Giáo trình Cơ học chất lỏng (Fluid Mechanics) McGraw-Hill - Frank M. White

Tìm hiểu cơ học chất lỏng với sách "Fluid Mechanics" của Frank M. White. Khám phá các nguyên tắc cơ bản và ứng dụng thực tế trong kỹ thuật.

Trường đại học

University of Rhode Island

Chuyên ngành

Mechanical Engineering

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

textbook
1K
0
0

Phí lưu trữ

30 Point

Mục lục chi tiết

1. CHƯƠNG 1: Introduction

1.2. The Concept of a Fluid

1.3. The Fluid as a Continuum

1.4. Dimensions and Units

1.5. Properties of the Velocity Field

1.6. Thermodynamic Properties of a Fluid

1.7. Viscosity and Other Secondary Properties

1.8. Basic Flow-Analysis Techniques

1.9. Flow Patterns: Streamlines, Streaklines, and Pathlines

1.10. The Engineering Equation Solver

1.11. Uncertainty of Experimental Data

1.12. The Fundamentals of Engineering (FE) Examination

1.13. Problem-Solving Techniques

1.14. History and Scope of Fluid Mechanics

2. CHƯƠNG 2: Pressure Distribution in a Fluid

2.1. Pressure and Pressure Gradient

2.2. Equilibrium of a Fluid Element

2.3. Hydrostatic Pressure Distributions

2.4. Application to Manometry

2.5. Hydrostatic Forces on Plane Surfaces

2.6. Hydrostatic Forces on Curved Surfaces

2.7. Hydrostatic Forces in Layered Fluids

2.8. Buoyancy and Stability

2.9. Pressure Distribution in Rigid-Body Motion

3. CHƯƠNG 3: Integral Relations for a Control Volume

3.1. Basic Physical Laws of Fluid Mechanics

3.2. The Reynolds Transport Theorem

3.3. Conservation of Mass

3.4. The Linear Momentum Equation

3.5. The Angular-Momentum Theorem

3.6. The Energy Equation

3.7. Frictionless Flow: The Bernoulli Equation

4. CHƯƠNG 4: Differential Relations for a Fluid Particle

4.1. The Acceleration Field of a Fluid

4.2. The Differential Equation of Mass Conservation

4.3. The Differential Equation of Linear Momentum

4.4. The Differential Equation of Angular Momentum

4.5. The Differential Equation of Energy

4.6. Boundary Conditions for the Basic Equations

4.7. The Stream Function

4.8. Vorticity and Irrotationality

4.9. Frictionless Irrotational Flows

4.10. Some Illustrative Plane Potential Flows

4.11. Some Illustrative Incompressible Viscous Flows

5. CHƯƠNG 5: Dimensional Analysis and Similarity

5.2. The Principle of Dimensional Homogeneity

5.3. The Pi Theorem

5.4. Nondimensionalization of the Basic Equations

5.5. Modeling and Its Pitfalls

6. CHƯƠNG 6: Viscous Flow in Ducts

6.1. Reynolds-Number Regimes

6.2. Internal versus External Viscous Flows

6.3. Semiempirical Turbulent Shear Correlations

6.4. Flow in a Circular Pipe

6.5. Three Types of Pipe-Flow Problems

6.6. Flow in Noncircular Ducts

6.7. Minor Losses in Pipe Systems

6.8. Multiple-Pipe Systems

6.9. Experimental Duct Flows: Diffuser Performance

7. CHƯƠNG 7: Flow Past Immersed Bodies

7.1. Reynolds-Number and Geometry Effects

7.2. Momentum-Integral Estimates

7.3. The Boundary-Layer Equations

7.4. The Flat-Plate Boundary Layer

7.5. Boundary Layers with Pressure Gradient

7.6. Experimental External Flows

8. CHƯƠNG 8: Potential Flow and Computational Fluid Dynamics

8.1. Introduction and Review

8.2. Elementary Plane-Flow Solutions

8.3. Superposition of Plane-Flow Solutions

8.4. Plane Flow Past Closed-Body Shapes

8.5. Other Plane Potential Flows

8.8. Axisymmetric Potential Flow

9. CHƯƠNG 9: Compressible Flow

9.2. The Speed of Sound

9.3. Adiabatic and Isentropic Steady Flow

9.4. Isentropic Flow with Area Changes

9.5. The Normal-Shock Wave

9.6. Operation of Converging and Diverging Nozzles

