流體力學(xué)-1-1課件

大氣流體力學(xué)成都信息工程學(xué)院，大氣科學(xué)學(xué)院

王偉

大氣流體力學(xué)聯(lián)系方式：Email：wei2009@辦公室：氣象樓304室教師課件密碼：12345607二月20232

大氣流體力學(xué)考核方式：平時成績20%；考勤；作業(yè)期末考試80%07二月20233

考勤幾點要求按時上課，不遲到早退；保持良好的課堂紀律；上課認真聽講，做好隨堂筆記；按時保量完成作業(yè)；07二月2023407二月20235學(xué)習流體力學(xué)的要求必須掌握流體力學(xué)的基本概念；理解和掌握流體力學(xué)的一些重要的物理過程，建立流體力學(xué)主要物理過程的物理圖像；掌握處理流體力學(xué)的主要的數(shù)學(xué)方法；……07二月20236怎樣學(xué)好流體力學(xué)要做到理論聯(lián)系實踐認真閱讀教材適當?shù)倪M行一些習題演練

大氣流體力學(xué)流體：具有流動性，形狀易變的物體（如：水，空氣），不同于固體（剛體），是液體和氣體的統(tǒng)稱。流體力學(xué)：研究流體運動規(guī)律以及流體和固體間相互作用的科學(xué)（不同于研究剛體的“理論力學(xué)”）。地球物理流體（動）力學(xué)：以與地球相聯(lián)系的大氣、海洋、河流等為主要研究對象的流體力學(xué)，簡稱地球流體力學(xué)。大氣流體力學(xué)（FluidMechanicsoftheAtmosphere）：以大氣為主要研究對象的流體力學(xué)。07二月20237引言一、流體力學(xué)的研究對象流體力學(xué)是力學(xué)的一個分支，它以流體為研究對象，是研究流體運動規(guī)律--宏觀運動規(guī)律，以及流體與固體之間相互作用規(guī)律的一門學(xué)科。水－－液體空氣－－氣體流體地球流體海洋大氣07二月20238流體力學(xué)的基本內(nèi)容流體運動時對處于其中的其他物體產(chǎn)生的影響和作用如何？流體的運動規(guī)律如何？問題：①

理論方法二、研究方法理論流體力學(xué)流體性質(zhì)和流動特性的主要因素宏觀物理模型或理論模型控制流體運動的閉合方程組流動問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題問題的求解物理規(guī)律數(shù)學(xué)07二月20239

存在問題

流體運動方程組通常為包含非線性項的微分方程所構(gòu)成。由于數(shù)學(xué)上求解的困難，許多實際流動問題難以精確求解。

07二月202310②

計算方法（數(shù)值方法）通過把流場劃分為許多微小的網(wǎng)格或區(qū)域，在各個網(wǎng)格點或各小區(qū)域中求支配流動方程的近似解，通過數(shù)值計算的方法，近似求解運動運動方程組，最終得到方程數(shù)值解。計算流體力學(xué)計算機技術(shù)的高速發(fā)展數(shù)值方法研究流體運動07二月202311②計算方法（數(shù)值方法）07二月202312例如，考慮一維的線性發(fā)展方程，求出下一時刻的F值存在問題：

數(shù)值方法求解其適用范圍受數(shù)學(xué)模型的正確性、計算精度和計算機性能所限制。

②

計算方法（數(shù)值方法）07二月202313③實驗方法：主要通過設(shè)計實驗，對實際流動問題進行模擬，并通過對具體流體運動的觀察和測量來歸納流體運動規(guī)律。這種方法通常用來驗證理論分析和研究的結(jié)果，但是又必須在理論的指導(dǎo)下進行的。實驗流體力學(xué)存在問題：

從實驗中得到的經(jīng)驗公式的普適性較差。④數(shù)值模擬07二月202314三、流體力學(xué)的發(fā)展史第一階段：萌芽階段

B.C.250年阿基米德<<論浮體>>（是古代第一部流體靜力學(xué)著作，阿基米德因此而被尊為流體靜力學(xué)的創(chuàng)始人）C.1500年達芬奇<<論水的運動和水的測量>>

