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内容紹介
水理学を体系の中で理解できるように,本文構成,図表,式の誘導等に様々な工夫をこらし,身につく問題と詳解,ティータイムも混じえた本格的な教科書。〔内容〕I. 流れの基礎/II. 水理学の体系化―流体力学の応用/III. 水理学の実用化。
編集部から
目次
I. 流れの基礎
1. 流体の力学基礎
1.1 密度と重量
1.2 流体の圧縮性と非圧縮性
1.3 体積力と面積力
1.4 圧 力
1.5 粘性応力
1.6 ニュートン流体と完全流体
1.7 次元と単位
1.8 まとめ
1.9 演習問題
2. 静水力学
2.1 静水圧分布
2.2 全圧力と作用点
2.3 曲面に作用する静水圧
2.4 浮力とアルキメデスの原理
2.5 油圧とパスカルの原理
2.6 浮体の安定・不安定問題
2.7 座標変換による静水力学的解析
2.8 表面張力
2.9 まとめ
2.10 演習問題
3. 流体の質量保存則―連続式―
3.1 流体の速度
3.2 流線と流跡線
3.3 オイラー的観測とラグランジュ的観測
3.4 連続式
3.5 フラックス
3.6 まとめ
3.7 演習問題
4. 流体のエネルギー保存則―ベルヌーイの定理―
4.1 完全流体のベルヌーイの定理
4.2 質点系力学と流体力学におけるエネルギー保存則の比較
4.3 ベルヌーイの定理の応用―水理学のおもしろさ・発見―
トリチェリーの原理/霧吹きの原理/圧力分布の不思議さ/
流速測定器―ピトー管―/流量測定器―ベンチュリー管―
4.4 実在流体のエネルギー保存則
4.5 まとめ
4.6 演習問題
5. 流体の運動量保存則―運動量式―
5.1 質点系の運動量式と流体の運動量式
5.2 漸変流と急変流
5.3 運動量式の応用―急変流の解析に威力―
5.4 ボルダの公式
5.5 まとめ
5.6 演習問題
II. 水理学の体系化―流体力学の応用―
6. 流体力学の基礎―微分形―
6.1 ニュートンの運動方程式
6.2 ラグランジュ微分とオイラー微分
6.3 定常流と非定常流
6.4 流れの連続式
6.5 ベクトル解析の初歩
スカラー積/内積/外積
6.6 移流項の変形とその物理的意味
6.7 オイラーの方程式―完全流体の支配方程式―
6.8 ナヴィエ・ストークスの方程式―実在流体の支配方程式―
6.9 まとめ
6.10 演習問題
7. ポテンシャル流理論
7.1 渦度と循環
7.2 ケルヴィン・ヘルムホルツの不安定性理論
7.3 渦なし流れと速度ポテンシャル
7.4 流れ関数と流線
7.5 ポテンシャル流理論
7.6 拡張されたベルヌーイの定理
7.7 フローネット理論と流れの近似解析
7.8 速度ベクトルと圧力の計算方法
7.9 複素速度ポテンシャル関数とその解析方法
7.10 ポテンシャル流理論の応用―応用数学の華麗さ―
円柱まわりの流れ・ダランベールのパラドックス/渦系モデルとランキン渦/
角を曲がる流れ
7.11 まとめ
7.12 演習問題
8. 境界層理論と流体力
8.1 境界層理論の誕生
8.2 層流境界層
8.3 乱流境界層
8.4 境界層の厚さ
8.5 境界層近似
8.6 壁面せん断応力と摩擦速度
8.7 カルマンの運動量方程式
8.8 摩擦抵抗係数とブラジウスの1/7乗則
8.9 流れの剥離
8.10 流体カの定義
8.11 完全流体での流体力
8.12 マグヌス効果と飛行の原理
8.13 実在流体の抗力
bluff bodyとslender body/層流剥離と乱流剥離
8.14 まとめ
8.15 演習問題
9. 層流と乱流
9.1 実在流体とレイノルズ数
