流體力學（簡體書）

《流體力學》為《高等學校土木工程本科指導性專業規範配套系列教材》之一，是“大土木”的一門基礎課教材。全書共9章，內容包括：緒論，流體靜力學，流體動力學基礎，流動阻力和水頭損失，孔口、管嘴出流和有壓管流，明渠流動，堰流，滲流，量綱分析和相似理論。每章有導讀和小結，書後附有習題答案。《流體力學》主要作為高等學校土木工程等專業的流體力學課程教學用書，也可作為全國註冊結構工程師考試的參考書，此外，也可供從事工程流體力學工作的工程技術人員參考。．

《高等學校土木工程本科指導性專業規范配套系列教材:流體力學》按土木工程大類專業培養的理念編寫，在保證必需的基礎知識的前提下，力求內容精煉，編排合理，思路清晰，物理概念明確；注意強調知識點的物理含義與工程背景，強調研究方法與實驗手段，使讀者在學習過程中不斷積累自己理論聯系實際的意識與能力。《高等學校土木工程本科指導性專業規范配套系列教材:流體力學》主要作為高等學校土木工程等專業的流體力學課程教學用書，也可作為全國注冊結構工程師考試的參考書，此外，也可供從事工程流體力學工作的工程技術人員參考。

1　緒論1.1　流體力學及其作用1.2　流體的主要物理性質1.3　作用在流體上的力本章小結習題2　流體靜力學2.1　流體靜壓強及其特性2.2　流體平衡微分方程2.3　重力作用下液體靜壓強的分佈2.4　液柱式測壓計2.5　靜止液體作用在平面上的總壓力2.6　靜止液體作用在曲面上的總壓力本章小結習題3　流體動力學基礎3.1　流體運動的描述3.2　流體流動的若干基本概念3.3　連續性方程3.4　元流和總流的能量方程3.5　總流的動量方程3.6　流體的運動微分方程本章小結習題4　流動阻力和水頭損失4.1　流動阻力和水頭損失分類4.2　粘性流體的兩種流態4.3　沿程水頭損失與切應力的關係4.4　圓管中的層流運動4.5　紊流運動4.6　紊流的沿程損失4.7　流動的局部損失4.8　邊界層概念與繞流阻力本章小結習題5　孔口、管嘴出流和有壓管流5.1　孔口出流5.2　管嘴出流5.3　有壓管流本章小結習題6　明渠流動6.1　概述6.2　明渠均勻流6.3　明渠流動狀態6.4　水躍和水跌6.5　明渠非均勻漸變流水面曲線的計算本章小結習題7　堰流7.1　堰流及其特徵7.2　薄壁堰7.3　寬頂堰7.4　實用堰本章小結習題8　滲流8.1　概述8.2　滲流阻力定理8.3　地下水的漸變滲流8.4　井和井群本章小結習題9　量綱分析和相似原理9.1　量綱和諧原理9.2　量綱分析法9.3　流動相似原理9.4　模型試驗本章小結習題習題答案主要參考文獻．

4.6 紊流的沿程損失
由達西公式（4.16）可知，計算沿程水頭損失hf的關鍵在于沿程阻力系數λ的確定。對于圓管層流，本章第4節中已通過理論分析，得到其沿程阻力系數λ=64／Re；而對于紊流，由于其運動的復雜性，直至目前尚缺少有效地解決紊流沿程損失規律的理論。實用中，紊流A的變化規律和計算公式往往是根據半經驗理論，并結合實驗研究成果。尼古拉茲的人工砂粒粗糙圓管實驗是著名的經典研究工作，至今仍是沿程損失規律研究的基礎。
4.6.1尼古拉茲實驗
沿程阻力系數λ與介質類型、流態及管道特性關系密切，而管道特性主要反映在管壁的粗糙度上。為了探尋λ的變化規律，1933年德國水力學家尼古拉茲將粒徑相同的砂粒均勻粘貼在光滑管壁上，制成了一種人工粗糙管道。對于人工粗糙管，可用砂粒的直徑大小來表示管壁的粗糙度，通常用△表示絕對粗糙度，而用△與管道半徑r0的比值△／r0表示相對粗糙度，用r0／△表示相對光滑度。
尼古拉茲用相對光滑度為r0／△=15，30.6，60，126，252，507的6組人工粗糙管道進行實
驗，獲得了不同光滑度管道在不同流量下的斷面平均流速v和沿程水頭損失hf，計算了相應的
λ和Re值，最后在雙對數坐標系中點繪出每一組r0／△的lgRe～lg(100λ）關系，得到了如圖
4.12所示的尼古拉茲實驗曲線。
根據圖4.12中沿程阻力系數A的變化特性，可將尼古拉茲實驗曲線分為以下5個阻力區。
1）層流區
直線Ⅰ及其以左區域為層流區。當雷諾數Re<2300時，流動處于層流狀態，不同粗糙度的實驗點均落在同一直線上，表明層流區的λ僅是雷諾數re的函數，而與相對粗糙度δ／r0無關，這與均勻層流理論分析結果一致，即λ=64／re，反映在對數坐標上是一直線。>
2）層流向紊流的過渡區
直線Ⅰ與直線Ⅱ之間的區域為層流向紊流的過渡區。當雷諾數Re=2300～4000時，為層流向紊流的過渡區，該區實驗點也落在同一曲線上，但其流動性是最不穩定的，造成實驗數據規律性較差。由于該區域的范圍很窄，實用意義不大，一般不討論。