特點:感性認識的基礎(chǔ)07二月202315第二階段：奠定了作為一門獨立學(xué)科的基礎(chǔ)階段

16世紀中葉——17世紀中葉：偏重于流體靜力學(xué)17世紀中葉——18世紀中葉：1687年牛頓的黏性流體內(nèi)摩擦定律1738年伯努利<<水動力學(xué)>>,基本概念1755年歐拉<<流體運動的一般原理>>,理流方程第三階段：沿著古典流體力學(xué)和水力學(xué)兩條道路發(fā)展18世紀中葉——19世紀末古典流體力學(xué)：歐拉提出理想流體

1826年納維提出黏性流體運動微分方程水力學(xué)：達西與魏斯巴赫沿程水頭損失公式第四階段：發(fā)展成為近代流體力學(xué)階段（19世紀末至今）

理論與實驗密切結(jié)合：雷諾于1882年提出相似原理加速理論與實驗的結(jié)合、理論與生產(chǎn)實踐密切聯(lián)系1904年普朗特提出光輝的邊界層理論07二月202317四、應(yīng)用流體力學(xué)與人類生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān)，廣泛涉及工程技術(shù)和科學(xué)研究的各個領(lǐng)域，特別是與大氣科學(xué)密切相關(guān)，已滲透到大氣科學(xué)的各個領(lǐng)域，成為大氣科學(xué)的重要的理論依據(jù)。地球上的大氣和海洋是最常見的自然流體，因而相應(yīng)地形成了地球物理流體力學(xué)。研究大氣和海洋運動規(guī)律的動力氣象學(xué)、動力氣候?qū)W和動力海洋學(xué)，都是流體力學(xué)領(lǐng)域中的不同分支，而流體力學(xué)是大氣科學(xué)的重要的基礎(chǔ)理論之一。后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程：動力氣象學(xué)、數(shù)值天氣預(yù)報等。07二月202318流體力學(xué)的工程應(yīng)用07二月202319由于空氣動力學(xué)的發(fā)展，人類研制出3倍聲速的戰(zhàn)斗機。07二月202320由于空氣動力學(xué)的發(fā)展，人類研制出3倍聲速的戰(zhàn)斗機。07二月202321使重量超過3百噸，面積達半個足球場的大型民航客機，靠空氣的支托象鳥一樣飛行成為可能，創(chuàng)造了人類技術(shù)史上的奇跡。07二月202322時速達200公里的新型地效艇等，它們的設(shè)計都建立在水動力學(xué)，船舶流體力學(xué)的基礎(chǔ)之上。07二月202323利用超高速氣體動力學(xué)，物理化學(xué)流體力學(xué)和稀薄氣體力學(xué)的研究成果，人類制造出航天飛機，建立太空站，實現(xiàn)了人類登月的夢想。07二月202324航速達30節(jié)，深潛達數(shù)百米的核動力潛艇；07二月202325排水量達50萬噸以上的超大型運輸船；07二月202326用翼柵及高溫，化學(xué)，多相流動理論設(shè)計制造成功大型氣輪機，水輪機，渦噴發(fā)動機等動力機械，為人類提供單機達百萬千瓦的強大動力。07二月202327用翼柵及高溫，化學(xué)，多相流動理論設(shè)計制造成功大型氣輪機，水輪機，渦噴發(fā)動機等動力機械，為人類提供單機達百萬千瓦的強大動力。07二月202328大型水利樞紐工程，超高層建筑，大跨度橋梁等的設(shè)計和建造離不開水力學(xué)和風工程。07二月202329發(fā)展更快更安全更舒適的交通工具；07二月20233007二月202331氣象科學(xué)環(huán)境工程07二月202332災(zāi)害預(yù)報與控制；07二月20233307二月202334海洋學(xué)07二月202335天文學(xué)流體力學(xué)需要與其他學(xué)科交叉，如工程學(xué)，地學(xué)，天文學(xué)，物理學(xué)，材料科學(xué)，生命科學(xué)等，在學(xué)科交叉中開拓新領(lǐng)域，建立新理論，創(chuàng)造新方法。07二月202336流體力學(xué)需要與其他學(xué)科交叉，如工程學(xué)，地學(xué)，天文學(xué)，物理學(xué)，材料科學(xué)，生命科學(xué)等，在學(xué)科交叉中開拓新領(lǐng)域，建立新理論，創(chuàng)造新方法。07二月202337五、課程性質(zhì)和學(xué)習目標課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課，是學(xué)習氣象、環(huán)境等地球物理學(xué)科的基礎(chǔ)。學(xué)習目標：理解和掌握流體力學(xué)的基本概念、方法。07二月202338參考書目王寶瑞