本书对流体的物理属性、静止流体的平衡规律、流体运动的基本概念与规律、可压缩流体与不可压缩流体概念、相似原理以及气体运动的基本规律等基本概念进行了详细介绍。
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流体动力学（含气体动力学）课程是飞行器动力工程专业和其他动力类专业重要的专业基础课。本书使用对象以动力类专业的本科生为主，也可作为能源、民航、水利、机械、车辆、舰船、石化等专业本科生、研究生和青年科技工作者的参考书使用。
面对国家对飞行器动力的强烈需求，尤其是对创新性高层次人才的迫切需求，本书力求做到深入浅出，物理概念准确、清晰。从提高学生跨学科的综合素质和能力培养方面出发，本书强调基础、强调物理概念的理解、强调理论联系实际、强调知识创新，注意安排各章节的内容深浅和叙述方式，使得新书易于为学生所接受，以加强学生分析、解决实际问题的能力。
本书突出了航空航天和国防特色，例如从气动原理出发介绍进气口、扩压器、尾喷管等基本概念。增加专门章节，介绍流体动力学在工程中的应用实例和设计、使用方法，使新书更好地为培养国防建设和经济建设人才服务。
全书共11章，前6章包括流体的基本物理性质、流体静力学、流体运动学、流体动力学、相似原理、湍流基础和边界层基本概念，是一般流体力学基础。第7～10章涵盖气体动力学的主要部分，以可压缩性为主线，介绍了扰动波、激波概念、各种一维定常管流和经典的流场计算特征线法。第11章则介绍了气体动力学的工程应用。
张堃元教授、徐惊雷教授、谭慧俊教授、钟易成副教授、汪明生副教授、金志光副教授参与了本书的编写。其中第1章、第7章由徐惊雷编写；第5章、第6章由谭慧俊编写；第2章、第4章由钟易成编写；第3章、第10章由汪明生编写；第11章由金志光编写；第8章、第9章由张堃元编写；全书的大部分附图由金志光负责绘制，张堃元负责全书的统稿，统稿中调整和重新改写了部分章节中的内容。全书经河海大学王惠民教授的认真审阅，提出了不少建设性建议，编者在此深表谢意。
限于编者水平，书中难免有不妥之处，敬请批评、指正。
目录
前言
第1章 流体的物理性质 1
1.1 流体的力学特征和连续介质假设 1
1.1.1 流体特性及其连续介质假定 1
1.1.2 密度、比容、相对密度和重度 2
1.1.3 流体压缩性、可压流与不可压流 3
1.1.4 黏性、有黏流和无黏流 5
1.2 作用在流体上的力：质量力和表面力 10
1.2.1 作用在流体上的力 10
1.2.2 单位与量纲 10
1.3 欧拉平衡方程和等压面 11
1.3.1 流体静压强及其特性 11
1.3.2 流体平衡微分方程及其积分，等压面 13
1.4 重力作用下大气压强随高度的变化 16
1.4.1 气体等温状态下的平衡规律 17
1.4.2 国际标准大气 17
1.5 静止流体对固体壁面的作用力 18
1.5.1 作用在平面上的总压力 18
1.5.2 流体对曲面的作用力 24
1.6 绝对压强，相对压强，真空度，压强的测量 27
1.6.1 绝对压强，相对压强，真空度 27
1.6.2 压强的测量 28
1.7 流体的输运性质 32
1.7.1 热能输运——热传导现象 32
1.7.2 质量输运——扩散现象 33
1.8 流体的表面张力和毛细现象 34
习题 35
第2章 流体运动学基本概念 37
2.1 流体运动的描述 37
2.1.1 流场和流体微团 37
2.1.2 研究流体运动的两种方法 38
2.1.3 随流导数、迹线、流线和流管 39
2.2 流体微团运动分析 45
2.2.1 流体微团的基本运动形式 46
2.2.2 流体微团的平移运动、线变形及体变形、角变形和旋转运动 47
2.3 流体运动分类 53
2.3.1 定常流和非定常流 53
2.3.2 一维流、二维流、三维流 54
2.3.3 有旋流与无旋流 54
2.3.4 绝热流动、等熵流动和均熵流动 58
2.4 势函数与流函数 58
2.4.1 势函数 ' 58
2.4.2 平面流的流函数 59
2.4.3 流函数 的性质 60
2.4.4 势函数方程和流函数方程——拉普拉斯方程 61
2.4.5 等势线和等流函数线的正交性 62
2.5 几种简单平面势流及其叠加势流 63
2.5.1 均直流 63
2.5.2 点源、点汇 64
2.5.3 点涡 64
2.5.4 势流的叠加原理 65
2.5.5 螺旋流和偶极流 66
2.5.6 无环量的圆柱绕流 68
2.5.7 有环量的圆柱绕流——儒科夫斯基升力理论 70
习题 71
第3章 流体动力学基本方程 73
3.1 经典力学的基本定律与雷诺 (Reynolds)输运定理 73
3.1.1 经典力学的基本定律 73
3.1.2 雷诺输运定理 74
3.2 连续方程 76
