工程流体力学(清华版)
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清华大学836普通物理考研参考书目、考研真题、复试分数线836普通物理课程介绍《普通物理》是为培养大学专科程度小学教师的五年制师范教育物理学课程而编写的教科书,其内容选取和深浅程度充分考虑了专科教学的特点。
在编写过程中,编者充分注意到教学改革对物理教材的要求,以掌握概念、强化应用为教学重点,以必须够用为教学原则。
书中着重经典物理学的讲授,对于近代物理学只作概略介绍;着重物理概念、物理结论以及物理意义的阐述,不求缜密的推导和论证。
《普通物理》注意介绍物理学的思想和方法,在阐述物理学基本内容的同时,适当反映物理学规律的发现和发展过程,以体现理论来自实践、受实践检验的观点;在介绍物理学基本理论时,注意建立正确的物理模型,努力给出明晰的物理图像。
清华大学考研参考书目科目名称参考书出版社作者335风景园林基础《西方现代景观设计的理论与实践》中国建筑工业出版社王向荣《图解人类景观—环境塑造史论》同济大学出版社[英]杰弗瑞·杰里柯//苏珊杰·里柯译者:刘滨谊《中国古典园林史》(第三版)清华大学出版社周维权342建筑学基础《中国城市建设史》中国建筑工业出版社董鉴泓,主编《外国城市建设史》中国建筑工业出版社沈玉麟,编《中国古代建筑史》中国建筑工业出版社刘敦祯《中国建筑史》中国建筑工业出版社潘谷西《外国建筑史》中国建筑工业出版社陈志华《外国近现代建筑史》中国建筑工业出版社罗小未601艺术概论《艺术概论》文化艺术出版社高等艺术院校《艺术概论》出版组《美学概论》人民出版社王朝闻主编602(建筑/城市、景观)历史《中国城市建设史》中国建筑工业出版社董鉴泓,主编《外国城市建设史》中国建筑工业出版社沈玉麟,编《西方现代景观设计的理论与实践》中国建筑工业出版社王向荣《图解人类景观—环境塑造史论》同济大学出版社[英]杰弗瑞·杰里柯//苏珊杰·里柯译者:刘滨谊《中国古典园林史》(第三版)清华大学出版社周维权《中国古代建筑史》中国建筑工业出版社刘敦祯《中国建筑史》中国建筑工业出版社潘谷西《外国建筑史》中国建筑工业出版社陈志华《外国近现代建筑史》中国建筑工业出版社罗小未603数学分析《数学分析新讲》北京大学出版社张筑生《数学分析》上海科学技术出版社周民强,方企勤604普通物理《大学物理》(第二版)第一册至四册清华大学出版社张三慧605综合化学《无机化学》(上下册)高等教育出版社,2004宋天佑,程鹏,王杏乔《基础有机化学》(第三版)(上下册)高等教育出版社,2005邢其毅主编《分析化学》(第二版)清华大学出版社,1994薛华等《仪器分析》(第2版)清华大学出版社,2002刘密新等《高分子化学》(第四版)化工出版社潘祖仁主编《高分子物理》(第三版)复旦大学出版社何曼君等606生物学《基础生命科学》高等教育出版社第二版吴庆余607西方哲学史《西方哲学简史》北京大学出版社2002赵敦华608科学技术概论《科学技术概论》(第二版)高等教育出版社2006胡显章、曾国屏主编;李正风主持修订609政治学概论《政治科学》华夏出版社迈克尔·罗斯金等《比较政治制度》高等教育出版社曹沛霖等《国际关系分析》北京大学出版社阎学通610社会学理论《社会学(第10版)》中国人民大学出版社1999年版波普诺《社会学理论的结构》(上下册)华夏出版社2001年版乔纳森·特纳《清华社会学评论》鹭江出版社中国友谊出版公司社会科学文献出版社清华大学社会学系611马克思主义基本原理《马克思主义基本原理概论》高等教育出版社2007年版本书编写组《马克思主义哲学导论》当代中国出版社2002年版吴倬、邹广文612语言学基础《An Introduction toLinguistics》外语教学与研究出版社(可从FTP://166.111.107.7下载)Stuart C.Poole616艺术美学《现代艺术哲学》四川人民出版社H.G.