流体力学简明导论

引用

Young, D. F., Munson, B. R., & Okiishi, T. H. (2004). A Brief Introduction to Fluid Mechanics (3rd ed.). Wiley.

章节概要

第三版共十一章，另有四个附录（单位换算表、流体的物理性质、美国标准大气的性质、雷诺输运定理）、部分习题答案和索引，约560页。出版社介绍把两条指导原则概括为“简明而聚焦”，并说作者讲解基本的分析方法，涉及管流、明渠流、流量测量以及阻力与升力等实际问题和应用。每章末尾都有本章小结与学习指南。目录只给出章标题而没有小节列表，因此下面的条目描述的是标题本身所指的内容。

第1章：导论（Introduction）

开篇一章；目录只给出标题。

第2–3章：流体静力学；初等流体动力学——伯努利方程（Fluid Statics; Elementary Fluid Dynamics—The Bernoulli Equation）

先讲静止的流体，再通过伯努利方程初步讨论流体动力学。两章合起来提供最初的实用工具：静止流体中的压力场，以及沿流线的一种简单的能量型关系。

第4–5章：流体运动学；有限控制体分析（Fluid Kinematics; Finite Control Volume Analysis）

运动学说明如何描述流体运动，有限控制体分析则把守恒定律应用于一块有限的流动区域。出版社指出，本版简化了雷诺输运定理的讲法，该定理另有专门的附录。

第6章：流体流动的微分分析（Differential Analysis of Fluid Flow）

对应于上一章有限控制体方法的、逐点的微分方法。

第7章：相似、量纲分析与建模（Similitude, Dimensional Analysis, and Modeling）

讲量纲分析、相似和建模的一章，排在两个主要应用领域之前。

第8–9章：管内黏性流动；绕过浸没物体的流动（Viscous Flow in Pipes; Flow Over Immersed Bodies）

两个应用章节。管流和阻力、升力都在出版社所列的实际问题之中，而阻力与升力属于绕过浸没物体的流动。

第10–11章：明渠流；涡轮机械（Open-Channel Flow; Turbomachines）

最后两章讲明渠中的流动和涡轮机械。明渠流同样出现在出版社所列的应用之中。

核心概念

第1–3章：导论、流体静力学、伯努利方程

• 流体静力学：静止流体中的压力分布及其后果。
• 伯努利方程：沿流动联系压力、速度和高度的初等关系式。

第4–7章：运动学、控制体、微分分析、相似

• 有限控制体分析：把守恒定律应用于空间中划定的一块区域。
• 雷诺输运定理：把针对系统的定律转化为关于控制体的陈述的结果，书中有专门的附录。
• 微分分析：在一点而不是一个区域上描述流动。
• 量纲分析与相似：把问题化为无量纲组，使结果能在模型与原型之间换算。

第8–11章：黏性流动、浸没物体、明渠与涡轮机械

• 管内黏性流动：管流，出版社点名的应用之一。
• 阻力与升力：流动中物体受到的力。
• 明渠流：带自由表面的流动。
• 涡轮机械：与流体交换能量的机械，如泵和涡轮。

评析

优点

• 以简明为设计目标。 出版社说明，两条指导原则是简明和聚焦。全书约560页，共十一章。
• 大量例题与多样的习题。 书中列有100多道例题，各章的作业题包括开放式问题、基于光盘视频的问题、实验问题和计算机问题。
• 学习辅助。 第三版增加了页边的简单插图、本章小结与学习指南、突出显示的关键词、简化的雷诺输运定理讲法，以及每章新增的作业题。
• 多媒体材料。 随书附送的光盘Fluid Mechanics Phenomena提供75个短视频、30道扩展的实验型问题、Excel格式的实验数据和168道复习题。

局限

• 比完整的课程教材窄。 没有可压缩流动或势流的章节，微分分析只有一章。涵盖这些主题的课程需要一本更长的书。
• 较旧的媒体。 光盘是第三版的特色。使用没有光盘的册子或使用其他版本的读者将得不到它。
• 版本差异。 上面的内容是第三版（2004年4月）的内容。后来的版本增加了作者并改变了内容，因此在把章节编号与上面的列表对照之前，请先核对版本。

在课程中的定位

Young、Munson与Okiishi的简明教材是一学期流体力学入门课，用十一章讲这门学科的主要构件。White与Xue的 Fluid Mechanics 是内容更全的替代选择：其第九版同样有十一章，但分配不同，增加了势流与计算流体力学以及可压缩流动两章，并把微分关系式一章放在量纲分析之前。较短的、以应用为导向的课程选Young等人的书，需要更完整的推导和更宽覆盖面的课程选White与Xue的书。

另外两本书适合不同的起点。Nakayama的 Introduction to Fluid Mechanics 用真实流动的照片和插图引入这门学科，也讲管流和渠流、边界层、阻力与升力，并初步介绍可压缩流动和计算方法。Lauga的 Fluid Mechanics: A Very Short Introduction 几乎不用公式，是概念性的预览。课程之外，Kundu、Cohen、Dowling与Capecelatro的 Fluid Mechanics 是从控制方程出发的研究生层次的论述，Anderson的 Fundamentals of Aerodynamics 则继续讲翼型、机翼和可压缩流动。

如何使用本书

本书适合修一学期流体力学课程、想要学科核心内容及其应用的工科学生。目录没有说明预备知识；通常的背景是以微积分为基础的物理课程。

• 核心： 依次读第1–5章：性质、静力学、伯努利方程、运动学和控制体分析。后面各章要用到这些工具。
• 应用： 第8章和第9章讲管流和浸没物体，是通常的下一步；第7章量纲分析与相似在书中排在它们之前。
• 选读或视时间而定： 第6章的微分分析，以及第10章和第11章的明渠流与涡轮机械，视教学大纲而定。

做作业之前先过一遍各章的小结与学习指南，并在条件允许时尝试开放式和实验类的习题。