3.2.1 用于控制体积的积分形式连续方程 76
3.2.2 微分形式的连续方程 78
3.3 理想流体动量方程 80
3.3.1 控制体积的积分形式动量方程 80
3.3.2 理想无黏流体微分形式动量方程——Euler(欧拉)运动方程 85
3.4 实际有黏流体动量方程：N-S(纳维{斯托克斯)方程 86
3.4.1 实际有黏流体的应力和应力形式的运动微分方程 86
3.4.2 N-S(纳维{斯托克斯)方程组 88
3.4.3 N-S方程的一个经典解析解——Couette流动 90
3.5 不可压和可压流伯努利方程 92
3.5.1 不可压流伯努利方程 92
3.5.2 可压流伯努利方程 93
3.6 伯努利方程的应用 94
3.6.1 伯努利方程的扩展 94
3.6.2 伯努利方程的应用举例 95
3.7 动量矩方程 99
3.8 能量方程 102
3.8.1 积分形式的能量方程 102
3.8.2 微分形式的能量方程 106
习题 106
第4章 相似原理 111
4.1 相似现象 113
4.1.1 几何相似 113
4.1.2 运动相似 114
4.1.3 动力相似 115
4.2 相似理论——相似三定理 115
4.2.1 相似第一定理 115
4.2.2 相似第二定理 117
4.2.3 相似第三定理 117
4.3 相似准则的确定 118
4.3.1 方程分析法 118
4.3.2 量纲分析法 120
4.3.3 常用相似准则的物理意义 124
4.4 流体动力学的模型试验研究 125
4.4.1 全面力学相似的模型试验 125
4.4.2 近似相似的模型试验 125
4.4.3 试验研究的基本要点 126
习题 131
第5章 湍流基础与不可压管流损失 133
5.1 层流、湍流和流动损失分类 133
5.1.1 雷诺实验和层流、湍流 133
5.1.2 流态的判别 134
5.1.3 水头损失与流速的关系 136
5.2 湍流基础 137
5.2.1 湍流的一般定义和描述 137
5.2.2 湍流的统计平均和半经验理论 138
5.3 圆管中的流速分布及沿程损失计算 143
5.3.1 充分发展的等直圆管层流流动 143
5.3.2 充分发展的圆管湍流流动 146
5.4 局部损失 154
5.4.1 典型局部损失区域的流动特征及损失计算 154
5.4.2 减少管内局部损失的方法 159
5.4.3 局部损失的利用——迷宫式篦齿封严 160
5.5 管路计算基础 161
5.5.1 同径串联管路 161
5.5.2 异径串联管路 162
5.5.3 并联管路 162
5.5.4 枝状管网系统 163
5.5.5 环状管网系统 163
5.6 湍流射流的基本特性 167
5.6.1 自由沉没射流的结构 168
5.6.2 自由沉没射流的参数分布规律 169
习题 173
第6章 边界层理论基础 176
6.1 边界层理论的历史背景 176
6.2 边界层的基本概念 177
6.2.1 边界层的形成 177
6.2.2 边界层的发展 178
6.2.3 边界层厚度参数的定义和形状因子 179
6.3 边界层微分方程 182
6.4 边界层的动量积分方程 184
6.5 边界层的求解 186
6.5.1 边界层的相似解法 186
6.5.2 边界层的数值解法 187
6.5.3 边界层的近似解法 187
6.5.4 平板边界层近似求解 187
6.6 边界层的分离及控制 191
6.6.1 边界层的分离现象描述 191
6.6.2 分离前后边界层内的速度分布 192
6.6.3 湍流边界层的分离 193
6.6.4 边界层的控制 193
6.7 高超声速流边界层简介 197
习题 199
第7章 气体动力学的基本概念 201
7.1 微弱扰动在气流中的传播 201
7.1.1 声速和马赫数 201
7.1.2 微弱扰动在气流中的传播规律 202
7.1.3 亚声速气流和超声速气流的差别 203
7.2 理想气体流动的基本方程组和边界条件 204
7.2.1 基本方程 204
7.2.2 熵方程和声速方程 205
7.2.3 状态方程 206
7.2.4 气体动力学方程 206
7.2.5 初始条件和边界条件 206
7.3 几个重要的气流参数 207
7.3.1 滞止参数 207
7.3.2 极限速度 210
7.3.3 临界参数 210
7.3.4 速度系数 211
7.4 气体动力学函数及其应用 212
7.4.1 函数*、π、* 213
7.4.2 流量函数 214
7.4.3 冲量函数 216
习题 220
第8章 膨胀波、压缩波和激波 221
8.1 超声速气流中的扰动波 221
8.2 膨胀波、压缩波的形成及其特点 222
8.2.1 几何边界产生的膨胀波 222
