Sách Cơ Học Chất Lỏng: Nguyên Lý và Ứng Dụng - Cengel & Cimbala

Tải miễn phí sách Cơ học chất lỏng của Cengel và Cimbala. Giáo trình đầy đủ nguyên lý, ứng dụng và bài giải chi tiết cho sinh viên ngành kỹ thuật.

Trường đại học

University of Nevada, Reno

Chuyên ngành

Cơ Học Chất Lỏng

Tác giả

Yunus A. Çengel

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Sách giáo trình

2006

970
6
0

Phí lưu trữ

135 Point

Mục lục chi tiết

Lời nói đầu

1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VÀ CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1.1. Giới thiệu

1.1.1. Chất lưu là gì?

1.1.2. Các lĩnh vực ứng dụng của cơ học chất lưu

1.2. Điều kiện không trượt

1.3. Lược sử cơ học chất lưu

1.4. Phân loại các dòng chảy

1.4.1. Vùng dòng chảy nhớt và không nhớt

1.4.2. Dòng chảy bên trong và bên ngoài

1.4.3. Dòng chảy nén được và không nén được

1.4.4. Dòng chảy tầng và dòng chảy rối

1.4.5. Dòng chảy tự nhiên và cưỡng bức

1.4.6. Dòng chảy dừng và không dừng

1.4.7. Dòng chảy một, hai và ba chiều

1.5. Hệ thống và thể tích kiểm soát

1.6. Tầm quan trọng của thứ nguyên và đơn vị

1.6.1. Một số đơn vị SI và hệ Anh

1.6.2. Tính đồng nhất thứ nguyên

1.6.3. Tỷ số chuyển đổi đơn vị

1.7. Mô hình hóa toán học các bài toán kỹ thuật

1.7.1. Mô hình hóa trong kỹ thuật

1.8. Kỹ thuật giải quyết vấn đề

1.8.1. Bước 1: Phát biểu bài toán

1.8.2. Bước 2: Sơ đồ

1.8.3. Bước 3: Các giả thiết và gần đúng

1.8.4. Bước 4: Các định luật vật lý

1.8.5. Bước 5: Các đặc tính

1.8.6. Bước 6: Tính toán

1.8.7. Bước 7: Lập luận, kiểm chứng và thảo luận

1.9. Các gói phần mềm kỹ thuật

1.9.1. Engineering Equation Solver (EES)

1.9.2. FLUENT

1.10. Độ chính xác, độ chuẩn xác và chữ số có nghĩa

1.11. Tóm tắt

1.12. Tài liệu tham khảo và đọc thêm

1.13. Tiêu điểm ứng dụng: Điểm chung giữa các vụ nổ hạt nhân và hạt mưa

1.14. Bài tập

2. CHƯƠNG 2: CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHẤT LƯU

2.1. Giới thiệu

2.1.1. Môi trường liên tục

2.2. Khối lượng riêng và tỷ trọng

2.2.1. Khối lượng riêng của khí lý tưởng

2.3. Áp suất hơi và sự tạo bọt khí

2.4. Năng lượng và nhiệt dung riêng

2.5. Hệ số nén

2.5.1. Hệ số giãn nở thể tích

2.6. Độ nhớt

2.7. Sức căng bề mặt và hiện tượng mao dẫn

2.7.1. Hiện tượng mao dẫn

2.8. Tóm tắt

2.9. Tài liệu tham khảo và đọc thêm

2.10. Tiêu điểm ứng dụng: Sự tạo bọt khí

2.11. Bài tập

3. CHƯƠNG 3: ÁP SUẤT VÀ TĨNH HỌC CHẤT LƯU

3.1. Áp suất

3.1.1. Áp suất tại một điểm