9.7. Compressible Duct Flow with Friction

9.8. Frictionless Duct Flow with Heat Transfer

9.9. Two-Dimensional Supersonic Flow

9.10. Prandtl-Meyer Expansion Waves

11. CHƯƠNG 11: Turbomachinery

11.1. Introduction and Classification

11.2. The Centrifugal Pump

11.3. Pump Performance Curves and Similarity Rules

11.4. Mixed- and Axial-Flow Pumps: The Specific Speed

11.5. Matching Pumps to System Characteristics

Appendix A Physical Properties of Fluids

Tóm tắt

I. Khám phá Giáo trình Cơ học chất lỏng McGraw Hill danh tiếng

Trong lĩnh vực kỹ thuật, đặc biệt là cơ khí, hàng không và xây dựng, việc nắm vững các nguyên lý cơ bản của cơ học chất lỏng là nền tảng không thể thiếu. Giáo trình Cơ học chất lỏng McGraw-Hill từ lâu đã được công nhận là một trong những bộ tài liệu chuẩn mực và uy tín nhất trên toàn thế giới. Được biên soạn bởi các giáo sư hàng đầu và được xuất bản bởi nhà xuất bản McGraw-Hill, một tên tuổi bảo chứng cho chất lượng học thuật, bộ sách này cung cấp một cách tiếp cận toàn diện, kết hợp giữa lý thuyết sâu sắc và các ứng dụng thực tiễn. Nội dung của giáo trình không chỉ dừng lại ở việc trình bày công thức, mà còn tập trung vào việc xây dựng tư duy phân tích và giải quyết vấn đề cho sinh viên và kỹ sư. Theo tác giả Frank M. White trong lời nói đầu của ấn bản thứ tư, cuốn sách giữ nguyên triết lý kết hợp ba phương pháp tiếp cận: tích phân (integral), vi phân (differential) và thực nghiệm (experimental). Sự kết hợp này đảm bảo người học có cái nhìn đa chiều về các hiện tượng dòng chảy, từ quy mô lớn của toàn hệ thống đến các chi tiết vi mô tại một điểm trong chất lỏng. Đây chính là lý do khiến các giáo trình kỹ thuật của McGraw-Hill, và đặc biệt là dòng sách Fluid Mechanics, trở thành tài liệu gối đầu giường cho nhiều thế hệ.

1.1. Lịch sử và uy tín của nhà xuất bản McGraw Hill

McGraw-Hill là một thế lực trong ngành xuất bản giáo dục, với lịch sử hơn một thế kỷ cung cấp các tài liệu học thuật chất lượng cao. Uy tín của nhà xuất bản McGraw-Hill được xây dựng dựa trên sự hợp tác chặt chẽ với các chuyên gia hàng đầu trong mọi lĩnh vực. Các cuốn sách của họ, đặc biệt là trong series Kỹ thuật Cơ khí (McGraw-Hill Series in Mechanical Engineering), luôn được đánh giá cao về tính chính xác, sự cập nhật và phương pháp sư phạm hiệu quả. Tác giả của các cuốn sách này thường là những giáo sư uy tín, có nhiều năm kinh nghiệm giảng dạy và nghiên cứu, như Frank M. White (Đại học Rhode Island), người đã nhận tám giải thưởng giảng dạy và là cựu tổng biên tập của Tạp chí Kỹ thuật Chất lỏng ASME. Sự đầu tư nghiêm túc vào nội dung và chất lượng trình bày đã giúp McGraw-Hill duy trì vị thế dẫn đầu trong việc cung cấp tài liệu Cơ học chất lỏng đáng tin cậy.

1.2. Tổng quan các đầu sách Fluid Mechanics McGraw Hill nổi bật

Trong series Fluid Mechanics McGraw-Hill, có hai tác giả/bộ sách nổi bật thường được sử dụng song song tại các trường đại học trên thế giới. Đầu tiên là cuốn "Fluid Mechanics" của Frank M. White, được biết đến với cách tiếp cận lý thuyết chặt chẽ, sâu sắc và văn phong hướng đến sinh viên ("informal, student-oriented style"). Cuốn sách này đi sâu vào các phương trình cơ bản và các phân tích toán học. Thứ hai là cuốn "Fluid Mechanics: Fundamentals and Applications" của Yunus A. Çengel và John M. Cimbala, nổi bật với cách trình bày trực quan, nhiều hình ảnh màu sắc, và tập trung mạnh vào các ví dụ ứng dụng thực tế. Mỗi cuốn sách có một thế mạnh riêng, phục vụ cho các phong cách học tập và mục tiêu khác nhau, nhưng cả hai đều là những tài sản vô giá cho bất kỳ ai muốn chinh phục môn động lực học chất lỏng.

