流体力学及其叶轮机械应用_(美) 毕杰·K. 苏丹著_9787566126955

本书以关键概念介绍为先导, 深入浅出地阐述了流体力学的基础知识及其工程应用, 包括流体运动学、控制体分析、伯努利方程、可压缩流、势流、纳维-斯托克斯方程、边界层流动等, 并从流体力学基本原理出发对常见的离心泵与风机, 离心压气机, 轴流泵、风扇与压气机, 径流燃气轮机, 轴流燃气轮机, 扩压器等叶轮机械内部的流体流动过程及能量转换原理、工作性能和初步设计进行了充分介绍。

　　流体力学是航空航天推进和发电的核心，其应用包括火箭发动机、燃气轮机、蒸汽轮机、水轮机、风力涡轮机、陆地和海洋发电厂、压气机、风扇、泵等。在世界上大多数大学的机械和航空航天工程的典型课程中，流体力学通常是那些正在攻读热流体力学专业学位学生的一门核心必修课程。

　　在中佛罗里达大学教授“流体力学及其叶轮机械应用”本研课程的十年间，我意识到每个班级的规模都在逐年增大。班级规模增大的直接影响是减少了我布置整个学期课后作业的数量。这样做的主要目的是减轻我对所有学生作业进行评分的负担。学生们确实从课堂和教科书上的各种例子中受益匪浅。在此期间，我也意识到，虽然理解流体力学的基本概念和各种守恒定律是必要的，但仅凭这一点并不能保证学生可以成功解决实际问题，除非这些问题需要直接应用流体力学中著名的基本方程。每当我在课堂上进行闭卷考试时，学生们总是问我是否会为他们提供所有需要的流体力学方程。我经常用爱因斯坦的智慧之言提醒他们：“教育不是学习事实，而是训练思维。”我最难忘的一次经历是我在“流体力学及其叶轮机械应用”课程的第一周布置了以下家庭作业：

　　一个小男孩在帮他爸爸做院子里的活，一边玩花园里的水管，一边说道：“嘿，爸爸！当我把水管口盖上一半时，水会喷得更快，流得更远。”父亲回道：“很明显，对于相同的流量，如果面积减半，水射流速度会加倍。”过了一会儿，男孩又说道：“爸爸，但是现在装满水桶需要更长的时间。”爸爸继续回道：“嗯……这是我需要考虑的事情。”

　　根据你对流体流动的理解，你会如何帮助这位父亲摆脱困境？

　　我有点失望，班上没有学生能够正确解决这个相对简单的不可压缩流动问题，它并不需要使用复杂的方程——当然不是可怕的纳维一斯托克斯方程。通过在中佛罗里达大学对300多名学生进行教学、测试和评分，我了解到他们中的大多数人，除了了解流体力学的各种概念和控制守恒定律之外，还需要大量实践来解决工程实际问题。对于后者，他们需要一本很好的关于实际问题及其解法的图书来与他们指定的教科书结合使用。

　　基于我超过45年的、主要专注于液体火箭推进的热流体工程以及用于飞机推进和发电的世界级燃气轮机的行业研发经验，我看到了一个令人失望的趋势，即“计算背后的艺术”在新一代有才华的热流体工程师中逐渐消失。导致这一趋势的关键因素是过度依赖各种设计工具和商业软件，包括它们的集成和自动化，以满足不断缩短的新产品设计周期需要。当然，一本关于实际问题的详细解法的好书，将大大提高这些研发工程师在分析和设计中保持和强化他们在自动化设计工具的黑盒应用之外的解决工程问题的能力和技能。有一次，我问我在一家燃气轮机公司工作的同事：假设他利用一个商用设计工具来求解带有摩擦、传热和旋转的可变面积管道中的一维可压缩流动问题，以辅助涡轮叶片的内部冷却设计，如何验证设计工具的结果？这位同事的答案是，该设计工具正确计算了等熵收缩一扩张喷管流、范诺流和瑞利流的极限情况。我的答案是，由于各种效应之间的非线性耦合影响，一次使用一种效应对工具的验证是不够的，我们需要对考虑管道面积变化、摩擦、传热和旋转的综合影响的管道流动进行数值求解（例如，使用MSExcel进行手动计算）。这让我的同事不知所措，不知道如何根据我的提议对设计工具进行基本验证。而该工具基本上是为低马赫数流动（不可压缩空气流动）定制的，在设计中却被错误地用于计算涡轮叶片内部带有阻塞和正激波的冷却流动之中。

　　本书反映了我多年的行业研发和教学经验，其中包括许多创新问题及其使用物理优先方法的系统化详细解法。尽管本书的每一章都简要回顾了支持该章所包含问题及其解法的一些关键概念，但本书并不能取代流体力学教科书。作为许多具有详细解法的实践问题的理想来源，高年级本科生和研究生、教学人员、研发工程师和从事流体力学各个分支的研究人员，会发现本书是保持和强化其涉及流体力学方面问题求解技能的不可或缺的“伴侣”。作为具有广泛吸引力的同类书籍之一，本书有望长期为感兴趣的读者服务。

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