8.2.2 压力边界产生的膨胀波 223
8.2.3 等熵压缩波 224
8.3 普朗特{梅耶 (Prandtl-Meyer)膨胀波的计算 224
8.4 膨胀波的反射和相交 228
8.4.1 膨胀波在固体壁面上的反射 229
8.4.2 异族膨胀波的相交 230
8.4.3 膨胀波在自由边界上的反射 232
8.4.4 膨胀波和压缩波的相交 233
8.5 激波的形成和正激波 235
8.5.1 激波的形成 235
8.5.2 激波的分类 236
8.5.3 正激波的计算 236
8.6 斜激波前后参数的计算 240
8.6.1 斜激波和正激波的关系 240
8.6.2 斜激波的激波角β和气动参数计算 241
8.7 激波的反射和相交 243
8.7.1 斜激波在固体壁面上的反射 244
8.7.2 斜激波在自由边界上的反射 244
8.7.3 异族斜激波的相交 246
8.7.4 同族斜激波的相交 247
8.8 锥形激波 249
8.8.1 锥形激波的特点 250
8.8.2 锥形激波气动参数的计算 251
习题 252
第9章 一维定常可压缩管流 256
9.1 变截面管流 256
9.1.1 截面变化对气流参数的影响 257
9.1.2 喷管和扩压器 259
9.2 收缩喷管 260
9.2.1 喷管出口流速Ve及临界压强比βcr 260
9.2.2 收缩喷管三种流态 (亚临界、临界、超临界)262
9.2.3 收缩喷管流动壅塞状态 265
9.3 拉瓦尔 (Laval)喷管 266
9.3.1 拉瓦尔喷管等熵流面积比与马赫数的关系 266
9.3.2 压强比对拉瓦尔喷管流动的影响 267
9.4 等截面摩擦管流 273
9.4.1 摩擦对等截面管流气流参数的影响 274
9.4.2 摩擦管流气流参数的计算 275
9.4.3 摩擦壅塞 279
9.4.4 反压对摩擦管流影响 280
9.5 等截面换热管流 281
9.5.1 换热对气流参数的影响 281
9.5.2 换热管流气流参数计算 283
9.5.3 加热壅塞 285
9.5.4 反压对加热管流的影响 285
9.5.5 冷凝波 286
9.6 变流量管流 287
9.6.1 变流量管流基本方程 287
9.6.2 流量变化对气流参数的影响 288
9.6.3 变流量超声速喷管 288
9.6.4 垂直于主流的变质量流 289
习题 292
第10章 二维定常超声速流特征线法与基本概念 295
10.1 特征线理论的引入 295
10.1.1 气体动力学中特征线的物理背景 295
10.1.2 数学上的特征线概念 296
10.2 特征线理论基础 297
10.2.1 气体动力学中常用的拟线性偏微分方程 297
10.2.2 气体动力学常用的拟线性偏微分方程一般形式 298
10.3 二维定常无旋超声速气流的特征线法 299
10.3.1 控制方程 299
10.3.2 特征线方程 300
10.3.3 相容方程 301
10.4 二维定常平面有旋超声速气流的特征线法 305
10.4.1 基本方程 305
10.4.2 二维定常平面有旋超声速气流的特征线 306
10.5 二维定常无旋超声速气流特征线法的数值计算 308
10.5.1 用特征线法计算流程的基本思路 308
10.5.2 典型单元过程 310
习题 317
第11章 气体动力学的某些工程应用 319
11.1 流场静压强 (简称静压)测量 319
11.1.1 壁面静压测量 319
11.1.2 空间静压探针测量 320
11.2 流场总压测量 322
11.3 气流方向测量 323
11.3.1 低速气流方向测量 323
11.3.2 热线风速仪测量气流速度与方向 325
11.4 孔板流量计、文丘里管流量计及米字耙测流量 327
11.4.1 孔板 (orifice plate)流量计 327
11.4.2 文丘里管 (Venturi tube)流量计 328
11.4.3 “米”字耙测流量 330
11.5 风洞 331
11.5.1 低速风洞 331
11.5.2 跨声速风洞 332
11.5.3 高超声速风洞 332
11.6 进气道 334
11.6.1 亚声速进气道 334
11.6.2 超声速进气道 334
11.7 引射器 337
11.8 尾喷管 338
11.9 气动激光窗 339
11.10 航空发动机试车台 340
11.10.1 地面试车台 341
11.10.2 高空试车台 341
11.10.3 飞行试车台 342
11.11 超燃冲压发动机地面自由射流试验台 342
习题 343
主要参考文献 345
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