流體力學（清華大學張兆順54講） PPT課件 1

王乾蒙民偉科技大樓（至善路）北樓N-70415011258368(M),wangqian_hust@163.com

緒論2.流體力學的研究對象和內(nèi)容3.流體力學的發(fā)展史4.流體力學的研究方法1.本課程的主要內(nèi)容2023/4/635.本課程的預備知識本課程的主要內(nèi)容2023/4/64定位：專業(yè)基礎課注重流體力學基本概念、原理和分析方法內(nèi)容：流體力學的基本原理和分析方法緒論

2

流體的物理性質(zhì) 4流體運動學 8流體動力學基本原理 8理想流體動力學 12氣體力學基礎 12粘性流體動力學基礎 12上半學期（期中測驗）

本課程的主要內(nèi)容5學時：共64學時（十一放4學時）

授課58（期中考試2、專題課

2?）

教材及參考書

-《流體力學》，張兆順、崔桂香，清華大學出版社

-《流體力學理論例題與習題》，朱之墀、王希麟，清華大學出版社

-《Anintroductiontofluidmechanics》,G.K.Batchelor,CambridgeUniversityPress

-《張量算法簡明教程》，呂盤明，中國科大出版社-《矢量分析與場輪》，謝樹藝，高等教育出版社成績：作業(yè)10%、期中40%，期末50%方式：上課、作業(yè)、考試；

根據(jù)研究課題，可提交研究報告(10%)+期末40%緒論2.流體力學的研究對象和內(nèi)容3.流體力學的發(fā)展史4.流體力學的研究方法1.本課程的主要內(nèi)容2023/4/665.本課程的預備知識流體力學的研究對象和內(nèi)容流體力學是什么？研究流體（液體和氣體）的運動規(guī)律及其和周圍物體的相互作用；研究對象物質(zhì)狀態(tài)固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)、等離子態(tài)和超固態(tài)牛頓流體空氣、水、油、血液…研究內(nèi)容流體運動規(guī)律及其和周圍物體的相互作用流動現(xiàn)象在自然界中非常普遍，流體力學的內(nèi)容非常廣泛。例如：環(huán)境、能源、運輸、生物醫(yī)學……2023/4/67颶風2023/4/68為何南北半球颶風旋轉(zhuǎn)方向不同？海嘯&海浪2023/4/69TSUNAMI：Japaneseterm(literallymeaning"bigwave")nowgenerallyusedforanunusual,verylargewaveorseriesofwaves.Tsunamisaregeneratedeitherbysubmarineearthquakes,bylandslidesorbyeffectsofvolcaniceruptions(suchasthecollapseofacalderainthesea).Tsunamishavelongwavelengthsandsmallwaveheightsontheopensea.Aswaterdepthdecreasesnearlandthewavelengthdiminishesandthewaveheightincreasesdramaticallywhichmayleadtocatastrophicfloodingofcoastalareas.Tsunamismaydeceivecoastalresidentsinthatawavetroughmayaarrivebeforethefirstwavecrest.？能源開發(fā)利用2023/4/610交通運輸2023/4/611生物醫(yī)學2023/4/612緒論2.流體力學的研究對象和內(nèi)容3.流體力學的發(fā)展史4.流體力學的研究方法1.本課程的主要內(nèi)容2023/4/6135.本課程的預備知識流體力學的發(fā)展史十七世紀中葉前，流動現(xiàn)象的樸素直觀認識墨翟（公元前468-376，戰(zhàn)國初）

--《墨經(jīng)》，記載了浮力現(xiàn)象阿基米德（公元前287-212）沈括（公元1031-1095，北宋）--《浮漏儀》，“漏壺渴鳥”

（虹吸現(xiàn)象）達·芬奇（公元1452-1519）

--簡單的流體機械，流體中的漩渦2023/4/614流體力學的發(fā)展史2023/4/615十七世紀末到十九世紀末，初步形成獨立學科伽利略（1564-1642）

--實驗流體力學，流體中物體運動阻力

歐拉、伯努力（十八世紀）

--流體力學形成獨立學科

達朗貝爾佯謬

--在造船與航空工業(yè)中提出了摩擦阻力問題

--發(fā)現(xiàn)了理論分析和實驗之間存在的矛盾流體力學的發(fā)展史2023/4/616二十世紀近代流體力學發(fā)展時期，分為兩個階段

20世紀初到50年代--以空氣動力學為主的時期：主要標志和成就機翼理論：正確解釋飛行原理，飛機的升力是怎樣產(chǎn)生的，開辟了人類飛行時代；邊界層理論（普朗特）：正確解釋流動阻力的產(chǎn)生；突破音障：飛機接近音速時強烈振動；預言熱障：激波流體力學的發(fā)展史2023/4/61720世紀50年代以來--應用科學時代人們相信：復雜流動現(xiàn)象可以通過流體力學原理來預測和控制除“空氣動力學”和“水動力學”外，還發(fā)展了地球物理流體力學：大氣、海洋；氣體力學：高速空氣動力學；水波動力學：波和堤岸、海洋平臺的相互作用；滲流力學生物流體力學工業(yè)流體力學非牛頓流體力學、流變學運動流體力學？流體力學的發(fā)展史2023/4/618目前流體力學的發(fā)展重點復雜流動的預測和控制復雜介質(zhì)：兩相、多相流體，高分子、高稠度非牛頓流體，超高溫氣體，有化學反應的介質(zhì)；復雜流態(tài)： 湍流、多物理場耦合流動；復雜幾何邊界： 飛機整機計算，多級透平整機計算;緒論2.流體力學的研究對象和內(nèi)容3.流體力學的發(fā)展史4.流體力學的研究方法1.本課程的主要內(nèi)容2023/4/6195.本課程的預備知識流體力學的研究方法2023/4/620理論研究建立流動模型建立正確可解方程和邊界條件（數(shù)學上困難）實驗研究認識流動、發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象模化實際流動（受環(huán)境限制，普適性差）數(shù)值研究(20世紀50年代以后逐漸發(fā)展)利用數(shù)值計算模擬、預測流動，驗證理論（對復雜且缺乏完善數(shù)學模型的問題不適用）緒論2.流體力學的研究對象和內(nèi)容3.流體力學的發(fā)展史4.流體力學的研究方法1.本課程的主要內(nèi)容2023/4/6215.本課程的預備知識本課程的預備知識2023/4/622向量和張量的表示坐標：正交坐標基單位矢量：向量：張量：愛因斯坦求和約定并矢：本課程的預備知識2023/4/623克羅內(nèi)克爾δ符號置換符號i,j,k中至少有兩個相同i,j,k排列順序為123123。。。i,j,k排列順序為321321。。。本課程的預備知識2023/4/624哈密爾頓算子梯度散度標量的梯度是向量向量的梯度是二階張量本課程的預備知識2023/4/625應用舉例本課程的預備知識2023/4/626高斯公式（體積分與面積分的轉(zhuǎn)換關系）斯托克斯公式（面積分與線積分的轉(zhuǎn)換關系）課后作業(yè)2023/4/6