9.2 レイノルズの層流・乱流実験
9.3 オア・ゾンマーフェルト方程式とレイリーの変曲点不安定性理論
9.4 非線形力学とカオス
9.5 レイノルズ方程式
9.6 ハーゲン・ポアズイユ流れ
9.7 乱れの発生とカスケード過程
9.8 レイノルズ応力
9.9 完結問題
9.10 混合距離モデル
9.11 璧法則と対数則
9.12 外層と速度欠損則
9.13 乱れ特性
9.14 粗面乱流の特性
9.15 渦動枯性モデル,k-eモデルと応力モデル
9.16 まとめ
9.17 演習問題
10. 運動方程式の積分形
10.1 ガウスの発散定理
10.2 一次元水理解析法と3次元流れ
10.3 連続式の積分形
10.4 運動量式の積分形
10.5 エネルギー式の積分形
10.6 まとめ
10.7 演習問題
III. 水理学の実用化
11. 次元解析と相似律
11.1基本的なコンセプト
11.2 次元解析
レイリーの方法/バッキンガムのπ定理
11.3 相似律
11.4 レイノルズ相似則とフルード相似則
11.5 歪み模型
11.6 まとめ
11.7 演習問題
12. 定常管路流の水理学
12.1 実学と一次元解析法
12.2 一次元水理解析法の前提条件
12.3 定常管路流の基礎方程式
12.4 摩擦損失水頭
12.5 ニクラーゼ図表・ムーディ図表
12.6 マニングの等流公式と粗度係数
12.7 形状損失水頭
12.8 単管路の計算
12.9 ダムの放水管の計算
12.10 水力発電の電力計算
12.11 サイフォンの計算
12.12 等置管の計算
12.13 並列管の計算
12.14 複合管の計算
12.15 管網計算
12.16 管路流と電流のアナロジー
12.17 まとめ
12.18 演習問題
13. 定常開水路流の水理学
13.1 潤辺水理学と界面水理学
13.2 比エネルギーと比力
13.3 基礎方程式
13.4 限界水深と交代水深関係
13.5 河川の流量測定の原理
13.6 跳水と共役水深関係
13.7 跳水現象と減勢工
13.8 粗面の抵抗則と流砂現象
13.9 等流公式
13.10 水理特性曲線と水理学的に有利な断面
13.11 水平路床の水理と水面形
13.12 漸変流近似
13.13 限界勾配,緩勾配および急勾配
13.14 水面形方程式と不等流計算
13.15 水面形の分類
13.16 支配断面
13.17 特異点解析
13.18 水面形計算の演習例
13.19 まとめ
13.20 演習問題
14. 非定常管路流の水理学
14.1 概 説
14.2 非定常流の基礎方程式
14.3 水撃作用と過渡現象
14.4 サージタンクの水理
14.5 まとめ
14.6 演習問題
15. 非定常開水路流の水理学
15.1 概 説
15.2 連続式
15.3 エネルギー式
15.4 開水路の微小攪乱波
15.5 キネマティックウェーブ理論(クライツ・セドンの法則)
15.6 洪水流のループ特性
15.7 速水の理論(拡散型洪水波理論)
15.8 ダイナミックウェーブ理論(特性曲線法)
15.9 段波(運動量保存別の応用)
15.10 ダム決壊に伴う段波
15.11 まとめ
15.12 演習問題
16. 波動の水理学
16.1 波の一般的特性
16.2 微小振幅波理論(エアリ波の理論)
16.3 位相速度
16.4 表面張力波
16.5 重力波の分類
16.6 水粒子の運動
16.7 波のエネルギー
16.8 群速度
16.9 波のエネルギー輸送
16.10 重複波
16.11 津 波
16.12 まとめ
16.13 演習問題
17. 演習問題解答
18. 付 表
19. 参考図
20. 索 引