工程流体力学泵与风机（第二版）

　　本教材内容覆盖了全国注册公用设备工程师（暖通空调）执业资格考试基础考试大纲中对流体力学部分的内容要求。全书详细介绍了流体静力学、流体运动学、流体动力学基础、量纲分析和相似原理、流动阻力和能量损失、边界层和绕流运动、不可压缩流体的管道流动、明渠均匀流、渗流、气体紊流射流、一元气体动力学基础、流动要素量测、泵与风机的理论基础、泵与风机的工作分析。每章均附有思考题和习题，附录有各章主要专业术语的中英文对照。本书可作为高等学校建筑环境与能源应用工程专业流体力学课程的本科教材，也可作为全国注册公用设备工程师（暖通空调）流体力学考试的参考书，同时可供其他专业及相关科技人员参考。

　　伍悦滨，哈尔滨工业大学市政环境工程学院，教授 博导。住建部学习经历自1983.8至1987.7，就读于沈阳建筑大学给水排水工程专业，研究方向为给排水工艺及设计自1987.8至1990.1，就读于哈尔滨建筑大学水力学及河流动力学专业，研究方向为流体添加剂减阻机理及实验研究，自1996.8至2000.7，就读于哈尔滨工业大学市政工程专业，研究方向为给水管网系统理论及应用。工作经历自1990.1至1994.8，在哈尔滨建筑大学担任助教，自1994.8至2000.7，在哈尔滨建筑大学担任讲师自2000.7至2006.12，在哈尔滨工业大学担任副教授，自2006.12至今，在哈尔滨工业大学担任教授。 主要科研方向长距离输水管线水力瞬变流分析与控制管网系统非恒定流计算及其系统优化与可靠性分析水体动力学特性和污染物行为分析以及其数值模拟 耦合物理化学过程的流场特性研究及其数值模拟主要科研奖励《纳米碳晶导电发热材料制备及应用技术》，黑龙江科技进步二等将，排名第三主要学术论文、专著、专利1. 伍悦滨等 用节点水龄量度给水管网的水质状况，给水排水，2002.52. 伍悦滨等 给水管网系统性能的评价方法，中国给水排水，2003.43. 伍悦滨等Assessment on Reliability of Water Quality in Water Distribution Systems，哈尔滨工业大学学报（英文版），2004.104. 伍悦滨等 基于瞬变反问题分析的给水管网漏失数值模拟，哈尔滨工业大学学报，2005.115. 伍悦滨等 给水管网系统中的水力瞬态工况模拟，北京科技大学学报，2006.56. 伍悦滨等 Numerical simulation of three-dimensional flow field in quadrate stirred tanks，New Trends in Fluid Mechanics Research — Proceeding of the Fifth International Conference on Fluid Mechanics，2007.87. 伍悦滨等 Transient analysis of natural gas systems，Proceedings of the 5th International Symposium on Heating， Ventilation and Conditioning，2007.98. 伍悦滨等 松花江中下游造床流量分析，哈尔滨工业大学学报 ，2008.6 主讲课程 研究生课程：《实验的理论基础》、《高等流体力学》、《流体力学及水力学专业新进展》本科生课程：《水力学》、《工程流体力学》

第1章绪论1
1.1流体力学及其发展史1
1.1.1流体力学的研究对象1
1.1.2连续介质模型1
1.1.3流体力学的研究方法1
1.1.4流体力学的发展史2
1.2作用在流体上的力4
1.2.1表面力4
1.2.2质量力4
1.3流体的主要物理性质5
1.3.1惯性5
1.3.2黏滞性5
1.3.3压缩性和热胀性8
1.3.4表面张力特性9
1.3.5汽化压强9
思考题10
习题10
第2章流体静力学12
2.1静止流体中压强的特性12
2.2流体平衡微分方程13
2.2.1流体平衡微分方程13
2.2.2平衡微分方程的全微分式14
2.2.3等压面14
2.3重力场中流体静压强的分布规律14
2.3.1液体静力学基本方程14
2.3.2气体静压强的计算15
