流體力學(xué)（清華大學(xué)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(xué)的研究對(duì)象和內(nèi)容3.流體力學(xué)的發(fā)展史4.流體力學(xué)的研究方法1.本課程的主要內(nèi)容2023/4/635.本課程的預(yù)備知識(shí)本課程的主要內(nèi)容2023/4/64定位：專業(yè)基礎(chǔ)課注重流體力學(xué)基本概念、原理和分析方法內(nèi)容：流體力學(xué)的基本原理和分析方法緒論

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流體的物理性質(zhì) 4流體運(yùn)動(dòng)學(xué) 8流體動(dòng)力學(xué)基本原理 8理想流體動(dòng)力學(xué) 12氣體力學(xué)基礎(chǔ) 12粘性流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 12上半學(xué)期（期中測(cè)驗(yàn)）

本課程的主要內(nèi)容5學(xué)時(shí)：共64學(xué)時(shí)（十一放4學(xué)時(shí)）

授課58（期中考試2、專題課

2?）

教材及參考書(shū)

-《流體力學(xué)》，張兆順、崔桂香，清華大學(xué)出版社

-《流體力學(xué)理論例題與習(xí)題》，朱之墀、王希麟，清華大學(xué)出版社

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

-《張量算法簡(jiǎn)明教程》，呂盤明，中國(guó)科大出版社-《矢量分析與場(chǎng)輪》，謝樹(shù)藝，高等教育出版社成績(jī)：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(bào)告(10%)+期末40%緒論2.流體力學(xué)的研究對(duì)象和內(nèi)容3.流體力學(xué)的發(fā)展史4.流體力學(xué)的研究方法1.本課程的主要內(nèi)容2023/4/665.本課程的預(yù)備知識(shí)流體力學(xué)的研究對(duì)象和內(nèi)容流體力學(xué)是什么？研究流體（液體和氣體）的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其和周圍物體的相互作用；研究對(duì)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?jī)?nèi)容流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其和周圍物體的相互作用流動(dòng)現(xiàn)象在自然界中非常普遍，流體力學(xué)的內(nèi)容非常廣泛。例如：環(huán)境、能源、運(yùn)輸、生物醫(yī)學(xué)……2023/4/67颶風(fēng)2023/4/68為何南北半球颶風(fēng)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(kāi)發(fā)利用2023/4/610交通運(yùn)輸2023/4/611生物醫(yī)學(xué)2023/4/612緒論2.流體力學(xué)的研究對(duì)象和內(nèi)容3.流體力學(xué)的發(fā)展史4.流體力學(xué)的研究方法1.本課程的主要內(nèi)容2023/4/6135.本課程的預(yù)備知識(shí)流體力學(xué)的發(fā)展史十七世紀(jì)中葉前，流動(dòng)現(xiàn)象的樸素直觀認(rèn)識(shí)墨翟（公元前468-376，戰(zhàn)國(guó)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(niǎo)”

（虹吸現(xiàn)象）達(dá)·芬奇（公元1452-1519）

--簡(jiǎn)單的流體機(jī)械，流體中的漩渦2023/4/614流體力學(xué)的發(fā)展史2023/4/615十七世紀(jì)末到十九世紀(jì)末，初步形成獨(dú)立學(xué)科伽利略（1564-1642）

--實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)，流體中物體運(yùn)動(dòng)阻力

歐拉、伯努力（十八世紀(jì)）

--流體力學(xué)形成獨(dú)立學(xué)科

達(dá)朗貝爾佯謬

--在造船與航空工業(yè)中提出了摩擦阻力問(wèn)題

--發(fā)現(xiàn)了理論分析和實(shí)驗(yàn)之間存在的矛盾流體力學(xué)的發(fā)展史2023/4/616二十世紀(jì)近代流體力學(xué)發(fā)展時(shí)期，分為兩個(gè)階段

