西北工業大學水下仿生與流動控制科技創新團隊：水動力學的系統總結與發展展望

隨著《水動力學》的完成，我們對水動力學這一領域的理解又向前邁進了一步。水動力學作為一門應用學科，其研究內容和方法始終在不斷發展和演變。從古典流體力學到現代的計算流體力學，水動力學的發展歷程充滿了人類對自然規律的探索與創新。本書的編寫不僅是對水動力學知識的系統總結，也是對這一學科未來發展的展望。

水動力學作為一門研究流體運動規律及其與邊界相互作用的學科，是海洋工程、水利工程、船舶工程等領域的重要理論基礎。它不僅在基礎科學研究中占據著舉足輕重的地位，而且在實際工程應用中發揮著不可或缺的作用。隨著我國海洋事業的蓬勃發展，海洋資源開發、海洋環境保護以及海洋權益維護等領域的戰略需求日益凸顯，水動力學知識的學習與應用對于培養高素質的海洋工程專業人才具有極為重要的現實意義。

西北工大水下仿生與流動控制科技創新團隊編寫的《水動力學》寫旨在為高等院校相關專業的學生以及從事海洋工程設計、研究和應用的工程技術人員提供一部系統、全面且實用的水動力學教材。在編寫過程中，我們充分借鑒了國內外眾多經典教材的編寫經驗，結合我國海洋工程領域的實際需求，力求內容豐富、結構合理、深入淺出，既有扎實的理論介紹，又緊密聯系工程實踐。

水動力學

杜 鵬 陳效鵬 文 俊 胡海豹 著

北京 : 科學出版社 , 2025. 10

ISBN 978-7-03-082902-3

本書內容涵蓋了水動力學的基本概念、研究方法、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多個方面。在基礎理論部分，我們詳細闡述了流體力學的基本原理和控制方程，為后續內容的學習奠定堅實的理論基礎；在應用技術部分，重點介紹了水動力數值模擬技術、勢流理論和水波動力學，這些內容不僅反映了當前水動力學領域的最新研究成果，而且為解決實際工程問題提供了有效的技術手段；在工程應用和實驗技術部分，深入探討了海洋工程中的水動力現象及實驗技術，旨在培養學生的實踐能力和創新思維。

本書的編寫參考了國內外大量經典教材和最新研究成果，力求內容全面、結構合理、深入淺出。編寫團隊由長期從事水動力學教學與科研工作的專家學者組成，他們在各自的領域都有著扎實的基礎和豐富的經驗，在編寫過程中，團隊成員充分發揮各自的專業優勢，經過多次研討和修改，最終形成了這部凝聚集體智慧的教材。

內容節選-1.5

水動力學的主要應用和發展趨勢

水動力學是一門應用科學，所研究的課題皆來自生產實踐，與工程技術密切相關，主要應用領域如下。

一是水利和水電工程，其是歷史最久的工程科學之一。防洪工程中需要確定防洪庫容、泄洪容量、堤頂高程等數據；洪水預報需要知道洪水運行規律；工業發展必須防止對河流的污染，這些問題都能從明槽水流的研究中得到解決。通過高壩下泄的滲氣水流具有很大的動能，會引起沖刷；多沙河流的河道、河口以及水庫的淤積，可能影響航道或使已建的工程喪失作用，這些問題可通過對泥沙運動的研究獲得解決辦法。建造水力發電站和抽水工程時，需要研究水力機械發生振動的條件、啟閉過程中的特性變化，主要防止或減少空蝕破壞，這些方面都是水動力學的研究內容。

水利工程(a) 和抽水工程(b)

二是船舶工程。由于造船技術的需要，古代已對船舶力學有一定的認識。船舶運動阻力和航行安全性，始終是船舶工程中的關鍵問題，長期以來研究的螺旋槳推進力、興波阻力、附加質量、適航性等都是為了解決這些問題的。造船技術的革新，水翼船、氣墊船、新型水下航行器等的出現，對水動力學提出了更高的要求。在水中高速運行的水翼、水下航行器等產生的空泡流，快艇、水上飛機在水面上的滑行，船舶、閘門、管道等彈性體的振動，水面艦船、水下航行體等所產生的水動力噪聲等都是水動力學的重要研究課題。

船舶(a) 和水下航行器(b)

三是近代武器。潛艇、魚雷、反潛導彈等是和水動力學研究密切相關的武器。水下發射引起出水的研究；魚雷、反潛導彈、航天飛船的儀器艙和座艙的入水引起撞水和入水的研究。

潛艇發射魚雷(a) 和潛射導彈(b)

當然還有其他應用，比如機械工程中的潤滑和液壓傳動，核電站工程中的水氣兩相流，海岸工程中的潮流作用，海上采油工程中的波浪問題等，皆是水動力學的研究課題。

流動測試傳感器(a) 和超算(b)

現代水動力學和過去相比，其研究方法也有顯著的進步與變化。實驗技術的現代化允許我們更多地研究水流運動的內部機理和更為復雜的流動現象，計算機技術的飛速發展、計算流體力學(CFD) 的建立為水動力學的研究開辟了新途徑，對于水動力學的發展產生深遠的影響。新型傳感器設計、先進實驗技術、高精度數值模擬方法、高性能計算技術等將是未來水動力學領域的重要發展方向。

然而，水動力學是一門不斷發展和創新的學科，本書的出版只是一個新的起點。與本教材對應已建設好線上課程平臺，歡迎訪問學習https://coursehome.zhihuishu.com/courseHome/1000107509（或點擊文末“閱讀原文”訪問）。我們希望本書能夠為讀者提供一個學習和研究水動力學的平臺，幫助他們在這一領域取得更多的成果。同時，我們也期待本書能夠激發更多學者和工程技術人員對水動力學的興趣，共同推動這一學科的發展。

最后，我們要感謝所有為本書出版提供支持和幫助的單位和個人。希望本書能夠為水動力學的教學和研究貢獻一份力量，為我國海洋工程事業的發展培養出更多優秀的專業人才。

本文摘編自《水動力學》（杜鵬等著. 北京 : 科學出版社, 2025. 10）一書“前言”“第1 章緒論”“后記”，有刪減修改，標題為編者所加。

ISBN 978-7-03-082902-3

責任編輯: 趙敬偉 楊 探

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。

本書適合作為高等院校海洋工程、水利工程、船舶工程等相關專業的本科生和研究生教材，也可供從事海洋工程設計、研究和應用的工程技術人員參考。

（本文編輯：劉四旦）

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