II. Cách chọn Giáo trình Cơ học chất lỏng McGraw Hill phù hợp

Việc lựa chọn đúng Giáo trình Cơ học chất lỏng McGraw-Hill là bước đầu tiên và quan trọng nhất để học tốt môn học này. Với nhiều lựa chọn khác nhau, người học có thể bối rối không biết nên bắt đầu từ đâu. Thách thức không chỉ nằm ở việc hiểu các khái niệm phức tạp như phương trình Navier-Stokes hay dòng chảy rối, mà còn ở việc tìm ra một tài liệu có phương pháp trình bày phù hợp với khả năng tiếp thu và mục tiêu học tập của bản thân. Một cuốn sách quá nặng về lý thuyết có thể làm nản lòng sinh viên mới bắt đầu, trong khi một cuốn sách quá tập trung vào ứng dụng có thể không đủ sâu cho các nghiên cứu sinh. Do đó, việc phân tích và so sánh các đầu sách chủ lực là cần thiết. Cần xem xét các yếu tố như phong cách viết, mức độ chi tiết của các chứng minh toán học, số lượng và chất lượng của các ví dụ minh họa, và hệ thống bài tập đi kèm. Một lựa chọn thông minh sẽ giúp quá trình học tập trở nên hiệu quả và thú vị hơn, thay vì biến nó thành một cuộc chiến với những công thức và định luật khô khan.

2.1. Phân biệt sách của Frank M. White và Cengel Cimbala

Sự khác biệt chính giữa hai bộ sách kinh điển này nằm ở triết lý tiếp cận. Sách Frank M. White Fluid Mechanics được coi là một tác phẩm kinh điển, tập trung vào sự chặt chẽ của lý thuyết. Nó giải thích cặn kẽ nguồn gốc và cách xây dựng các phương trình, phù hợp cho những ai muốn có một nền tảng lý thuyết vững chắc và hiểu sâu về mặt toán học. Ngược lại, sách Cengel and Cimbala Fluid Mechanics lại hướng đến tính ứng dụng và sự trực quan. Sách sử dụng rất nhiều hình ảnh, sơ đồ và các ví dụ thực tế trong ngành kỹ thuật để minh họa cho các khái niệm. Phương pháp này giúp sinh viên dễ dàng liên kết lý thuyết với các vấn đề trong thực tế. Tóm lại, White phù hợp cho nghiên cứu và học thuật chuyên sâu, trong khi Cengel & Cimbala là lựa chọn tuyệt vời cho sinh viên đại học cần nắm bắt nhanh và áp dụng kiến thức.

2.2. Xác định tài liệu phù hợp cho từng cấp độ học tập

Đối với sinh viên năm hai, năm ba mới bắt đầu tiếp cận môn học, bộ sách của Cengel & Cimbala thường được khuyến nghị vì cách tiếp cận thân thiện. Các ví dụ đa dạng và hình ảnh minh họa sống động giúp các khái niệm trừu tượng trở nên dễ hiểu hơn. Đối với sinh viên năm cuối, học viên cao học hoặc các kỹ sư R&D, cuốn sách Cơ học chất lỏng của Frank M. White sẽ là một tài liệu Cơ học chất lỏng vô giá. Nó cung cấp chiều sâu lý thuyết cần thiết để phân tích các vấn đề phức tạp và phát triển các mô hình mới. Ngoài ra, cần xem xét các tài liệu bổ trợ như lời giải bài tập Fluid Mechanics (Solutions Manual) đi kèm, vì chúng là công cụ quan trọng để tự kiểm tra và củng cố kiến thức.