20世紀(jì)初到50年代--以空氣動(dòng)力學(xué)為主的時(shí)期：主要標(biāo)志和成就機(jī)翼理論：正確解釋飛行原理，飛機(jī)的升力是怎樣產(chǎn)生的，開(kāi)辟了人類飛行時(shí)代；邊界層理論（普朗特）：正確解釋流動(dòng)阻力的產(chǎn)生；突破音障：飛機(jī)接近音速時(shí)強(qiáng)烈振動(dòng)；預(yù)言熱障：激波流體力學(xué)的發(fā)展史2023/4/61720世紀(jì)50年代以來(lái)--應(yīng)用科學(xué)時(shí)代人們相信：復(fù)雜流動(dòng)現(xiàn)象可以通過(guò)流體力學(xué)原理來(lái)預(yù)測(cè)和控制除“空氣動(dòng)力學(xué)”和“水動(dòng)力學(xué)”外，還發(fā)展了地球物理流體力學(xué)：大氣、海洋；氣體力學(xué)：高速空氣動(dòng)力學(xué)；水波動(dòng)力學(xué)：波和堤岸、海洋平臺(tái)的相互作用；滲流力學(xué)生物流體力學(xué)工業(yè)流體力學(xué)非牛頓流體力學(xué)、流變學(xué)運(yùn)動(dòng)流體力學(xué)？流體力學(xué)的發(fā)展史2023/4/618目前流體力學(xué)的發(fā)展重點(diǎn)復(fù)雜流動(dòng)的預(yù)測(cè)和控制復(fù)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(xué)反應(yīng)的介質(zhì)；復(fù)雜流態(tài)： 湍流、多物理場(chǎng)耦合流動(dòng)；復(fù)雜幾何邊界： 飛機(jī)整機(jī)計(jì)算，多級(jí)透平整機(jī)計(jì)算;緒論2.流體力學(xué)的研究對(duì)象和內(nèi)容3.流體力學(xué)的發(fā)展史4.流體力學(xué)的研究方法1.本課程的主要內(nèi)容2023/4/6195.本課程的預(yù)備知識(shí)流體力學(xué)的研究方法2023/4/620理論研究建立流動(dòng)模型建立正確可解方程和邊界條件（數(shù)學(xué)上困難）實(shí)驗(yàn)研究認(rèn)識(shí)流動(dòng)、發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象模化實(shí)際流動(dòng)（受環(huán)境限制，普適性差）數(shù)值研究(20世紀(jì)50年代以后逐漸發(fā)展)利用數(shù)值計(jì)算模擬、預(yù)測(cè)流動(dòng)，驗(yàn)證理論（對(duì)復(fù)雜且缺乏完善數(shù)學(xué)模型的問(wèn)題不適用）緒論2.流體力學(xué)的研究對(duì)象和內(nèi)容3.流體力學(xué)的發(fā)展史4.流體力學(xué)的研究方法1.本課程的主要內(nèi)容2023/4/6215.本課程的預(yù)備知識(shí)本課程的預(yù)備知識(shí)2023/4/622向量和張量的表示坐標(biāo)：正交坐標(biāo)基單位矢量：向量：張量：愛(ài)因斯坦求和約定并矢：本課程的預(yù)備知識(shí)2023/4/623克羅內(nèi)克爾δ符號(hào)置換符號(hào)i,j,k中至少有兩個(gè)相同i,j,k排列順序?yàn)?23123。。。i,j,k排列順序?yàn)?21321。。。本課程的預(yù)備知識(shí)2023/4/624哈密爾頓算子梯度散度標(biāo)量的梯度是向量向量的梯度是二階張量本課程的預(yù)備知識(shí)2023/4/625應(yīng)用舉例本課程的預(yù)備知識(shí)2023/4/626高斯公式（體積分與面積分的轉(zhuǎn)換關(guān)系）斯托克斯公式（面積分與線積分的轉(zhuǎn)換關(guān)系）課后作業(yè)2023/4/6