Fluid Mechanics（流体力学）

引用

White, F. M., & Xue, H. (2021). Fluid Mechanics (9th ed.). McGraw Hill.

章节概要

第九版共十一章和五个附录：流体的物理性质、可压缩流动表、换算系数、柱坐标系中的运动方程，以及实验数据不确定度的估计。出版社介绍的是一种非正式、以学生为中心的写作风格，“带有互动讲课的味道”，并把这门学科描述为“理论与实验之间的明智折中”，书中提供实验结果，作为理论的自然补充。McGraw Hill称Frank White是长期从事教学的教师，写过四本流体力学与传热方面的教材。目录列出章标题而没有小节列表，因此下面的条目描述的是各标题所指的内容。

第1章：导论（Introduction）

开篇一章；目录只给出标题。

第2章：流体中的压力分布（Pressure Distribution in a Fluid）

讲压力在流体内部如何变化的一章。出版社的更新说明提到，根据学生的反馈修订了第2章至第7章，这几章是“流体力学的骨干”所在。

第3章：控制体的积分关系式（Integral Relations for a Control Volume）

针对控制体写出的积分形式守恒定律。

第4章：流体流动的微分关系式（Differential Relations for Fluid Flow）

与第3章积分方法相对应的微分方法。

第5章：量纲分析与相似（Dimensional Analysis and Similarity）

讲量纲分析与相似的一章，排在各应用章节之前。

第6–7章：管道中的黏性流动；绕过浸没物体的流动（Viscous Flow in Ducts; Flow Past Immersed Bodies）

两个应用章节：有黏性的管道流动，以及绕过置于来流中的物体的流动。印度版的附录部分列有穆迪图。

第8章：势流与计算流体力学（Potential Flow and Computational Fluid Dynamics）

在McGraw Hill美国网页上，本章题为“Potential Flow and Computational Fluid Dynamics”；印度版则列为“Potential Flow”。本章把经典势流与计算流体力学入门结合在一起。

第9章：可压缩流动（Compressible Flow）

讲可压缩流动的一章，附录B有可压缩流动表作为支持。

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

最后两章讲自由表面的渠道流动和涡轮机械。

核心概念

下面的解释是对各章标题所点名概念的一般性定义。

第1–5章：压力、控制体与相似

• 压力分布：压力在流体中如何变化，是第2章的主题。
• 控制体：空间中划定的一块区域，积分形式的守恒关系式就是针对它写出的。
• 微分关系式：写在一点上的流动方程。
• 量纲分析与相似：用无量纲组表达问题，使结果能在不同尺度之间转用。

第6–9章：管道、浸没物体、势流与可压缩流动

• 管道中的黏性流动：黏性摩擦起作用的内部流动。
• 绕过浸没物体的流动：绕物体的外部流动。
• 势流与计算流体力学：理想化的流动解，以及求解流动的数值方法。
• 可压缩流动：密度变化不可忽略的气体流动。

第10–11章：明渠流与涡轮机械

• 明渠流：带自由表面的流动。
• 涡轮机械：泵、涡轮及类似的机械。

评析

优点

• 有意为之的风格。 出版社说明，非正式、以学生为中心的风格在历次修订中得以保留并加强；McGraw Hill网页引用的一位评论者（奥尔巴尼大学的John Paccione）称这是一本打下很好基础的教材，严谨而不令人望而生畏。
• 学科范围广。 十一章从基本关系式到量纲分析、黏性流动、外部流动、势流、可压缩流动、明渠和涡轮机械，因此本书既可用于第一门课，也可用于专题性的第二门课。
• 实验与理论并重。 出版社说书中把实验结果作为理论的补充，而附录E关于实验数据不确定度估计的内容印证了这一点。
• 大量习题。 印度版列出1,681道按主题分类的习题。版本说明还提到更新的例题和数据、修订的插图和照片，以及对可读性的重视。

局限

• 篇幅与广度。 十一章内容扎实，又有可压缩流动、势流、明渠和涡轮机械等章，一学期的课程必须做出取舍；出版社的网页没有标明哪些章是选学。
• 计算流体力学只占一章的一部分。 在McGraw Hill美国网页上，计算流体力学与势流共用第8章，因此需要流动数值方法的学生还需要一本专门的教材。
• 地区差异。 印度版所列的第8章标题略有不同，附录清单也与McGraw Hill美国网页不同，请核对自己所持版本的目录。

在课程中的定位

在本课程书单的两本工程入门教材中，White与Xue的书内容更全。Young、Munson与Okiishi的 A Brief Introduction to Fluid Mechanics（第三版）以较短的篇幅涵盖十一章，没有可压缩流动和势流的章节；White与Xue增加了这两章，并把微分关系式一章放在量纲分析之前。一学期的入门课选简明教材；课程涉及微分分析、可压缩流动或涡轮机械，或打算把书当作后续课程的参考书时，选White与Xue。

Nakayama的 Introduction to Fluid Mechanics 是更平易、以可视化为主的替代选择，Lauga的 Fluid Mechanics: A Very Short Introduction 则以非数学的方式概述核心思想。研究生层次的下一步是Kundu、Cohen、Dowling与Capecelatro的 Fluid Mechanics，它从控制方程出发展开这门学科。对航空航天专业的学生，Anderson的 Fundamentals of Aerodynamics 继续讲翼型、机翼和可压缩流动。

如何使用本书

本书面向修第一或第二门流体力学课程的机械、土木、化工和航空航天专业学生。出版社没有列出预备知识；通常的背景是微积分和基础力学。

• 核心： 第1–7章，从压力分布经控制体、微分关系式、量纲分析，到管道流动和外部流动。出版社强调第2至第7章是这门学科的骨干。
• 按课程添加： 第8章（势流与计算流体力学）、第9章（可压缩流动，配合附录B的表）、第10章（明渠流）和第11章（涡轮机械），视教学大纲而定。
• 贯穿始终： 把按主题分类的章末习题和附录中的表格当作标准的工作工具来使用。