3.1.2. Sự biến thiên áp suất theo độ sâu

3.2. Áp kế chữ U

3.2.1. Các thiết bị đo áp suất khác

3.3. Khí áp kế và áp suất khí quyển

3.4. Giới thiệu về tĩnh học chất lưu

3.5. Lực thủy tĩnh tác dụng lên bề mặt phẳng ngập trong chất lưu

3.5.1. Trường hợp đặc biệt: Tấm phẳng chữ nhật ngập trong chất lưu

3.6. Lực thủy tĩnh tác dụng lên bề mặt cong ngập trong chất lưu

3.7. Lực đẩy Ác-si-mét và tính ổn định

3.7.1. Tính ổn định của vật chìm và vật nổi

3.8. Chất lưu trong chuyển động vật rắn tuyệt đối

3.8.1. Trường hợp đặc biệt 1: Chất lưu ở trạng thái nghỉ

3.8.2. Trường hợp đặc biệt 2: Rơi tự do của một khối chất lưu

3.8.3. Gia tốc trên đường thẳng

3.8.4. Quay trong bình hình trụ

3.9. Tóm tắt

3.10. Tài liệu tham khảo và đọc thêm

3.11. Bài tập

4. CHƯƠNG 4: ĐỘNG HỌC CHẤT LƯU

4.1. Mô tả Lagrange và Euler

4.1.1. Trường gia tốc

4.1.2. Đạo hàm vật chất

4.2. Các nguyên lý cơ bản của hiển thị dòng chảy

4.2.1. Đường dòng và ống dòng

4.2.2. Đường vết hạt

4.2.3. Đường khói

4.2.4. Đường thời gian

4.2.5. Kỹ thuật hiển thị dòng chảy khúc xạ

4.2.6. Kỹ thuật hiển thị dòng chảy bề mặt

4.3. Đồ thị dữ liệu dòng chảy

4.3.1. Đồ thị biên dạng

4.3.2. Đồ thị vector

4.3.3. Đồ thị đường mức

4.4. Các mô tả động học khác

4.4.1. Các dạng chuyển động hoặc biến dạng của phần tử chất lưu

4.4.2. Độ xoáy và tính xoáy

4.4.3. So sánh hai dòng chảy tròn

4.5. Định lý vận chuyển Reynolds

4.5.1. Cách dẫn xuất khác của định lý vận chuyển Reynolds

4.5.2. Mối quan hệ giữa đạo hàm vật chất và RTT

4.6. Tiêu điểm ứng dụng: Cơ cấu chấp hành dòng chất lưu

4.7. Tóm tắt

4.8. Tài liệu tham khảo và đọc thêm

4.9. Bài tập

5. CHƯƠNG 5: PHƯƠNG TRÌNH KHỐI LƯỢNG, BERNOULLI VÀ NĂNG LƯỢNG

5.1. Giới thiệu

5.1.1. Bảo toàn khối lượng

5.1.2. Bảo toàn động lượng

5.1.3. Bảo toàn năng lượng

5.2. Bảo toàn khối lượng

5.2.1. Lưu lượng khối lượng và lưu lượng thể tích

5.2.1. Nguyên lý bảo toàn khối lượng

5.2.2. Thể tích kiểm soát di chuyển hoặc biến dạng

5.2.3. Cân bằng khối lượng cho các quá trình dòng chảy dừng

5.2.4. Trường hợp đặc biệt: Dòng chảy không nén được

5.3. Cơ năng và hiệu suất

5.4. Phương trình Bernoulli

5.4.1. Gia tốc của một phần tử chất lưu

5.4.2. Dẫn xuất phương trình Bernoulli

5.4.3. Cân bằng lực ngang qua các đường dòng

5.4.4. Dòng chảy không dừng, nén được

5.4.5. Áp suất tĩnh, áp suất động và áp suất trệ

5.4.6. Những giới hạn khi sử dụng phương trình Bernoulli

5.4.7. Đường đo áp (HGL) và đường năng lượng (EGL)

