1.1 流速與流場

在日常生活中，人們可以在許多地方很容易觀察到流體運動的現象，諸如從水龍頭流出來的水、河川裡流動的河水、下雨時路面及邊溝流動的雨水，或者天空中移動的白雲、吸菸者吐出來的煙。水或空氣的流動之所以能被人們察覺到，是因為水體或氣體中摻入了雜質或水面的波動。對這些現象的觀察，觀察者可選擇在固定區域觀看流體運動的趨勢，或跟著特定的少部份雜質沿途觀察其運動情況。

對於想要對流體運動作較深入探討者而言，嚴謹而且有系統的觀察與紀錄就必須事先安排。例如實驗室中常用的方式是在流體中加入一些發亮的細微鋁粉顆粒，以便用肉眼觀察或拍照，再據以描繪在某一區域內流動方向的一系列線條；這或許會讓人覺得有某種程度的隨意或不確定性。不過，這些代表流動方向的線條必須完全符合力學原理，也就是本章的主要課題。

1. 流速

雖然流體運動的定量描述可以如同固體運動一樣來表達，但是固體運動一般只須觀察整體的速度就足夠，而流體運動卻會因觀測地點不同而截然不同。不過，在任何一點的流體速度（以下簡稱流速）可以完全定義該點的瞬間運動情況，包含速率及方向，例如每秒3公尺、向東。這也就是說流速是具有大小及方向的向量。由於向量的特性，流速可以分解成多個方向的分量，稱為分流速。相反地，在一特定點的多個分流速可以用向量合成為合流速；這樣的合成步驟對於相對運動的問題至關重要。例如對行進中汽車內的觀察者而言，車外相對於移動車身上一個定點的空氣就有一定的速率與方向；而該點的空氣實際速度則為其相對於車身的速度與車身實際速度（相對於地面）的向量和，如圖1.1所示。多個向量相加的最方便方式是將個別向量分解成沿直角座標軸的分量，分別相加後，再合成為合速度。

2. 流線

在試驗水槽中流動的水加入少許會發亮的鋁粉顆粒後連續拍攝一系列的照片，在這些照片中大致可粗略地描繪出一些定點的流速向量。如果對這樣的流速圖像要求很完整，則必須在許許多多的定點都有流速向量的描繪，但是這麼一來圖面上就會變成非常複雜零亂。一個可以克服這種困難的作法就是有秩序地繪製一組曲線，使得任何一瞬間在每一條線上各個點的流速向量與該線相切，如圖1.2所示。每一條符合這種要求的曲線就是流線。

換言之，流線可以定義為：流體流經區域中的一條曲線，其上各點的切線方向可以展現各該點的流體瞬間流速向量。由此定義可以延伸出一個結論：流體不會跨越流線，也就是說在流線上任何一點法線方向的分流速為0。一般而言，由於空間上各點流速並不相同，任一瞬間的一組流線大都是以輻合狀或輻散狀呈現；在特定條件下，例如平直的水管中，流線之間可以是互相平行的直線。不論如何，只要一個區域的流線形態能夠充分展現，則任何位置的流向就可以一目瞭然，而不必在流場上描繪流速方向。至於流速的大小，亦可以由流線的相對間隔疏密來決定。

1.1 流速與流場

在日常生活中，人們可以在許多地方很容易觀察到流體運動的現象，諸如從水龍頭流出來的水、河川裡流動的河水、下雨時路面及邊溝流動的雨水，或者天空中移動的白雲、吸菸者吐出來的煙。水或空氣的流動之所以能被人們察覺到，是因為水體或氣體中摻入了雜質或水面的波動。對這些現象的觀察，觀察者可選擇在固定區域觀看流體運動的趨勢，或跟著特定的少部份雜質沿途觀察其運動情況。

對於想要對流體運動作較深入探討者而言，嚴謹而且有系統的觀察與紀錄就必須事先安排。例如實驗室中常用的方式是在流體中加入一些發亮的細微鋁...

序言
目次
第一章　流體運動基本觀念
1.1 流速與流場
1.2 連續原理
1.3 流網
1.4 渦度與環流量
1.5 流體加速度
1.6 流體之物性

第二章　壓力與流體運動
2.1 壓差與運動方程式
2.2 恆定非旋流之壓力方程式
2.3 壓力方程式之應用
2.4 射流
2.5 尤拉數之意義

第三章　重力效應
3.1 重力與流體加速度
3.2 靜壓原理
3.3 邊界表面總靜壓
3.4 柏努利定理
3.5 自由表面流
3.6 福祿數之意義
3.7 重力相似性

第四章　黏性效應
4.1 黏性之基本概念
4.2 壓差驅動之黏性流
4.3 黏剪力之能耗率
4.4 雷諾茲數之意義
4.5 黏性流之不穩定性
4.6 流體紊動特性
4.7 邊界表面阻力
4.8 流場中之物體受力

第五章　動量與能量原理
5.1 線動量方程式
5.2 角動量方程式
5.3 動量方程式之應用
5.4 能量方程式
5.5 能量方程式之應用

第六章　管道流
6.1 正規化流速分布
6.2 圓管流之阻力
6.3 常用圓管之阻力係數
6.4 管道斷面形狀效應
6.5 管道變化段之壓力變化

第七章　明渠流
7.1 基本特性
7.2 急變流
7.3 均勻流
7.4 漸變流
7.5 非恆定流

第八章　流力機械
8.1 側向推力基本原理
8.2 翼剖面之升力與拖曳力
8.3 螺旋槳
8.4 螺旋槳式流力機械之一維分析
8.5 抽水機與水輪機
8.6 比速之意義

第九章　可壓縮性效應
9.1 彈性波之傳播
9.2 水錘現象
9.3 震波現象
9.4 氣體壓縮引致之誤差
附錄一　參考文獻
附錄二　中英名詞對照表
附錄三　索引

序言
目次
第一章　流體運動基本觀念
1.1 流速與流場
1.2 連續原理
1.3 流網
1.4 渦度與環流量
1.5 流體加速度
1.6 流體之物性

第二章　壓力與流體運動
2.1 壓差與運動方程式
2.2 恆定非旋流之壓力方程式
2.3 壓力方程式之應用
2.4 射流
2.5 尤拉數之意義

第三章　重力效應
3.1 重力與流體加速度
3.2 靜壓原理
3.3 邊界表面總靜壓
3.4 柏努利定理
3.5 自由表面流
3.6 福祿數之意義
3.7 重力相似性

第四章　黏性效應
4.1 黏性之基本概念
4.2 壓差驅動之黏性流
4.3 黏剪力之能耗率
4.4 雷諾茲數之意義
4....