能從事土木工程的設計、施工與管理工作。業務範圍涉及房屋建築、隧道與地下建築、公路與城市道路、鐵道工程與橋梁、礦山建築等，並且制定一整套課程教學大綱。本系列教材就是根據最新的培養方案和課程教學大綱，由一批長期在教學第一線從事教學並有過多年工程經驗和豐富教學經驗的教師擔任主編，以定位“應用型人才培養”為目標而編撰，具有以下特點︰

（1）按照寬口徑土木工程專業培養方案，注重提高學生綜合素質和創新能力，注重加強學生專業基礎知識和優化基本理論知識結構，不刻意追求理論研究型教材深度，內容取舍少而精，向培養土木工程師從事設計、施工與管理的應用方向拓展。

（2）在理解土木工程相關學科的基礎上，深入研究各課程之間的相互關系，各課程教材既要反映本學科發展水平，保證教材自身體系的完整性，又要盡量避免內容的重復。

（3）培養學生，單靠專門的設計技巧訓練和運用現成的方法，要取得專門實踐的成功是不夠的，因為這些方法隨科學技術的發展經常在改變。為了了解並和這些迅速發展的方法同步，教材的編撰側重培養學生透析理解教材中的基本理論、基本特性和性能，又同時熟悉現行設計方法的理論依據和工程背景，以不變應萬變，這是本系列教材力圖涵蓋的兩個方面。

（4）我國頒發的現行有關土木工程類的規範及規程，系1999～2002年完成的修訂，內容有較大的取舍和更新，反映了我國土木工程設計與施工技術的發展。作為應用型教材，為培養學生畢業後獲得注冊執業資格，在內容上涉及不少相關規範條文和算例。但並不是規範條文的釋義。

（5）當代土木工程設計，越來越多地使用計算機程序或采用通用性的商業軟件，有些結構特殊要求，則由工程師自行編寫程序。本系列的相關工程結構課程的教材中，在闡述真實結構、簡化計算模型、數學表達式之間的關系的基礎上，給出了設計方法的詳細步驟，這些步驟均可容易地轉換成工程結構的流程圖，有助于培養學生編寫計算機程序。

（6）按照科學發展觀，從可持續發展的觀念，根據課程特點，反映學科現代新理論、新技術、新材料、新工藝，以社會發展和科技進步的新近成果充實、更新教材內容，盡最大可能在教材中增加了這方面的信息量。同時考慮開發音像、電子、網絡等多媒體教學形式，以提高教學效果和效率。

衷心感謝本套系列教材的各位編著者，沒有他們在教學第一線的教改和工程第一線的辛勤實踐，要出版如此規模的系列實用教材是不可能的。同時感謝北京大學出版社為我們廣大編著者提供了廣闊的平台，為我們進一步提高本專業領域的教學質量和教學水平提供了很好的條件。

我們真誠希望使用本系列教材的﹀教師和學生，不吝指正，隨時給我們提出寶貴的意見，以期進一步對本系列教材進行修訂、完善。

本系列教材配套的PPT電子教案在出版社相關網站上提供下載。

《21世紀全國應用型本科土木建築系列實用規劃教材》
專家編審委員會
2006年1月