5.5. Ứng dụng của phương trình Bernoulli

5.6. Phương trình năng lượng tổng quát

5.6.1. Truyền năng lượng bằng nhiệt, Q

5.6.2. Truyền năng lượng bằng công, W

5.7. Phân tích năng lượng của các dòng chảy dừng

5.7.1. Trường hợp đặc biệt: Dòng chảy không nén được không có thiết bị cơ công và ma sát không đáng kể

5.7.2. Hệ số hiệu chỉnh động năng, a

5.8. Tóm tắt

5.9. Tài liệu tham khảo và đọc thêm

5.10. Bài tập

6. CHƯƠNG 6: PHÂN TÍCH ĐỘNG LƯỢNG CỦA CÁC HỆ THỐNG DÒNG CHẢY

6.1. Các định luật Newton và sự bảo toàn động lượng

6.2. Lựa chọn thể tích kiểm soát

6.3. Các lực tác dụng lên thể tích kiểm soát

6.4. Phương trình động lượng tuyến tính

6.4.1. Các trường hợp đặc biệt

6.4.2. Hệ số hiệu chỉnh thông lượng động lượng, b

6.4.3. Dòng chảy dừng

6.4.4. Dòng chảy dừng với một cửa vào và một cửa ra

6.4.5. Dòng chảy không có ngoại lực

6.5. Ôn tập chuyển động quay và mômen động lượng

6.6. Phương trình mômen động lượng

6.6.1. Các trường hợp đặc biệt

6.6.2. Dòng chảy không có mômen ngoại lực

6.6.3. Các thiết bị dòng hướng kính

6.7. Tóm tắt

6.8. Tài liệu tham khảo và đọc thêm

6.9. Bài tập

7. CHƯƠNG 7: PHÂN TÍCH THỨ NGUYÊN VÀ MÔ HÌNH HÓA

7.1. Thứ nguyên và đơn vị

7.2. Tính đồng nhất thứ nguyên

7.2.1. Phi thứ nguyên hóa các phương trình

7.3. Phân tích thứ nguyên và sự đồng dạng

7.4. Phương pháp biến lặp và định lý Pi Buckingham

7.4.1. Tiêu điểm lịch sử: Những nhân vật được vinh danh bằng các thông số không thứ nguyên

7.5. Thực nghiệm và sự đồng dạng không hoàn toàn

7.5.1. Thiết lập thí nghiệm và tương quan dữ liệu thực nghiệm

7.5.2. Sự đồng dạng không hoàn toàn

7.5.3. Thử nghiệm trong ống khí động

7.5.4. Dòng chảy có bề mặt tự do

7.6. Tiêu điểm ứng dụng: Cách một con ruồi bay

7.7. Tóm tắt

7.8. Tài liệu tham khảo và đọc thêm

7.9. Bài tập

8. CHƯƠNG 8: DÒNG CHẢY TRONG ỐNG

8.1. Giới thiệu

8.2. Dòng chảy tầng và dòng chảy rối

8.2.1. Số Reynolds

8.3. Vùng cửa vào

8.3.1. Chiều dài đoạn vào

8.4. Dòng chảy tầng trong ống

8.4.1. Độ giảm áp và tổn thất cột áp

8.4.2. Ống nghiêng

8.4.3. Dòng chảy tầng trong ống không tròn

8.5. Dòng chảy rối trong ống

8.5.1. Ứng suất cắt do rối

8.5.2. Biên dạng vận tốc dòng rối

8.5.3. Biểu đồ Moody

8.5.4. Các dạng bài toán dòng chảy chất lưu

8.6. Tổn thất cục bộ

8.7. Mạng lưới đường ống và lựa chọn máy bơm

8.7.1. Hệ thống đường ống với bơm và tuabin

8.8. Đo lưu lượng và vận tốc

8.8.1. Đầu dò Pitot và Pitot-tĩnh

8.8.2. Lưu lượng kế tiết lưu: Màng ngăn, Venturi và vòi phun

8.8.3. Lưu lượng kế thể tích

8.8.4. Lưu lượng kế tuabin

8.8.5. Lưu lượng kế tiết diện thay đổi (Rotameter)

8.8.6. Lưu lượng kế siêu âm

8.8.7. Lưu lượng kế điện từ

8.8.8. Lưu lượng kế xoáy

8.8.9. Dây nhiệt đo vận tốc gió

8.8.10. Đo vận tốc bằng hiệu ứng Doppler laser

8.8.11. Đo vận tốc bằng hình ảnh hạt

8.9. Tiêu điểm ứng dụng: Cách thức lưu lượng kế tấm tiết lưu hoạt động hoặc không hoạt động

8.10. Tóm tắt

8.11. Tài liệu tham khảo và đọc thêm

8.12. Bài tập

9. CHƯƠNG 9: PHÂN TÍCH VI PHÂN DÒNG CHẤT LƯU

9.1. Giới thiệu

9.2. Bảo toàn khối lượng — Phương trình liên tục

9.2.1. Dẫn xuất sử dụng định lý phân kỳ

9.2.2. Dẫn xuất sử dụng thể tích kiểm soát vi phân

9.2.3. Dạng khác của phương trình liên tục

9.2.4. Phương trình liên tục trong hệ tọa độ trụ

9.2.5. Các trường hợp đặc biệt của phương trình liên tục

9.3. Hàm dòng

9.3.1. Hàm dòng trong hệ tọa độ Descartes

9.3.2. Hàm dòng trong hệ tọa độ trụ

9.3.3. Hàm dòng nén được

9.4. Bảo toàn động lượng tuyến tính — Phương trình Cauchy

9.4.1. Dẫn xuất sử dụng định lý phân kỳ

9.4.2. Dẫn xuất sử dụng thể tích kiểm soát vi phân