布洛克《美学与艺术欣赏》高等教育出版社肖鹰618新闻与传播史论《新闻学概论》中国传媒大学出版社,2007刘建明《转型中的新闻学》南方日报出版社,2005李希光《麦奎尔大众传播理论》清华大学出版社,2006麦奎尔《中国新闻传播史》中国人民大学出版社,2005方汉奇《全球新闻传播史》清华大学出版社,2006李彬《传播学理论:起源、方法与应用》华夏出版社,2000沃纳.赛佛林等《中外广播电视史》复旦大学出版社,2005郭镇之623药理学综合《药理学》第六版人民卫生出版社杨宝峰630中西音乐史《中国古代音乐史》人民音乐出版社杨荫浏著《中国近现代音乐史》高等教育出版社汪毓和编著《西方音乐通史》上海音乐出版社于润洋主编801中西方美术史《西方现代艺术史》天津人民美术出版社H-阿拉森著,邹德侬等译《中国美术史》人民美术出版社王逊著802建筑物理《建筑物理》中国建筑工业出版社西安冶金建筑学院等803建筑环境与设备工程基础(供热、供然气、通风及空调工程基础)《传热学》第三版高等教育出版社1998年12月杨世铭,陶文铨编著《工程热力学》清华大学出版社1995年7月第1版朱明善等编《建筑环境学》中国建筑工业出版社2001年12月第1版金招芬,朱颖心主编804结构力学(含动力学基础)《结构力学(1)基本教程》高教出版社,2006年12月第2版龙驭球805土木工程CAD 技术基础《土木工程CAD 技术清华大学出版社,2006任爱珠、张建平806物理化学《物理化学》人民教育出版社天津大学807大地测量《大地测量学基础》武汉大学出版社孔祥元等著《现代大地控制测量》测绘出版社施一民《误差理论与测量平差基础武汉大学出版社武汉大学测绘学院等编808交通工程《交通规划理论与方法》清华大学出版社2006年陆化普810土力学基础《土力学》前五章清华大学出版社陈仲颐811水文学基础《工程水文学》中国水利水电出版社(河海大学)詹道江,(武汉大学)叶守泽812水力学基础《工程流体力学》(上册)清华大学出版社李玉柱,贺五洲813结构力学基础《结构力学教程》(1、2)高等教育出版社2000年版龙驭球、包世华814项目管理基础《工程项目组织与管理》中国计划出版社注册咨询工程师考试教材编写委员会《成功的项目管理》机械工业出版社翻译本815化学《现代化学基础》高等教育出版社胡忠鲠《大学化学》高等教育出版社傅献彩816环境微生物学《水处理生物学》(第四版)中国建筑工业出版社顾夏声等《微生物学教程》高等教育出版社周德庆《环境微生物学》高等教育出版社王家玲等817环境系统与管理《环境规划学》高等教育出版社郭怀城等《环境与资源经济学概论》高等教育出版社马中《环境系统分析教程》化学工业出版社程声通《环境管理与环境社会科学研究方法》清华大学出版社曾思育818金属学及热处理《材料工程基础》(第二版)清华大学出版社王昆林《工程材料》(第三版)清华大学出版社朱张校主编819电工电子学《电工学》(上、下册,第五版)高等教育出版社秦曾煌主编820机械设计基础《机械原理教程》清华大学申永胜《机械设计》高等教育出版社吴宗泽821光学工程基础《工程光学》(1-14章)机械工业出版社郁道银、谈恒英《光学工程基础》清华大学毛文炜822控制工程基础《控制工程基础》清华大学董景新823热流基础《工程热力学》清华大学出版社朱明善等《工程热力学》高等教育出版社沈维道《流体力学》清华大学出版社张兆顺,崔桂香824工程力学(理论力学及材料力学)《理论力学》清华大学出版社李俊峰《材料力学》高等教育出版社刘鸿文《材料力学》高等教育出版社孙训方《材料力学》高等教育出版社,2002年范钦珊等825工程热力学《工程热力学》清华大学出版社朱明善《工程热力学》高教出版社沈维道826运筹学与统计学(数学规划、应用随机模型、统计学各占1/3)《运筹学(数学规划)(第3版)清华大学出版社,2004年1月W.L.Winston 《运筹学》(应用随机模型)清华大学出版社,2004年2月V.G.Kulkarni 