III. Các nguyên lý Cơ học chất lỏng cốt lõi trong giáo trình

Một Giáo trình Cơ học chất lỏng McGraw-Hill chất lượng phải bao quát đầy đủ các nguyên lý nền tảng của ngành. Các sách này được cấu trúc một cách logic, bắt đầu từ những khái niệm cơ bản nhất và dần dần xây dựng đến các chủ đề phức tạp hơn. Nội dung thường khởi đầu với các định nghĩa và thuộc tính của chất lỏng, như độ nhớt, mật độ, và sức căng bề mặt. Sau đó, giáo trình đi vào tĩnh học chất lỏng, nghiên cứu áp suất trong chất lỏng đứng yên, một chủ đề quan trọng cho các ứng dụng trong kỹ thuật thủy lực và dân dụng. Phần cốt lõi và thách thức nhất là động lực học chất lỏng, nơi các định luật bảo toàn khối lượng, động lượng và năng lượng được áp dụng cho các thể tích kiểm tra (control volume) và các phần tử chất lỏng vi phân. Các phương trình nền tảng như phương trình Bernoulliphương trình Navier-Stokes được giới thiệu và phân tích chi tiết, cung cấp công cụ toán học để mô tả chuyển động của chất lỏng trong hầu hết mọi tình huống. Những nguyên lý này là chìa khóa để hiểu và phân tích các hệ thống từ đường ống dẫn nước đơn giản đến dòng khí phức tạp quanh cánh máy bay.

3.1. Phân tích từ tĩnh học chất lỏng đến động lực học chất lỏng

Chương trình học bắt đầu với Tĩnh học chất lỏng (Fluid Statics), nơi chất lỏng ở trạng thái nghỉ và ứng suất cắt bằng không. Các khái niệm chính bao gồm sự phân bố áp suất thủy tĩnh và lực tác động lên các bề mặt phẳng và cong. Đây là kiến thức nền tảng cho việc thiết kế đập, cổng chứa nước và áp kế. Tiếp theo, phần động lực học chất lỏng (Fluid Dynamics) nghiên cứu chất lỏng đang chuyển động. Tại đây, các định luật vật lý cơ bản được áp dụng thông qua Định lý vận tải Reynolds (Reynolds Transport Theorem), một công cụ mạnh mẽ để chuyển đổi các định luật áp dụng cho hệ thống sang dạng phù hợp với thể tích kiểm tra, một cách tiếp cận phổ biến trong kỹ thuật.

3.2. Tìm hiểu phương trình Bernoulli và phương trình Navier Stokes

Trong các giáo trình của McGraw-Hill, phương trình Bernoulli được trình bày như một hệ quả của phương trình năng lượng cho dòng chảy không có ma sát. Tác giả Frank M. White nhấn mạnh rằng đây là một "mối quan hệ bị hạn chế một cách nguy hiểm" (dangerously restricted relation) và thường bị lạm dụng, do đó ông đặt nó ở cuối chương sau các phân tích về bảo toàn khối lượng và động lượng. Trong khi đó, phương trình Navier-Stokes, xuất phát từ định luật 2 Newton cho một phần tử chất lỏng, là phương trình tổng quát nhất mô tả dòng chảy nhớt. Việc giải được các phương trình này là mục tiêu cuối cùng của nhiều phân tích trong thủy khí động lực học.

3.3. Hiểu rõ dòng chảy tầng dòng chảy rối và số Reynolds

Các giáo trình phân biệt rõ hai chế độ dòng chảy chính: dòng chảy tầng (laminar flow) - trật tự và mượt mà, và dòng chảy rối (turbulent flow) - hỗn loạn và ngẫu nhiên. Sự chuyển tiếp giữa hai chế độ này được xác định bởi một tham số không thứ nguyên quan trọng là số Reynolds (Re). Như được thảo luận trong chương 5 và 6 của tài liệu gốc, số Reynolds biểu thị tỷ lệ giữa lực quán tính và lực nhớt. Re thấp cho thấy dòng chảy tầng, trong khi Re cao là dấu hiệu của dòng chảy rối. Hiểu được các chế độ dòng chảy này là cực kỳ quan trọng để tính toán tổn thất năng lượng trong đường ống và lực cản trên các vật thể.