9.4.3. Dạng khác của phương trình Cauchy

9.4.4. Dẫn xuất sử dụng định luật II Newton

9.5. Phương trình Navier–Stokes

9.5.1. Giới thiệu

9.5.2. Chất lưu Newton và phi Newton

9.5.3. Dẫn xuất phương trình Navier–Stokes cho dòng chảy đẳng nhiệt, không nén được

9.5.4. Phương trình liên tục và Navier–Stokes trong hệ tọa độ Descartes

9.5.5. Phương trình liên tục và Navier–Stokes trong hệ tọa độ trụ

9.6. Phân tích vi phân các bài toán dòng chảy chất lưu

9.6.1. Tính toán trường áp suất từ trường vận tốc đã biết

9.6.2. Các nghiệm chính xác của phương trình liên tục và Navier–Stokes

9.7. Tóm tắt

9.8. Tài liệu tham khảo và đọc thêm

9.9. Bài tập

10. CHƯƠNG 10: CÁC NGHIỆM GẦN ĐÚNG CỦA PHƯƠNG TRÌNH NAVIER–STOKES

10.1. Giới thiệu

10.2. Các phương trình chuyển động phi thứ nguyên

10.3. Gần đúng dòng chảy trườn

10.3.1. Lực cản lên hình cầu trong dòng chảy trườn

10.4. Gần đúng cho các vùng dòng chảy không nhớt

10.4.1. Dẫn xuất phương trình Bernoulli trong các vùng dòng chảy không nhớt

10.5. Gần đúng dòng chảy không xoáy

10.5.1. Phương trình liên tục

10.5.2. Phương trình động lượng

10.5.3. Dẫn xuất phương trình Bernoulli trong các vùng dòng chảy không xoáy

10.5.4. Các vùng dòng chảy không xoáy hai chiều

10.5.5. Sự chồng chất trong các vùng dòng chảy không xoáy

10.5.6. Các dòng chảy không xoáy phẳng cơ bản

10.5.7. Các dòng chảy không xoáy được tạo thành từ sự chồng chất

10.6. Gần đúng lớp biên

10.6.1. Các phương trình lớp biên

10.6.2. Quy trình lớp biên

10.6.3. Độ dày dịch chuyển

10.6.4. Độ dày động lượng

10.6.5. Lớp biên chảy rối trên tấm phẳng

10.6.6. Lớp biên với gradient áp suất

10.6.7. Kỹ thuật tích phân động lượng cho lớp biên

10.7. Tiêu điểm ứng dụng: Sự hình thành giọt chất lỏng

10.8. Tóm tắt

10.9. Tài liệu tham khảo và đọc thêm

10.10. Bài tập

11. CHƯƠNG 11: DÒNG CHẢY BAO QUANH VẬT THỂ: LỰC CẢN VÀ LỰC NÂNG

11.1. Giới thiệu

11.2. Lực cản và lực nâng

11.3. Lực cản ma sát và lực cản áp suất

11.3.1. Giảm lực cản bằng cách vuốt thon

11.3.2. Sự tách dòng

11.4. Hệ số lực cản của các hình học thông thường

11.4.1. Các hệ sinh học và lực cản

11.4.2. Hệ số lực cản của các phương tiện giao thông

11.4.3. Sự chồng chất

11.5. Dòng chảy song song trên các tấm phẳng

11.5.1. Hệ số ma sát

11.6. Dòng chảy bao quanh hình trụ và hình cầu

11.6.1. Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt

11.7. Lực nâng

11.7.1. Ảnh hưởng mút cánh

11.7.2. Lực nâng tạo ra bởi chuyển động quay

11.8. Tiêu điểm ứng dụng: Giảm lực cản

11.9. Tóm tắt

11.10. Tài liệu tham khảo và đọc thêm

11.11. Bài tập

12. CHƯƠNG 12: DÒNG CHẢY NÉN ĐƯỢC

12.1. Các thông số trạng thái trệ

12.2. Vận tốc âm thanh và số Mach

12.3. Dòng chảy đẳng entropy một chiều

12.3.1. Sự biến thiên vận tốc chất lưu theo diện tích dòng chảy

12.3.2. Quan hệ các thông số trạng thái cho dòng chảy đẳng entropy của khí lý tưởng

12.4. Dòng chảy đẳng entropy qua các ống phun

12.4.1. Ống phun thu hẹp

12.4.2. Ống phun thu hẹp – mở rộng

12.5. Sóng kích và sóng giãn nở

12.5.1. Sóng kích thẳng

12.5.2. Sóng kích xiên

12.5.3. Sóng giãn nở Prandtl–Meyer

12.6. Dòng chảy trong ống có truyền nhiệt và ma sát không đáng kể (Dòng Rayleigh)

12.6.1. Quan hệ các thông số trạng thái cho dòng Rayleigh

12.6.2. Dòng Rayleigh nghẽn

12.7. Dòng chảy đoạn nhiệt trong ống có ma sát (Dòng Fanno)

13. CHƯƠNG 13: DÒNG CHẢY TRONG KÊNH HỞ

13.1. Tóm tắt

13.2. Tài liệu tham khảo và đọc thêm

13.3. Bài tập

14. CHƯƠNG 14: MÁY THỦY LỰC

14.1. Phân loại và thuật ngữ

14.2. Máy bơm

14.2.1. Đường đặc tính làm việc của bơm và ghép nối bơm với hệ thống đường ống