《概率论与数理统计》(第1~9章)高等教育出版社,2001年盛聚等827电路原理《电路原理》(第2版)清华大学出版社,2007年3月江辑光刘秀成《电路原理》清华大学出版社,2007年3月于歆杰朱桂萍陆文娟《电路》(第5版)高等教育出版社,2006年5月邱关源罗先觉828信号与系统《信号与系统》上册下册高教出版社2000年第二版2008年第18次、19次印刷郑君里等《信号与系统引论》高教出版社2009年3月第一版郑君里等829电磁场理论《电磁场理论》清华大学出版社2001年2003年重印王蔷李国定龚克《电动力学》高教出版社1997年第二版郭硕鸿831半导体物理、器件及集成电路《Introduction to Semiconductor Devices 》清华大学出版社Donald A.Neamen《数字集成电路设计-电路、系统与设计》电子工业出版社,2004.Jan M.Rabaey 等著,周润德等译《半导体物理学》电子工业出版社(第6版)或其它出版社(第1-5版)。
3.1 流体运动的描述方法第3章 流体运动学本章: 描述流体运动的方法,流动的分类 ; 流体微团运动分析; 连续性方程。
3.1.1 拉格朗日法(质点法):研究流体质点的运动规律,综合得到流体的整体运动规律物理学里质点群的运动: r r rk = rk (t ) ,即 xk = xk(t),yk = yk(t),zk = zk(t) (k = 1,……,n)质点速度 即ukxr dr r uk = k , dt dx k dyk dz k = ,uky = ,ukz = dt dt dt2课件制作: 赵 昕 武汉大学水利水电学院1质点加速度r r d u k d 2rk r = ak = dt 2 dtd 2z k d 2xk d 2y k a = a = 2 , ky 2 , kz dt dt dt 2uy =dz z (a , b , c , t ) dy ∂y (a , b , c , t ) , = uz = = dt ∂t ∂t dt(a, b, c不随时间变)即a kx =流体质点:无穷多个,以初始时刻的位置(a, b, c)为标记 质点轨迹 x = x (a, b, c, t) y = y (a, b, c, t) z = z (a, b, c, t) ◆ (a, b, c, t)称为拉格朗日变数质点加速度ax = ay = az =d 2 x ∂ 2 x (a , b , c , t ) = dt 2 ∂t 2 d 2y ∂ 2y (a , b , c , t ) = dt 2 ∂t 2 d 2 z ∂ 2 z (a , b , c , t ) = dt 2 ∂t 2dx ∂x (a , b , c , t ) = 质点速度 u x = dt ∂t3,43.1.2 欧拉法(流场法):研究流动空间中各固定点上任一时刻的质点流动参数,得到流 动参数的场 ux = ux(x, y, z, t) p = p(x, y, z, t), uy = uy(x, y, z, t) ρ = ρ(x, y, z, t), uz = uz(x, y, z, t) …… ◆ (x, y, z, t)称为欧拉变数 ◆ 流场: 指 流动参数的上述分布规律◆ 流体力学多用欧拉法。
绝大多数情况下不必研究质点轨迹; 拉格朗日法有数学困难,而 欧拉法可以借助于场论知识。
◆问题:欧拉法中如何求加速度?或指 流动所在的空间 ◆ 不同质点相继经过同一空间点,欧拉法不关心是哪一个质点。
563.1.3 流体质点加速度,质点导数欧拉法中的速度仍然是质点速度,而非空间点的速度。