2.3.3压强的度量15
2.3.4水头、液柱高度和能量守恒16
2.3.5压强的计量单位17
2.4流体的相对平衡18
2.4.1等加速直线运动容器中流体的平衡18
2.4.2等角速度旋转容器中液体的平衡19
2.5液体作用在平面上的总压力20
2.5.1解析法20
2.5.2图算法21
2.6液体作用在曲面上的总压力22
2.6.1曲面上的总压力22
2.6.2压力体23
2.6.3液体作用在潜体和浮体上的总压力24
思考题26
习题26
第3章流体运动学29
3.1流体运动的描述方法29
3.1.1拉格朗日法29
3.1.2欧拉法30
3.2欧拉法的基本概念31
3.2.1流动的分类31
3.2.2流线32
3.2.3元流和总流34
3.2.4流量和断面平均流速35
3.3连续性方程36
3.3.1连续性微分方程36
3.3.2连续性微分方程对总流的积分37
3.4流体微团运动的分析39
3.4.1微团运动的分解39
3.4.2微团运动的组成分析40
3.4.3有旋运动（有涡流）和无旋运动（无涡流）41
思考题43
习题43
第4章流体动力学基础46
4.1理想流体运动微分方程46
4.2元流的伯努利方程47
4.2.1理想流体运动微分方程的伯努利积分47
4.2.2理想流体元流伯努利方程的物理意义和几何意义48
4.2.3实际流体元流的伯努利方程49
4.3实际流体总流的伯努利方程49
4.3.1总流的伯努利方程49
4.3.2总流伯努利方程的应用条件和应用方法51
4.3.3有能量输入或输出的伯努利方程53
4.3.4两断面间有合流或分流的伯努利方程53
4.3.5恒定气体总流的伯努利方程54
4.4总流的动量方程和动量矩方程56
4.4.1总流的动量方程57
4.4.2总流的动量矩方程60
4.5恒定平面势流61
4.5.1速度势（流速势）61
4.5.2流函数62
4.5.3流网及其特征64
4.5.4几种简单的平面势流66
4.5.5势流叠加70
4.6不可压缩黏性流体的运动微分方程76
4.6.1以应力表示的黏性流体运动微分方程76
4.6.2应力和变形速度的关系78
4.6.3不可压缩黏性流体运动微分方程79
思考题80
习题80
第5章量纲分析和相似原理84
5.1量纲分析的意义和量纲和谐原理84
5.1.1量纲的概念84
5.1.2无量纲量85
5.1.3量纲和谐原理85
5.2量纲分析法86
5.2.1瑞利法86
5.2.2π定理87
5.2.3量纲分析方法的讨论90
5.3相似理论基础90
5.3.1相似概念91
5.3.2相似准则92
5.4相似定理94
5.4.1相似正定理94
5.4.2相似逆定理94
5.4.3相似第三定理95
5.5模型实验95
5.5.1模型律的选择95
5.5.2模型设计96
思考题98
习题98
第6章流动阻力和能量损失100
6.1流动阻力和能量损失的分类100
6.1.1能量损失的分类100
6.1.2能量损失的计算公式101
6.2实际流体的两种流动状态101
6.2.1两种流态101
6.2.2流态的判别准则——临界雷诺数103
6.3均匀流动方程式104
6.3.1均匀流动方程式105
6.3.2圆管过流断面上切应力分布105
6.3.3阻力速度106
6.4圆管中的层流运动106
6.4.1流动特征106
6.4.2流速分布106
6.4.3圆管层流沿程水头损失的计算107
6.5紊流理论基础108
6.5.1层流向紊流的转变108
6.5.2紊流运动的特征和时均法109
6.5.3紊流的半经验理论111
6.5.4黏性底层113
6.6圆管紊流中的沿程水头损失113
6.6.1尼古拉兹实验113
6.6.2流速分布116
6.6.3λ的半经验公式117
6.6.4工业管道和柯列勃洛克(Colebrook)公式117
6.6.5沿程阻力系数λ的经验公式118
6.7非圆管的沿程水头损失120
6.7.1水力半径R121
6.7.2当量直径de121
6.7.3非圆通道雷诺数122
6.7.4非圆管的沿程水头损失122
6.8局部水头损失123
6.8.1局部损失的一般分析123
6.8.2几种典型的局部阻力系数125
6.8.3局部阻力之间的相互干扰128