15. CHƯƠNG 15: GIỚI THIỆU VỀ TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT LƯU

Tóm tắt

I. Khái Niệm Cơ Bản Về Cơ Học Chất Lỏng

Cơ học chất lỏng là ngành khoa học nghiên cứu hành vi và tính chất của các chất lỏng, khí và plasma dưới các điều kiện khác nhau. Đây là một lĩnh vực quan trọng trong kỹ thuật cơ khí, với ứng dụng rộng rãi từ thiết kế máy bơm, tua-bin, cho đến hệ thống HVAC. Cơ học chất lỏng bao gồm các nguyên lý cơ bản như định luật bảo toàn khối lượng, năng lượng và động lượng. Hiểu rõ các nguyên tắc này giúp kỹ sư tối ưu hóa hiệu suất các hệ thống chứa chất lỏng. Cuốn sách "Fluid Mechanics: Fundamentals and Applications" của Yunus A. Çengel là tài liệu kinh điển cung cấp nền tảng vững chắc cho các sinh viên và chuyên gia.

1.1. Định Nghĩa và Phạm Vi Của Cơ Học Chất Lỏng

Cơ học chất lỏng tập trung vào nghiên cứu động học và tĩnh học của chất lỏng. Nó bao gồm việc phân tích áp lực, vận tốc dòng chảy, mô men xoắn và các lực tác dụng lên chất lỏng. Các ứng dụng thực tế bao gồm thiết kế đường ống, máy bơm, và các hệ thống thuỷ lực công nghiệp.

1.2. Tính Chất Cơ Bản Của Chất Lỏng

Các tính chất chính của chất lỏng bao gồm mật độ, độ nhớt, căng bề mặtnén được. Hiểu rõ các tính chất này là cơ sở để tính toán chính xác các thông số kỹ thuật trong các ứng dụng thực tế.

II. Các Nguyên Lý Cơ Bản Trong Cơ Học Chất Lỏng

Các nguyên lý cơ bản của cơ học chất lỏng bao gồm bảo toàn khối lượng, bảo toàn năng lượng và bảo toàn động lượng. Phương trình Bernoulli là một trong những công thức quan trọng nhất, liên hệ áp lực, vận tốc và độ cao trong dòng chảy lý tưởng. Ngoài ra, phương trình Navier-Stokes mô tả chuyển động của chất lỏng nhớt và là nền tảng cho hầu hết các phân tích dòng chảy phức tạp. Những nguyên lý này không chỉ là lý thuyết trên giấy mà còn được áp dụng rộng rãi trong thiết kế các công trình kỹ thuật. Việc nắm vững những nguyên lý này là điều cần thiết để giải quyết các bài toán thực tế.

2.1. Định Luật Bảo Toàn Khối Lượng và Năng Lượng

Bảo toàn khối lượng đảm bảo rằng khối lượng chất lỏng vào bằng khối lượng chất lỏng ra. Bảo toàn năng lượng được biểu diễn qua phương trình Bernoulli, chỉ ra mối quan hệ giữa áp lực tĩnh, áp lực động và thế năng.

2.2. Phương Trình Bernoulli và Ứng Dụng

Phương trình Bernoulli là công cụ mạnh mẽ để phân tích dòng chảy không nén được, lý tưởng. Nó được sử dụng trong thiết kế máy bay, máy bơm và các hệ thống ống dẫn nước.

III. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Cơ Học Chất Lỏng

Cơ học chất lỏng có ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp hiện đại. Trong ngành năng lượng, nó được sử dụng để thiết kế tua-bin nước, gió và hệ thống dẫn dầu. Trong ngành hàng không, cơ học chất lỏng giúp tối ưu hóa thiết kế cánh máy bay để giảm lực cản. Các hệ thống điều hòa không khí, hệ thống nước sạch và xử lý nước thải đều dựa trên các nguyên lý của cơ học chất lỏng. Trong công nghiệp y tế, nó được áp dụng để phân tích lưu thông máu và thiết kế các thiết bị y tế. Kiến thức về cơ học chất lỏng không chỉ giúp cải thiện hiệu suất kỹ thuật mà còn thúc đẩy sự bền vững về môi trường.

3.1. Ứng Dụng Trong Ngành Năng Lượng và Công nghiệp

Các tua-bin nước, máy bơm công nghiệp và hệ thống dẫn chất lỏng đều được thiết kế dựa trên nguyên lý cơ học chất lỏng. Tối ưu hóa dòng chảy giúp giảm năng lượng tiêu thụ và tăng hiệu suất.

3.2. Ứng Dụng Trong Hàng Không và Vận Tải

Trong ngành hàng không, cơ học chất lỏng được sử dụng để tính toán lực nâng, lực cản và thiết kế cánh máy bay hiệu quả. Các phương pháp tính toán này cũng áp dụng cho thiết kế ô tô và tàu thuyền.

