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| 內容簡介： |
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《高等流体力学》共分8章，系统地介绍了流体力学的进阶理论与知识，具体包括流体力学的基本概念和基本方程、理想不可压缩流体无旋流动、流体的旋涡运动、纳维-斯托克斯方程的解析解、边界层流动、湍流基本理论、可压缩流体流动以及湍流高精度数值模拟方法等，为读者进一步理解和解决流体流动问题提供必要的基础理论。本书可作为能源动力、航空航天、机械、化工、环境工程、水利、土木工程、核科学与技术等非力学的工科专业低年级研究生和高年级本科生教学用书，并可供相关专业教师、科研人员和工程技术人员参考阅读。
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| 關於作者： |
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蔡伟华，东北电力大学教授，博士生导师。工作经历：2011.4-2019.8，哈尔滨工业大学；2013.11-2014.11，美国伊利诺伊大学香槟分校；2019.8至今，东北电力大学。长期从事复杂流动研究与流体力学教学工作；2022年入选长江学者奖励计划青年学者；2021年获吉林省青年科技奖；2024年获吉林省技术发明二等奖（排名二）；2016年获黑龙江省自然科学一等奖（排名第五）；2014年，国家资源共享课主讲教师。
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| 目錄：
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第 1 章 流体力学基础 1
1.1 描述流体运动的两种方法 1
1.1.1 拉格朗日法 1
1.1.2 欧拉法 2
1.1.3 拉格朗日法与欧拉法的相互转换 3
1.1.4 随体导数 5
1.2 速度分解定理 7
1.3 应力张量 9
1.3.1 运动流体中的应力张量 9
1.3.2 应力张量的对称性 10
1.3.3 理想流体中的应力 11
1.4 雷诺输运定理 12
1.5 流体运动基本方程 14
1.5.1 流体动力学积分形式的基本方程 14
1.5.2 流体动力学微分形式的基本方程 16
第 2 章 理想不可压缩流体无旋流动 20
2.1 基本方程组及其性质 20
2.2 速度势函数和流函数 23
2.2.1 势流与速度势 23
2.2.2 流函数 28
2.2.3 拉普拉斯方程 30
2.2.4 柯西-黎曼条件 31
2.2.5 流函数与速度势的基本性质 31
2.3 复位势及平面基本流动 32
2.3.1 复位势 32
2.3.2 平面基本流动 33
2.3.3 点源与点汇 34
2.3.4 偶极子 36
2.3.5 点涡 37
2.4 绕圆柱体的流动 39
2.4.1 无环量圆柱绕流 39
2.4.2 有环量圆柱绕流 40
2.4.3 半体绕流 41
2.4.4 卵形体绕流 42
第 3 章 流体的旋涡运动 49
3.1 旋涡运动的基本概念 49
3.1.1 涡线、涡面 50
3.1.2 涡管、涡束 50
3.1.3 旋涡强度 51
3.2 旋涡运动的基本特性和定理 51
3.2.1 速度环量 51
3.2.2 汤姆孙定理 54
3.2.3 亥姆霍兹定理 55
3.3 涡量动力学方程 58
3.4 由速度散度场和涡量场确定速度场 60
3.5 旋涡场感应的速度场 62
3.5.1 无旋有源矢量场的解 62
3.5.2 有旋无源矢量场的解 63
3.5.3 ▽·A=0的物理意义 64
第 4 章 典型流动问题的解析解 68
4.1 无量纲形式流体动力学方程、相似准则数 68
4.2 定常平行剪切流动 71
4.2.1 二维泊肃叶流动 72
4.2.2 库埃特流动 73
4.2.3 哈根-泊肃叶流动 74
4.3 非定常平行剪切流动 77
4.3.1 平板突然起动 78
4.3.2 平板周期振荡流 80
4.4 极低雷诺数流动 82
第 5 章 边界层流动 90
5.1 边界层的基本概念 90
5.1.1 边界层的基本结构 90
5.1.2 边界层内湍流猝发过程 92
5.1.3 边界层的特征参数 92
5.2 二维边界层微分方程 95
5.2.1 层流边界层微分方程 95
5.2.2 湍流边界层微分方程 97