6.8.4减少局部阻力的措施129
6.9恒定总流水头线的绘制129
6.9.1总水头线和测压管水头线130
6.9.2总压线和全压线132
思考题135
习题136
第7章边界层和绕流运动140
7.1边界层的基本概念140
7.2边界层动量方程143
7.3曲面边界层的分离现象与卡门涡街144
7.3.1曲面边界层的分离现象144
7.3.2卡门涡街145
7.4绕流阻力和升力145
7.4.1绕流阻力的一般分析146
7.4.2悬浮速度147
7.4.3绕流升力的一般概念148
思考题149
习题149
第8章不可压缩流体的管道流动150
8.1孔口出流150
8.1.1薄壁小孔口恒定自由出流150
8.1.2孔口淹没出流152
8.1.3孔口的变水头出流153
8.2管嘴出流154
8.2.1圆柱形外管嘴恒定出流154
8.2.2收缩断面的真空155
8.2.3圆柱形外管嘴的正常工作条件155
8.2.4其他类型的管嘴出流156
8.3简单管道156
8.3.1简单短管的水力计算156
8.3.2简单长管的水力计算160
8.4复杂管道161
8.4.1串联管道162
8.4.2并联管道162
8.4.3沿程均匀泄流管道163
8.5管网水力计算基础165
8.5.1枝状管网165
8.5.2环状管网167
8.6有压管道中的水击169
8.6.1水击现象169
8.6.2水击压强的计算171
8.6.3水击波的传播速度172
8.6.4防止水击危害的措施173
思考题173
习题173
第9章明渠均匀流179
9.1概述179
9.1.1明渠流动的特点179
9.1.2明渠的分类180
9.2明渠均匀流的特征及其形成条件181
9.2.1明渠均匀流的特征181
9.2.2明渠均匀流的形成条件181
9.3明渠均匀流的水力计算182
9.3.1明渠均匀流的水力计算公式182
9.3.2明渠过流断面的几何要素183
9.3.3明渠水力最优断面和允许流速184
9.3.4明渠均匀流水力计算的基本问题186
9.4无压圆管均匀流187
9.4.1无压圆管均匀流的特征188
9.4.2过流断面的几何要素188
9.4.3无压圆管的水力计算188
9.4.4输水性能最优充满度189
9.4.5最大设计充满度、允许流速190
思考题191
习题191
第10章渗流192
10.1渗流的基本概念192
10.1.1水在土壤中的状态192
10.1.2土壤的渗流特性与岩土分类192
10.1.3渗流模型193
10.1.4渗流的分类193
10.1.5流速水头的处理193
10.2渗流基本定律193
10.2.1达西定律194
10.2.2达西定律的适用范围194
10.2.3渗透系数的确定194
10.2.4无压恒定渐变渗流的基本公式196
10.3井和集水廊道的渗流计算196
10.3.1普通完整井196
10.3.2自流完整井198
10.3.3集水廊道198
10.3.4大口井199
10.4井群的渗流计算199
10.4.1普通完整井的井群199
10.4.2自流完全井的井群200
思考题201
习题201
第11章气体紊流射流203
11.1气体自由射流的结构与特征203
11.1.1射流的结构203
11.1.2射流的基本特征203
11.2圆断面射流的运动分析205
11.2.1主体段轴心速度um205
11.2.2主体段断面流量Q205
11.2.3主体段断面平均流速v1206
11.2.4主体段质量平均流速v2206
11.2.5起始段核心长度sn及核心收缩角θ206
11.2.6起始段流量Q206
11.2.7起始段断面平均流速v1207
11.2.8起始段质量平均流速v2207
11.2.9公式小结208
11.3温差射流与浓差射流208
11.3.1温差射流的基本特征209
11.3.2圆断面温差射流运动分析209
11.3.3温差、浓差射流公式小结210
11.4旋转射流212
11.4.1旋转射流概述212
11.4.2旋转射流的流速分布212
11.4.3旋转射流的压强分布213
11.4.4旋转强度213
11.4.5无因次流量QQ0及QhQ0214
11.5有限空间射流214
11.5.1射流结构214