IV. Tài Liệu và Hướng Dẫn Học Tập Cơ Học Chất Lỏng

Để học tập hiệu quả cơ học chất lỏng, sinh viên nên tham khảo các sách chuyên môn uy tín như "Fluid Mechanics: Fundamentals and Applications" của Çengel và Cimbala. Cuốn sách này cung cấp các bài giảng chi tiết, ví dụ minh họa và bài tập thực hành phong phú. Các video hướng dẫn trực tuyến, phần mềm mô phỏng (CFD) và các công cụ tính toán số cũng hỗ trợ đắc lực cho quá trình học tập. Thực hành giải bài tập là chìa khóa để nắm vững các khái niệm. Các tài liệu PDF miễn phí về sơ lược lý thuyết và bài tập giải có sẵn trên nhiều trang web giáo dục. Việc kết hợp lý thuyết và thực hành sẽ giúp sinh viên đạt được kết quả tốt nhất.

4.1. Sách Giáo Khoa và Tài Liệu Tham Khảo Chính

Cuốn "Fluid Mechanics: Fundamentals and Applications" là tài liệu cơ bản, bao gồm lý thuyết, ví dụ và bài tập. Các sách bổ trợ khác cũng cung cấp góc nhìn khác nhau về cơ học chất lỏng, giúp mở rộng hiểu biết.

4.2. Phương Pháp Học Tập Hiệu Quả và Tài Liệu Miễn Phí

Sử dụng kết hợp sách giáo khoa, video trực tuyến và phần mềm mô phỏng. Các trang web cung cấp PDF miễn phí với lời giải chi tiết cho các bài tập. Thực hành đều đặn và tham gia nhóm học tập sẽ giúp làm sâu sắc kiến thức.

Tóm tắt và mô tả trên trang này được tạo với sự hỗ trợ của AI. Nếu bạn thấy nội dung không chính xác hoặc có vấn đề, vui lòng Báo lỗi nội dung.

22/12/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

net http://www.net LIBROS UNIVERISTARIOS Y SOLUCIONARIOS DE MUCHOS DE ESTOS LIBROS LOS SOLUCIONARIOS CONTIENEN TODOS LOS EJERCICIOS DEL LIBRO RESUELTOS Y EXPLICADOS DE FORMA CLARA VISITANOS PARA DESARGALOS GRATIS.net cen72367_fm.qxd 11/23/04 11:22 AM Page i FLUID MECHANICS FUNDAMENTALS AND APPLICATIONS www.net cen72367_fm.qxd 11/23/04 11:22 AM Page ii McGRAW-HILL SERIES IN MECHANICAL ENGINEERING Alciatore and Histand: Introduction to Mechatronics and Measurement Systems Anderson: Computational Fluid Dynamics: The Basics with Applications Anderson: Fundamentals of Aerodynamics Anderson: Introduction to Flight Anderson: Modern Compressible Flow Barber: Intermediate Mechanics of Materials Beer/Johnston: Vector Mechanics for Engineers Beer/Johnston/DeWolf: Mechanics of Materials Borman and Ragland: Combustion Engineering Budynas: Advanced Strength and Applied Stress Analysis Çengel and Boles: Thermodynamics: An Engineering Approach Çengel and Cimbala: Fluid Mechanics: Fundamentals and Applications Çengel and Turner: Fundamentals of Thermal-Fluid Sciences Çengel: Heat Transfer: A Practical Approach Crespo da Silva: Intermediate Dynamics Dieter: Engineering Design: A Materials & Processing Approach Dieter: Mechanical Metallurgy Doebelin: Measurement Systems: Application & Design Dunn: Measurement & Data Analysis for Engineering & Science EDS, Inc.: I-DEAS Student Guide Hamrock/Jacobson/Schmid: Fundamentals of Machine Elements Henkel and Pense: Structure and Properties of Engineering Material Heywood: Internal Combustion Engine Fundamentals Holman: Experimental Methods for Engineers Holman: Heat Transfer Hsu: MEMS & Microsystems: Manufacture & Design Hutton: Fundamentals of Finite Element Analysis Kays/Crawford/Weigand: Convective Heat and Mass Transfer Kelly: Fundamentals of Mechanical Vibrations Kreider/Rabl/Curtiss: The Heating and Cooling of Buildings Mattingly: Elements of Gas Turbine Propulsion Meirovitch: Fundamentals of Vibrations Norton: Design of Machinery Palm: System Dynamics Reddy: An Introduction to Finite Element Method Ribando: Heat Transfer Tools Schaffer et al.: The Science and Design of Engineering Materials Schey: Introduction to Manufacturing Processes Schlichting: Boundary-Layer Theory Shames: Mechanics of Fluids Shigley/Mischke/Budynas: Mechanical Engineering Design Smith: Foundations of Materials Science and Engineering Stoecker: Design of Thermal Systems Suryanarayana and Arici: Design and Simulation of Thermal Systems Turns: An Introduction to Combustion: Concepts and Applications Ugural: Stresses in Plates and Shells Ugural: Mechanical Design: An Integrated Approach Ullman: The Mechanical Design Process Wark and Richards: Thermodynamics White: Fluid Mechanics White: Viscous Fluid Flow Zeid: Mastering CAD/CAM www.net cen72367_fm.qxd 11/23/04 11:22 AM Page iii FLUID MECHANICS FUNDAMENTALS AND APPLICATIONS YUNUS A. ÇENGEL Department of Mechanical Engineering University of Nevada, Reno JOHN M. CIMBALA Department of Mechanical and Nuclear Engineering The Pennsylvania State University www.net cen72367_fm.qxd 11/23/04 11:22 AM Page iv FLUID MECHANICS: FUNDAMENTALS AND APPLICATIONS Published by McGraw-Hill, a business unit of The McGraw-Hill Companies, Inc., 1221 Avenue of the Americas, New York, NY 10020. Copyright © 2006 by The McGraw-Hill Companies, Inc.