IV. Bí quyết học tốt với sách bài tập Cơ học chất lỏng McGraw Hill

Lý thuyết chỉ là một nửa của câu chuyện; việc áp dụng kiến thức vào giải quyết các bài toán cụ thể mới thực sự giúp củng cố sự hiểu biết. Các Giáo trình Cơ học chất lỏng McGraw-Hill nổi tiếng với hệ thống bài tập phong phú và đa dạng. Theo lời giới thiệu của Frank M. White, ấn bản thứ tư có hơn 1500 bài tập, trong đó 30% là bài tập mới hoặc đã được thay đổi, tập trung vào "kinh nghiệm kỹ thuật thực tế và thực tiễn" (practical and realistic fluids engineering experiences). Việc luyện tập thường xuyên với sách bài tập Cơ học chất lỏng là bí quyết để nắm vững môn học. Các bài tập được thiết kế theo nhiều cấp độ, từ các bài toán cơ bản để kiểm tra khái niệm đến các bài toán tổng hợp phức tạp, thậm chí là các dự án thiết kế mở. Đặc biệt, nhiều giáo trình còn tích hợp các bài tập trắc nghiệm theo định dạng của kỳ thi Kỹ sư cơ bản (FE Examination), giúp sinh viên chuẩn bị tốt cho các chứng chỉ hành nghề quan trọng. Tận dụng hiệu quả nguồn tài nguyên này là con đường ngắn nhất để thành thạo các kỹ năng phân tích dòng chảy.

4.1. Hướng dẫn sử dụng hiệu quả sách bài tập Cơ học chất lỏng

Để khai thác tối đa sách bài tập Cơ học chất lỏng, người học nên tuân thủ một quy trình có hệ thống. Đầu tiên, hãy đọc kỹ lý thuyết và các ví dụ đã giải trong chương. Sau đó, bắt đầu với những bài tập cơ bản để đảm bảo đã nắm vững các định nghĩa và công thức. Tiếp theo, chuyển sang các bài toán phức tạp hơn đòi hỏi sự kết hợp của nhiều khái niệm. Một điểm đặc biệt trong sách của White là sự xuất hiện của các "bài toán tổng hợp" (comprehensive problems) ở cuối mỗi chương, do Giáo sư John Cimbala đề xuất. Các bài toán này bao quát nhiều kiến thức, thường từ nhiều chương khác nhau, giúp rèn luyện khả năng tư duy hệ thống. Đừng ngại các bài toán được đánh dấu sao (*) vì chúng là những thử thách giúp nâng cao trình độ.

4.2. Tìm kiếm và sử dụng lời giải bài tập Fluid Mechanics

Việc kiểm tra đáp án và xem xét các phương pháp giải khác nhau là một phần quan trọng của quá trình học. Các nhà xuất bản thường cung cấp "Solutions Manual" (sách lời giải bài tập Fluid Mechanics) cho giảng viên. Tuy nhiên, nhận thấy nhu cầu của sinh viên, các ấn bản mới hơn như của White đã bắt đầu cung cấp "Đáp án cho các bài tập được chọn" (Answers to Selected Problems) ở cuối sách, với hơn 600 đáp án. Việc này tạo ra sự cân bằng giữa việc có một mục tiêu số cụ thể để hướng tới và việc tự mình tìm ra kết quả. Khi tìm kiếm lời giải trực tuyến, cần cẩn trọng với các nguồn không chính thống và luôn cố gắng tự giải quyết bài toán trước khi tham khảo lời giải để đạt hiệu quả học tập cao nhất.

V. Hướng dẫn tìm mua và download ebook Cơ học chất lỏng PDF

Sau khi đã xác định được cuốn sách phù hợp, bước tiếp theo là tìm kiếm nguồn cung cấp uy tín. Việc sở hữu một bản Giáo trình Cơ học chất lỏng McGraw-Hill chất lượng, dù là bản in hay bản điện tử, là một khoản đầu tư xứng đáng cho sự nghiệp học tập và nghiên cứu. Đối với sách in, các kênh truyền thống như nhà sách của trường đại học, các nhà sách ngoại văn lớn, hoặc các nền tảng thương mại điện tử quốc tế là những lựa chọn đáng tin cậy. Trong kỷ nguyên số, nhu cầu tìm kiếm phiên bản ebook Cơ học chất lỏng pdf ngày càng tăng do sự tiện lợi trong việc lưu trữ và tra cứu. Tuy nhiên, việc tìm kiếm và sử dụng các phiên bản điện tử cũng đi kèm với những lưu ý quan trọng về bản quyền và chất lượng tài liệu. Một bản ebook được scan cẩu thả, thiếu trang hoặc hình ảnh mờ có thể gây ra nhiều khó khăn và hiểu lầm trong quá trình học một môn khoa học đòi hỏi sự chính xác cao như thủy khí động lực học.