5.3 二维边界层动量积分方程 98
5.3.1 层流边界层动量积分方程 98
5.3.2 湍流边界层动量积分方程 99
5.4 平板层流边界层的近似计算 101
第 6 章 湍流 109
6.1 湍流的基本概念 109
6.2 湍流的统计方法 113
6.2.1 随机变量的概率和概率密度 113
6.2.2 时间平均法 114
6.2.3 空间平均法 115
6.2.4 系综平均法 117
6.2.5 平均值和脉动值的运算关系式 118
6.2.6 湍流度 119
6.3 湍流的基本方程 119
6.3.1 连续性方程 120
6.3.2 雷诺时均方程 120
6.3.3 脉动量的运动方程 121
6.3.4 雷诺应力的物理意义 121
6.4 湍流的其他相关方程 123
6.4.1 不可压缩流体湍流平均运动的动能方程 123
6.4.2 雷诺应力输运方程和湍动能输运方程 124
6.5 湍流的模式理论 129
6.5.1 涡黏假设 130
6.5.2 Prandtl 混合长度模型 131
6.5.3 一方程和两方程模型 133
第 7 章 可压缩流体流动基础 140
7.1 可压缩流体动力学基本概念 140
7.1.1 流体热力学性质 140
7.1.2 等熵过程 141
7.1.3 可压缩流体流动基本方程 142
7.2 小扰动波在可压缩流体中的传播 143
7.3 激波 145
7.3.1 正激波 146
7.3.2 斜激波 151
第 8 章 湍流高级数值模拟基础 158
8.1 数值模拟基本概念 158
8.1.1 网格生成技术 159
8.1.2 控制方程离散与求解 165
8.1.3 高级数值模拟方法简介 168
8.2 直接数值模拟方法 170
8.2.1 直接数值模拟的空间分辨率 170
8.2.2 直接数值模拟的时间分辨率 171
8.2.3 初始条件和边界条件 172
8.3 大涡数值模拟方法 175
8.3.1 脉动的过滤 176
8.3.2 大涡模拟控制方程和亚格子应力 178
8.3.3 常用的亚格子应力模型 179
附录 A 场论基础 184
附录 B 笛卡尔张量及其基本运算 191
参考文献 199
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| 內容試閱：
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党的二十大报告强调了“加快实现高水平科技自立自强”和“打赢关键核心技术攻坚战”在现代科技发展中的重要性。高等流体力学作为基础学科，在多个“卡脖子”技术（如能源动力、航空航天、船舶与海洋工程等）突破中具有核心作用。
高等流体力学是动力工程及工程热物理及相近学科的一门重要的基础理论课程。本书主要针对工科高等院校低年级研究生和高年级本科生编写，期望读者在本科流体力学课程知识的基础上，通过本课程的学习，能够进一步加深理解流体力学的基础理论及其研究方法，具备掌握流体力学相关问题的分析与解决能力，为后续专业课程的学习与科学研究奠定流体力学基础。
本书力求基本概念阐述清晰，基本方程推导过程详细，文字简洁易懂，希望能为读者提供一本易于理解和学习高等流体力学基础理论的教材。本书共分8章。第1章首先对流体运动的描述方法、基本概念和方程进行了简要介绍和推导；第2章介绍了理想不可压缩流体无旋流动的基本知识及经典的绕圆柱体流动；第3章对流体的旋涡运动进行了介绍；第4章详细讲述了定常和非定常平行剪切流动、极低雷诺数流动等经典问题的解析解；第5章介绍了边界层流动的基本概念、方程及近似计算；第6章是对湍流基本概念、统计方法、基本方程及湍流模式理论的介绍；第7章介绍了可压缩流动的基本概念和激波特征；第8章对湍流高精度数值模拟方法进行了介绍。附录给出了场论和张量的相关基础知识。
全书由东北电力大学蔡伟华主编。蔡伟华编写了第4章、第6章、第8章和附录，李倩编写了第5章和第7章，李浩然编写了第2章和第3章，孙建闯编写了第1章。此外，哈尔滨工业大学曹慧哲参编了第8章和习题；哈尔滨工程大学郑鑫参编了第6章和附录，王悦参编了第4章和习题。全书由蔡伟华负责统稿审定。
衷心感谢东北电力大学在本书撰写和出版过程中给予的大力支持！
本书承蒙天津大学李凤臣教授细致审阅，并提出了宝贵的修改意见和建议，在此表示衷心的感谢！
受编者学识所限，书中若有疏漏和不足之处，恳请读者给予批评指正！
编者
2025.4于美丽的吉林市
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