All rights reserved. No part of this publication may be reproduced or distributed in any form or by any means, or stored in a database or retrieval system, without the prior written consent of The McGraw-Hill Companies, Inc., including, but not limited to, in any network or other electronic storage or transmission, or broadcast for distance learning. Some ancillaries, including electronic and print components, may not be available to customers outside the United States. This book is printed on acid-free paper.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 DOW/DOW 0 9 8 7 6 5 4 ISBN 0–07–247236–7 Senior Sponsoring Editor: Suzanne Jeans Managing Developmental Editor: Debra D. Matteson Developmental Editor: Kate Scheinman Senior Marketing Manager: Mary K. Kittell Senior Project Manager: Sheila M. Frank Senior Production Supervisor: Sherry L.

Kane Media Technology Producer: Eric A. Weber Senior Designer: David W. Hash (USE) Cover image: © Getty/Eric Meola, Niagara Falls Senior Photo Research Coordinator: Lori Hancock Photo Research: Judy Ladendorf/The Permissions Group Supplemental Producer: Brenda A. Ernzen Compositor: Lachina Publishing Services Typeface: 10.5/12 Times Roman Printer: R.

Donnelley Willard, OH Library of Congress Cataloging-in-Publication Data Çengel, Yunus A. Fluid mechanics : fundamentals and applications / Yunus A.1'06—dc22 2004058767 CIP www.net cen72367_fm.qxd 11/23/04 11:22 AM Page v Dedication To all students—In hopes of enhancing your desire and enthusiasm to explore the inner workings of our marvelous universe, of which fluid mechanics is a small but fascinating part; our hope is that this book enhances your love of learning, not only about fluid mechanics, but about life.net cen72367_fm.qxd 11/23/04 11:22 AM Page vi ABOUT THE AUTHORS Yunus A. Çengel is Professor Emeritus of Mechanical Engineering at the University of Nevada, Reno. He received his B.

in mechanical engineer- ing from Istanbul Technical University and his M. in mechanical engineering from North Carolina State University. His research areas are renewable energy, desalination, exergy analysis, heat transfer enhancement, radiation heat transfer, and energy conservation. He served as the director of the Industrial Assessment Center (IAC) at the University of Nevada, Reno, from 1996 to 2000.

He has led teams of engineering students to numerous manufacturing facilities in Northern Nevada and California to do industrial assessments, and has prepared energy conservation, waste minimization, and productivity enhancement reports for them. Çengel is the coauthor of the widely adopted textbook Thermodynam- ics: An Engineering Approach, 4th edition (2002), published by McGraw-Hill. He is also the author of the textbook Heat Transfer: A Practical Approach, 2nd edition (2003), and the coauthor of the textbook Fundamentals of Thermal- Fluid Sciences, 2nd edition (2005), both published by McGraw-Hill. Some of his textbooks have been translated to Chinese, Japanese, Korean, Spanish, Turkish, Italian, and Greek.

Çengel is the recipient of several outstanding teacher awards, and he has received the ASEE Meriam/Wiley Distinguished Author Award for excel- lence in authorship in 1992 and again in 2000. Çengel is a registered Professional Engineer in the State of Nevada, and is a member of the American Society of Mechanical Engineers (ASME) and the American Society for Engineering Education (ASEE). Cimbala is Professor of Mechanical Engineering at The Penn- sylvania State Univesity, University Park. He received his B.

in Aerospace Engineering from Penn State and his M. in Aeronautics from the California Institute of Technology (CalTech). He received his Ph. in Aeronautics from CalTech in 1984 under the supervision of Professor Anatol Roshko, to whom he will be forever grateful.