5.1. Các nguồn uy tín để mua sách Cơ học chất lỏng bản gốc

Để đảm bảo chất lượng in ấn tốt nhất và ủng hộ tác giả, việc mua sách Cơ học chất lỏng bản gốc là lựa chọn hàng đầu. Người học có thể tìm mua tại các nhà sách đại học, các trang web của nhà xuất bản McGraw-Hill, hoặc các nhà bán lẻ trực tuyến lớn như Amazon. Mua sách gốc không chỉ đảm bảo nội dung đầy đủ và chính xác mà còn đi kèm với các tài nguyên bổ trợ trực tuyến (nếu có), ví dụ như quyền truy cập vào phần mềm EES (Engineering Equation Solver) được đề cập trong sách của White. Đây là những giá trị gia tăng mà các phiên bản không chính thống không thể cung cấp.

5.2. Lưu ý khi tìm kiếm ebook Cơ học chất lỏng pdf trực tuyến

Khi tìm kiếm ebook Cơ học chất lỏng pdf, người dùng cần hết sức cẩn trọng. Nhiều trang web cung cấp tài liệu vi phạm bản quyền và có thể chứa phần mềm độc hại. Hơn nữa, chất lượng của các bản scan thường không đồng đều. Một số bản có thể bị mờ, thiếu trang, hoặc không thể tìm kiếm văn bản (non-searchable), làm giảm đáng kể trải nghiệm học tập. Lựa chọn an toàn nhất là tìm kiếm các phiên bản ebook hợp pháp được bán trên các nền tảng như Kindle, Google Play Books, hoặc trang web chính thức của nhà xuất bản. Mặc dù có thể tốn chi phí, nhưng nó đảm bảo bạn có được một tài liệu chất lượng cao, an toàn và đầy đủ tính năng để phục vụ cho việc học tập lâu dài.

28/09/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

Fluid Mechanics McGraw-Hill Series in Mechanical Engineering Kimbrell CONSULTING EDITORS Kinematics Analysis and Synthesis Jack P. Holman, Southern Methodist University Kreider and Rabl Heating and Cooling of Buildings John Lloyd, Michigan State University Martin Anderson Kinematics and Dynamics of Machines Computational Fluid Dynamics: The Basics with Applications Mattingly Anderson Elements of Gas Turbine Propulsion Modern Compressible Flow: With Historical Perspective Modest Arora Radiative Heat Transfer Introduction to Optimum Design Norton Borman and Ragland Design of Machinery Combustion Engineering Oosthuizen and Carscallen Burton Compressible Fluid Flow Introduction to Dynamic Systems Analysis Oosthuizen and Naylor Culp Introduction to Convective Heat Transfer Analysis Principles of Energy Conversion Phelan Dieter Fundamentals of Mechanical Design Engineering Design: A Materials & Processing Approach Reddy Doebelin An Introduction to Finite Element Method Engineering Experimentation: Planning, Execution, Reporting Rosenberg and Karnopp Driels Introduction to Physical Systems Dynamics Linear Control Systems Engineering Schlichting Edwards and McKee Boundary-Layer Theory Fundamentals of Mechanical Component Design Shames Gebhart Mechanics of Fluids Heat Conduction and Mass Diffusion Shigley Gibson Kinematic Analysis of Mechanisms Principles of Composite Material Mechanics Shigley and Mischke Hamrock Mechanical Engineering Design Fundamentals of Fluid Film Lubrication Shigley and Uicker Heywood Theory of Machines and Mechanisms Internal Combustion Engine Fundamentals Hinze Stiffler Turbulence Design with Microprocessors for Mechanical Engineers Histand and Alciatore Stoecker and Jones Introduction to Mechatronics and Measurement Systems Refrigeration and Air Conditioning Holman Turns Experimental Methods for Engineers An Introduction to Combustion: Concepts and Applications Howell and Buckius Ullman Fundamentals of Engineering Thermodynamics The Mechanical Design Process Jaluria Wark Design and Optimization of Thermal Systems Advanced Thermodynamics for Engineers Juvinall Wark and Richards Engineering Considerations of Stress, Strain, and Strength Thermodynamics Kays and Crawford White Convective Heat and Mass Transfer Viscous Fluid Flow Kelly Zeid Fundamentals of Mechanical Vibrations CAD/CAM Theory and Practice Fluid Mechanics Fourth Edition Frank M. White University of Rhode Island Boston Burr Ridge, IL Dubuque, IA Madison, WI New York San Francisco St. Louis Bangkok Bogotá Caracas Lisbon London Madrid Mexico City Milan New Delhi Seoul Singapore Sydney Taipei Toronto About the Author Frank M.