11.5.2动力特征215
11.5.3半经验公式215
11.5.4末端涡流区217
思考题217
习题217
第12章一元气体动力学基础219
12.1理想气体一元恒定流动基本方程219
12.1.1连续性方程219
12.1.2状态方程219
12.1.3动量方程219
12.1.4能量方程219
12.1.5理想气体过程方程220
12.2声速和马赫数221
12.2.1声速221
12.2.2马赫数222
12.2.3滞止参数223
12.2.4气流按不可压缩处理的限度224
12.3变截面喷管中的等熵流动225
12.3.1流动参数与截面积的关系226
12.3.2通过收缩喷管的最大流量227
12.4可压缩气体管道流动229
12.4.1等温流动229
12.4.2绝热流动232
思考题235
习题235
第13章流动要素量测236
13.1压强量测236
13.1.1连通器原理236
13.1.2压强量测仪器236
13.2流速量测239
13.2.1总压管239
13.2.2应用毕托(Pitot)管量测点流速240
13.2.3圆柱体测速管241
13.2.4其他流速量测仪器241
13.3流量量测243
13.3.1体积流量计243
13.3.2文丘里流量计243
13.3.3孔板流量计与喷嘴流量计244
13.3.4非压差式流量量测仪器245
13.4流动显示与全流场测速法246
13.4.1流场显示的示踪法246
13.4.2现代图像处理技术246
思考题247
习题247
第14章泵与风机的理论基础249
14.1泵与风机的分类及应用249
14.1.1叶片式泵与风机249
14.1.2容积式泵与风机250
14.1.3其他类型的泵与风机250
14.2离心式泵与风机的构造特点及性能参数251
14.2.1离心式泵的基本构造251
14.2.2离心式风机的基本构造253
14.2.3离心式泵与风机的性能参数255
14.3离心式泵与风机的基本方程——欧拉方程256
14.3.1流体在叶轮中的运动256
14.3.2欧拉方程257
14.3.3叶片片数有限对欧拉方程的修正257
14.3.4理论扬程HT的组成258
14.4叶型对离心式泵与风机性能的影响259
14.4.1叶型对理论扬程HT大小的影响259
14.4.2叶型对理论扬程HT组成的影响260
14.5离心式泵与风机的理论和实际特性曲线260
14.5.1泵与风机的理论特性曲线261
14.5.2泵与风机的损失与效率262
14.5.3泵与风机的实际特性曲线263
14.5.4泵与风机实际特性曲线的试验测定265
14.6相似律和比转数265
14.6.1相似条件266
14.6.2相似律266
14.6.3相似律的应用267
14.6.4比转数269
14.6.5比转数的意义269
14.7泵与风机的选择性能曲线图和性能参数表271
14.7.1泵或风机的通用性能曲线图271
14.7.2风机的选择性能曲线图和性能参数表271
14.7.3泵的综合性能曲线图和性能参数表272
14.8轴流式泵与风机273
14.8.1轴流式泵与风机构造及工作原理274
14.8.2轴流式泵与风机性能曲线的特点275
思考题275
习题276
第15章泵与风机的工作分析277
15.1管路特性曲线和工作点277
15.1.1管路特性方程和特性曲线277
15.1.2泵或风机的工作点278
15.2泵或风机的联合工作279
15.2.1并联工作279
15.2.2串联工作280
15.3泵与风机的工况调节281
15.3.1改变管路特性曲线的调节方法281
15.3.2改变泵或风机特性曲线的调节方法282
15.3.3轴流式泵与风机的调节285
15.4泵与风机的选择、安装和运行287
15.4.1泵的汽蚀与安装高度287
15.4.2泵与风机的选择290
15.4.3泵与风机和管路系统的连接291
15.4.4泵与风机的启动和运行292
15.5管道内的压力分布293
15.5.1液体管道内的压力分布293
15.5.2气体管道内的压力分布295
思考题296
习题296
习题答案298
附录本书各章主要专业术语中、英文对照301
主要参考文献304