质点位置随时间改变,t 时刻 x = x(t),y = y(t),z = z(t) 该质点速度 ux = ux( x(t), y(t), z(t), t ),……ax =同理∂u ∂u du x ∂u x ∂u = + u x x + uy x + u z x ∂t ∂x ∂y dt ∂zduy dt = ∂uy ∂t + ux ∂uy ∂x + uy ∂uy ∂y + uz ∂uy ∂zay =du x ∂u x ∂u x dx ∂u x dy ∂u x dz = + + + 加速度 a x = ∂t ∂x dt ∂y dt ∂z dt dt而az =du z ∂u z ∂u ∂u ∂u = + u x z + uy z + u z z dt ∂t ∂x ∂y ∂z时变加速度 (当地加速度) 位变加速度 (迁移加速度)dx = ux , dtdy dz = uz = uy , dt dt所以∂u ∂u du x ∂u x ∂u = + u x x + uy x + u z x ax = ∂t ∂x ∂y dt ∂z7例:ux = u(x, t),uy = uz = 0 得a = ax =∂u ∂u +u , ay = az = 0 ∂t ∂x8(1) u = u(t),与x无关u(t1) 1 dx u(t2) 2加速度公式写成t2 = t1 + dt∂u u (t 2 ) = u (t1 ) + dt + L ∂t u (t 2 ) − u (t1 ) ∂u = a= dt ∂t ∂u u ( x 2 ) = u ( x1 ) + dx + L ∂x u (x 2 ) − u (x1 ) ∂u dx ∂u = =u a= dt ∂x dt ∂x由于不同地点速度不同而产生的加速度9⎧a x ⎫ ⎧u ⎫ ⎧u ⎫ ⎧u ⎫ ∂ ∂ ∂ ⎞⎪ x ⎪ ⎪ ⎪ d ⎪ x⎪ ∂ ⎪ x⎪ ⎛ + uy + uz ⎟ ⎨uy ⎬ ⎨a y ⎬ = ⎨uy ⎬ = ⎨uy ⎬ + ⎜ u x ∂y ∂z ⎠ ⎪ ⎪ ⎪a z ⎪ dt ⎪u z ⎪ ∂t ⎪u z ⎪ ⎝ ∂x ⎩ ⎭ ⎩ ⎭ ⎩ ⎭ ⎩u z ⎭ r r r du ∂ u r r a= = + (u • ∇ )u 矢量形式 dt ∂t◆ 哈密顿算子(2)u = u(x),与t无关u(x1) 1 dx u(x2) 2r ∂ r ∂ r ∂ ∇ =i +j +k ∂x ∂y ∂z ∂ϕ r ∂ϕ r ∂ϕ r ∇ϕ = i + j + k = gradϕ (梯度) ∂x ∂y ∂z ∂ ∂ ∂ r u • ∇ = ux + uy + uz ∂x ∂y ∂z10流体质点在运动过程中物理量 A 的变化率(质点导数)3.2 有关流场的几个概念一、 恒定流与非恒定流恒定流:各空间点上所有流动参数均不随时间变化,即dA ∂A ∂A ∂A ∂A ∂A r = + (u • ∇ )A = + ux + uy + uz dt ∂t ∂t ∂x ∂y ∂z质点导数 时变导数 位变导数∂A =0 ∂t如:质点密度的变化率此时ux = ux (x, y, z ),uy = uy (x, y, z ) uz = uz (x, y, z ),p = p (x, y, z )……dρ ∂ρ ∂ρ ∂ρ ∂ρ = + ux + uy + uz dt ∂t ∂x ∂y ∂zdρ =0 dt非恒定流:至少一个点上有一个流动参数随时间变化 ◆ 真正的恒定流难以实现。
许多情况下,流动参数变幅不大, 或非恒定影响局限于小范围,可近似按恒定流处理。
◆ 不可压缩流体1112二、 流线和迹线用几何曲线描述流动 1.迹线——质点运动的轨迹 ◆ 迹线形状与时间无关 ◆ 已知欧拉法的流速分布式,导出迹线的曲线方程2.流线:某瞬时的一条曲线,线上每一空间点在该瞬时的流速与 该曲线相切。
r u (x1 , y1 , z1 , t )1 2r u (x 2 , y 2 , z 2 , t )dx = u x (x , y , z , t ) dt dy = uy (x , y , z , t ) dt dz = u z (x , y , z , t ) dt◆ 流场中各点均有流线通过x(t),y(t),z(t)的常微分方程组 求解,并消去 t(1)非恒定流动,流线形状可随时间变化 恒定流动,流线形状不随时间变化,且与迹线重合。