White is Professor of Mechanical and Ocean Engineering at the University of Rhode Island. He studied at Georgia Tech and M. In 1966 he helped found, at URI, the first department of ocean engineering in the country. Known primarily as a teacher and writer, he has received eight teaching awards and has written four text- books on fluid mechanics and heat transfer.

During 1979–1990 he was editor-in-chief of the ASME Journal of Fluids Engi- neering and then served from 1991 to 1997 as chairman of the ASME Board of Edi- tors and of the Publications Committee. He is a Fellow of ASME and in 1991 received the ASME Fluids Engineering Award. He lives with his wife, Jeanne, in Narragansett, Rhode Island. v To Jeanne Preface General Approach The fourth edition of this textbook sees some additions and deletions but no philo- sophical change.

The basic outline of eleven chapters and five appendices remains the same. The triad of integral, differential, and experimental approaches is retained and is approached in that order of presentation. The book is intended for an undergraduate course in fluid mechanics, and there is plenty of material for a full year of instruction. The author covers the first six chapters and part of Chapter 7 in the introductory se- mester.

The more specialized and applied topics from Chapters 7 to 11 are then cov- ered at our university in a second semester. The informal, student-oriented style is re- tained and, if it succeeds, has the flavor of an interactive lecture by the author. Learning Tools Approximately 30 percent of the problem exercises, and some fully worked examples, have been changed or are new. The total number of problem exercises has increased to more than 1500 in this fourth edition.

The focus of the new problems is on practi- cal and realistic fluids engineering experiences. Problems are grouped according to topic, and some are labeled either with an asterisk (especially challenging) or a com- puter-disk icon (where computer solution is recommended). A number of new pho- tographs and figures have been added, especially to illustrate new design applications and new instruments. Professor John Cimbala, of Pennsylvania State University, contributed many of the new problems.

He had the great idea of setting comprehensive problems at the end of each chapter, covering a broad range of concepts, often from several different chap- ters. These comprehensive problems grow and recur throughout the book as new con- cepts arise. Six more open-ended design projects have been added, making 15 projects in all. The projects allow the student to set sizes and parameters and achieve good de- sign with more than one approach.

An entirely new addition is a set of 95 multiple-choice problems suitable for prepar- ing for the Fundamentals of Engineering (FE) Examination. These FE problems come at the end of Chapters 1 to 10. Meant as a realistic practice for the actual FE Exam, they are engineering problems with five suggested answers, all of them plausible, but only one of them correct. xi xii Preface New to this book, and to any fluid mechanics textbook, is a special appendix, Ap- pendix E, Introduction to the Engineering Equation Solver (EES), which is keyed to many examples and problems throughout the book.

The author finds EES to be an ex- tremely attractive tool for applied engineering problems. Not only does it solve arbi- trarily complex systems of equations, written in any order or form, but also it has built- in property evaluations (density, viscosity, enthalpy, entropy, etc.), linear and nonlinear regression, and easily formatted parameter studies and publication-quality plotting. The author is indebted to Professors Sanford Klein and William Beckman, of the Univer- sity of Wisconsin, for invaluable and continuous help in preparing this EES material. The book is now available with or without an EES problems disk.

The EES engine is available to adopters of the text with the problems disk. Another welcome addition, especially for students, is Answers to Selected Prob- lems. Over 600 answers are provided, or about 43 percent of all the regular problem assignments. Thus a compromise is struck between sometimes having a specific nu- merical goal and sometimes directly applying yourself and hoping for the best result.

Content Changes There are revisions in every chapter. Chapter 1—which is purely introductory and could be assigned as reading—has been toned down from earlier editions. For ex- ample, the discussion of the fluid acceleration vector has been moved entirely to Chap- ter 4. Four brief new sections have been added: (1) the uncertainty of engineering data, (2) the use of EES, (3) the FE Examination, and (4) recommended problem- solving techniques.

