本書是一部系統介紹水動力學基本理論、研究方法及其在海洋工程中應用的教材。本書以流體力學為基礎，結合海洋工程的實際需求，全面闡述了水動力學的基本概念、研究方法、數值模擬技術、實驗技術以及相關應用。全書共九章，內容涵蓋流體力學基礎、水動力數值模擬技術、勢流理論、水波動力學、海洋工程中的水動力現象以及水動力實驗技術等。本書注重理論與實踐相結合，既介紹了水動力學的經典理論，又反映了當前領域的最新研究成果和技術發展。

陜西省水動力學與水下動力技術重點實驗室副主任全國海洋船標準化技術委員會船舶理論與實驗分技術委員會委員《Journal of Hydrodynamics》《水動力學研究與進展》《中國艦船研究》編委《Engineering Reports》《海洋工程》《數字海洋與水下攻防》青年編委

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 水動力學的基本概念 1
1.2 水動力學的研究方法 1
1.3 水動力學的發展簡史 3
1.4 水動力學的研究內容 6
1.5 水動力學的主要應用和發展趨勢 9
第2章 流體力學基礎 12
2.1 流體的基本概念與性質 12
2.1.1 流體的定義 12
2.1.2 連續介質假設 13
2.1.3 作用在流體上的力 14
2.1.4 黏性與牛頓內摩擦定律 14
2.1.5 壁面無滑移條件 17
2.2 流體流動的形式 18
2.2.1 流體的運動狀態 18
2.2.2 邊界層 20
第3章 數理基礎 22
3.1 流體力學常用張量運算 22
3.2 流體力學常用定理 25
3.2.1 物質導數 25
3.2.2 雷諾輸運定理 28
3.2.3 高斯散度定理 30
第4章 流體流動控制方程 35
4.1 NS方程 35
4.2 流體流動模型 37
4.3 連續性方程 39
4.3.1 連續性方程的四種推導過程 39
4.3.2 四種連續性方程形式之間的轉化 43
4.4 動量方程 46
4.5 NS方程的其他推導方法 51
4.6 NS方程的各種形式 53
4.7 NS方程的項 57
第5章 水動力數值模擬技術 59
5.1 常見的流體模擬方法 59
5.1.1 傳統CFD方法 59
5.1.2 粒子法 61
5.1.3 格子Boltzmann方法 65
5.2 NS方程的求解 70
5.2.1 NS方程的數值求解過程 70
5.2.2 不可壓NS方程的求解及其難點 73
5.2.3 邊界和初始條件 79
5.3 NS方程的離散化 81
5.3.1 常用的離散化方法 81
5.3.2 穩定性分析 84
5.3.3 有限差分法 94
5.3.4 有限體積法 113
5.3.5 網格 122
5.4 湍流模擬 129
5.4.1 湍流模擬方法的分類 129
5.4.2 直接數值模擬 133
5.4.3 大渦模擬 136
5.4.4 RANS模擬 139
5.5 多相流模擬 142
5.5.1 多相流模擬方法的分類 142
5.5.2 邊界捕捉方法 147
5.6 動邊界模擬 151
5.6.1 有拓撲變化的方法 151
5.6.2 無拓撲變化的方法 156
5.7 流固耦合模擬 160
第6章 勢流理論 163
6.1 不可壓縮勢流問題的基本控制方程和邊界條件 163
6.1.1 不可壓縮勢流問題的基本控制方程 163
6.1.2 勢流問題的邊界條件 165
6.1.3 勢流問題的初始條件 168
6.1.4 勢流問題的求解方法 171
6.2 基本平面勢流 174
第7章 水波動力學 179
7.1 波的基本概念 179
7.1.1 波的定義 179
7.1.2 水波的物理要素 181
7.1.3 水波的基本方程 185
7.2 小振幅波理論 188
7.2.1 水波問題的攝動展開 188
7.2.2 行波和駐波 192
7.2.3 波能 197
7.2.4 波的繞射和折射 201
7.3 非線性水波 206
7.4 船行波 211
7.5 內波 216
第8章 海洋工程中的水動力現象 222
8.1 常見的海洋環境作用 222
8.2 空化 228
8.3 跨介質 232
8.4 流固耦合現象 235
8.5 水下爆炸 239
第9章 水動力實驗技術 244
9.1 水動力實驗技術的任務 244
9.2 水動力實驗技術的發展歷史 247
9.3 相似理論 250
9.3.1 流動相似 250
9.3.2 常用相似準則數及意義 253
9.4 實驗誤差 257
9.4.1 誤差的基本概念及分類 257
9.4.2 誤差的表示方法及評價 260
9.5 水動力學實驗裝置 262
參考文獻 266
后記 267