His research areas include experimental and com- putational fluid mechanics and heat transfer, turbulence, turbulence modeling, turbomachinery, indoor air quality, and air pollution control. During the aca- demic year 1993–94, Professor Cimbala took a sabbatical leave from the Uni- versity and worked at NASA Langley Research Center, where he advanced his knowledge of computational fluid dynamics (CFD) and turbulence modeling. Cimbala is the coauthor of the textbook Indoor Air Quality Engineer- ing: Environmental Health and Control of Indoor Pollutants (2003), published by Marcel-Dekker, Inc. He has also contributed to parts of other books, and is the author or co-author of dozens of journal and conference papers.

More information can be found at www. Professor Cimbala is the recipient of several outstanding teaching awards and views his book writing as an extension of his love of teaching. He is a member of the American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA), the American Society of Mechanical Engineers (ASME), the American Society for Engineering Education (ASEE), and the American Physical Society (APS).net cen72367_fm.qxd 11/23/04 11:22 AM Page vii BRIEF CONTENTS CHAPTER ONE INTRODUCTION AND BASIC CONCEPTS 1 CHAPTER TWO PROPERTIES OF FLUIDS 35 CHAPTER THREE PRESSURE AND FLUID STATICS 65 CHAPTER FOUR FLUID KINEMATICS 121 CHAPTER FIVE MASS, BERNOULLI, AND ENERGY EQUATIONS 171 CHAPTER SIX MOMENTUM ANALYSIS OF FLOW SYSTEMS 227 CHAPTER SEVEN DIMENSIONAL ANALYSIS AND MODELING 269 CHAPTER EIGHT FLOW IN PIPES 321 CHAPTER NINE DIFFERENTIAL ANALYSIS OF FLUID FLOW 399 CHAPTER TEN APPROXIMATE SOLUTIONS OF THE NAVIER–STOKES EQUATION 471 CHAPTER ELEVEN FLOW OVER BODIES: DRAG AND LIFT 561 C H A P T E R T W E LV E COMPRESSIBLE FLOW 611 CHAPTER THIRTEEN OPEN-CHANNEL FLOW 679 CHAPTER FOURTEEN TURBOMACHINERY 735 CHAPTER FIFTEEN INTRODUCTION TO COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS 817 www.net cen72367_fm.qxd 11/23/04 11:22 AM Page viii CONTENTS Preface xv Application Spotlight: What Nuclear Blasts and Raindrops Have in Common 31 Summary 30 CHAPTER ONE References and Suggested Reading 30 Problems 32 INTRODUCTION AND BASIC CONCEPTS 1 1–1 Introduction 2 CHAPTER TWO What Is a Fluid? 2 Application Areas of Fluid Mechanics 4 PROPERTIES OF FLUIDS 35 1–2 The No-Slip Condition 6 2–1 Introduction 36 1–3 A Brief History of Fluid Mechanics 7 Continuum 36 1–4 Classification of Fluid Flows 9 2–2 Density and Specific Gravity 37 Viscous versus Inviscid Regions of Flow 9 Density of Ideal Gases 38 Internal versus External Flow 10 Compressible versus Incompressible Flow 10 2–3 Vapor Pressure and Cavitation 39 Laminar versus Turbulent Flow 11 Natural (or Unforced) versus Forced Flow 11 2–4 Energy and Specific Heats 41 Steady versus Unsteady Flow 11 2–5 Coefficient of Compressibility 42 One-, Two-, and Three-Dimensional Flows 12 Coefficient of Volume Expansion 44 1–5 System and Control Volume 14 2–6 Viscosity 46 1–6 Importance of Dimensions and Units 15 2–7 Surface Tension and Capillary Effect 51 Some SI and English Units 16 Capillary Effect 53 Dimensional Homogeneity 18 Unity Conversion Ratios 20 Summary 55 References and Suggested Reading 56 1–7 Mathematical Modeling of Engineering Problems 21 Application Spotlight: Cavitation 57 Modeling in Engineering 21 Problems 58 1–8 Problem-Solving Technique 22 Step 1: Problem Statement 22 CHAPTER THREE Step 2: Schematic 23 Step 3: Assumptions and Approximations 23 PRESSURE AND FLUID STATICS 65 Step 4: Physical Laws 23 Step 5: Properties 23 3–1 Pressure 66 Step 6: Calculations 23 Step 7: Reasoning, Verification, and Discussion 23 Pressure at a Point 67 Variation of Pressure with Depth 68 1–9 Engineering Software Packages 24 3–2 The Manometer 71 Engineering Equation Solver (EES) 25 FLUENT 26 Other Pressure Measurement Devices 74 1–10 Accuracy, Precision, and Significant Digits 26 3–3 The Barometer and Atmospheric Pressure 75 3–4 Introduction to Fluid Statics 78 www.net cen72367_fm.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