Chapter 2 has an improved discussion of the stability of floating bodies, with a fully derived formula for computing the metacentric height. Coverage is confined to static fluids and rigid-body motions. An improved section on pressure measurement discusses modern microsensors, such as the fused-quartz bourdon tube, micromachined silicon capacitive and piezoelectric sensors, and tiny (2 mm long) silicon resonant-frequency devices. Chapter 3 tightens up the energy equation discussion and retains the plan that Bernoulli’s equation comes last, after control-volume mass, linear momentum, angu- lar momentum, and energy studies.

Although some texts begin with an entire chapter on the Bernoulli equation, this author tries to stress that it is a dangerously restricted relation which is often misused by both students and graduate engineers. In Chapter 4 a few inviscid and viscous flow examples have been added to the ba- sic partial differential equations of fluid mechanics. More extensive discussion con- tinues in Chapter 8. Chapter 5 is more successful when one selects scaling variables before using the pi theorem.

Nevertheless, students still complain that the problems are too ambiguous and lead to too many different parameter groups. Several problem assignments now con- tain a few hints about selecting the repeating variables to arrive at traditional pi groups. In Chapter 6, the “alternate forms of the Moody chart” have been resurrected as problem assignments. Meanwhile, the three basic pipe-flow problems—pressure drop, flow rate, and pipe sizing—can easily be handled by the EES software, and examples are given.

Some newer flowmeter descriptions have been added for further enrichment. Chapter 7 has added some new data on drag and resistance of various bodies, notably biological systems which adapt to the flow of wind and water. Preface xiii Chapter 8 picks up from the sample plane potential flows of Section 4.10 and plunges right into inviscid-flow analysis, especially aerodynamics. The discussion of numeri- cal methods, or computational fluid dynamics (CFD), both inviscid and viscous, steady and unsteady, has been greatly expanded.

Chapter 9, with its myriad complex algebraic equations, illustrates the type of examples and problem assignments which can be solved more easily using EES. A new section has been added about the suborbital X- 33 and VentureStar vehicles. In the discussion of open-channel flow, Chapter 10, we have further attempted to make the material more attractive to civil engineers by adding real-world comprehen- sive problems and design projects from the author’s experience with hydropower proj- ects. More emphasis is placed on the use of friction factors rather than on the Man- ning roughness parameter.

Chapter 11, on turbomachinery, has added new material on compressors and the delivery of gases. Some additional fluid properties and formulas have been included in the appendices, which are otherwise much the same. Supplements The all new Instructor’s Resource CD contains a PowerPoint presentation of key text figures as well as additional helpful teaching tools. The list of films and videos, for- merly App.

C, is now omitted and relegated to the Instructor’s Resource CD. The Solutions Manual provides complete and detailed solutions, including prob- lem statements and artwork, to the end-of-chapter problems. It may be photocopied for posting or preparing transparencies for the classroom. EES Software The Engineering Equation Solver (EES) was developed by Sandy Klein and Bill Beck- man, both of the University of Wisconsin—Madison.

A combination of equation-solving capability and engineering property data makes EES an extremely powerful tool for your students. EES (pronounced “ease”) enables students to solve problems, especially design problems, and to ask “what if” questions. EES can do optimization, parametric analysis, linear and nonlinear regression, and provide publication-quality plotting capability. Sim- ple to master, this software allows you to enter equations in any form and in any order.

It automatically rearranges the equations to solve them in the most efficient manner. EES is particularly useful for fluid mechanics problems since much of the property data needed for solving problems in these areas are provided in the program. Air ta- bles are built-in, as are psychometric functions and Joint Army Navy Air Force (JANAF) table data for many common gases. Transport properties are also provided for all sub- stances.

EES allows the user to enter property data or functional relationships written in Pascal, C, C, or Fortran. The EES engine is available free to qualified adopters via a password-protected website, to those who adopt the text with the problems disk. The program is updated every semester. The EES software problems disk provides examples of typical problems in this text.

Problems solved are denoted in the text with a disk symbol. Each fully documented solution is actually an EES program that is run using the EES engine. Each program provides detailed comments and on-line help. These programs illustrate the use of EES and help the student master the important concepts without the calculational burden that has been previously required.

xiv Preface Acknowledgments So many people have helped me, in addition to Professors John Cimbala, Sanford Klein, and William Beckman, that I cannot remember or list them all.

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