13 14(2)同一瞬时的不同流线不可能相 交;流线不能是折线。
两个例外: 驻点(u = 0) ◆ 如何确定流线?L1 L2U2 U1(3)流线满足流线微分方程dx dy dz = = u x (x , y , z , t ) uy (x , y , z , t ) u z (x , y , z , t )(两个方程)解:f1(x, y, z, t) = 0 f2(x, y, z, t) = 0 两个曲面的交线即为流线奇点(u = ∞)在流线上取微矢量 dl = dxi + dyj + dzk // urrrrrr r r i j k r r dl × u = dx dy dz = 0 u x uy u z15dl16例:已知 ux = x + t,uy = -y + t,uz = 0 求t = 0时过(-1,-1) 点的流线和迹线 解:(1)求流线显然 dz = 0t = 0 时,经过(-1,-1)的流线满足 (-1+0)(1+0) = C2 =-1 流线为 xy = 1 ——第三像限的双曲线(-1, -1)dx dy dz = = x +t −y +t 0 (非恒定平面流动)z = C1 (平面)(2)求迹线dx dy = x +t −y +t得 即 (x+t)(-y+t) = C2(t 为参数,不是积分变量)dx = ux = x + t dt得dy = u y = −y + t dtln(x+t) =-ln(-y+t) + C′x = C1e t − t − 1y = C 2e −t + t − 1◆ 平面流动,在任何z = C1平面上的流线都是相同的 ◆ 取不同C2值得到不同的流线17t = 0 时 x =-1 = C1-1,y =-1 = C2-1 得 C1 = C2 = 0 迹线为 x =-t-1 y = t-1 有 x + y =-2 ◆ 该迹线为直线,与流线不重合。
18三.流管,流量 1.流管:流线构成的管状曲面。
(1)任一瞬时,不能有流线穿过流管表面。
(2)恒定流的流管形状不随时间变化——流管始终将 内外流体隔开。
◆ 流管横截面积为无穷小(微小流管),内部流动称为元流 流管横截面积为有限大,内部流动称为总流,包含无数元流。
(管道、河流、……)A dA2.流量 = 单位时间通过流管截面的流体量体积流量(流量)Q = 单位时间通过流管截面的流体体积,m3/s 质量流量Qm = 单位时间通过流管截面的流体质量,kg/sr r Q = ∫ u cos αdA = ∫ u • ndA r v Qm = ∫ ρu cos αdA = ∫ ρu • ndAA A A Aα Ar nr u1920四.一维流动、二维流动、三维流动◆ 若取截面使之恒与流速正交——过流断面 则 cosα = 1,1 2一维流动(一元流动):流速的自变量中只有一个空间坐标 二维流动(二元流动):流速的自变量中只有两个空间坐标 三维流动(三元流动):流速的自变量中有三个空间坐标Q = ∫ udAAA,12Qm = ∫ ρudA(1)三维流动: ux = ux (x, y, z, t ), uy = uy (x, y, z, t ), uz = uz (x, y, z, t ) 也可以用其他坐标系: 柱坐标系 ur = ur(r, θ, z, t ) uθ = uθ(r, θ, z, t ) uz = uz(r, θ, z, t )22断面平均流速Q 1 v = = ∫ udA A AAz uz uθ ur x θ r yQ = vA21球坐标系 ur = ur(r, θ, λ, t ) uθ = uθ(r, θ, λ, t ) uλ = uλ(r, θ, λ, t )xz ur uθ λ r θ uλ y◆ 对浅水流动(湖泊等),常忽略uz和ux、uy在水深方向的 变化 (对ux、uy 流速沿水深取平均值),得到近似的平面流 动。