流体力学-1-1课件

大气流体力学成都信息工程学院，大气科学学院

王伟

大气流体力学联系方式：Email：wei2009@办公室：气象楼304室教师课件密码：12345607二月20232

大气流体力学考核方式：平时成绩20%；考勤；作业期末考试80%07二月20233

考勤几点要求按时上课，不迟到早退；保持良好的课堂纪律；上课认真听讲，做好随堂笔记；按时保量完成作业；07二月2023407二月20235学习流体力学的要求必须掌握流体力学的基本概念；理解和掌握流体力学的一些重要的物理过程，建立流体力学主要物理过程的物理图像；掌握处理流体力学的主要的数学方法；……07二月20236怎样学好流体力学要做到理论联系实践认真阅读教材适当的进行一些习题演练

大气流体力学流体：具有流动性，形状易变的物体（如：水，空气），不同于固体（刚体），是液体和气体的统称。流体力学：研究流体运动规律以及流体和固体间相互作用的科学（不同于研究刚体的“理论力学”）。地球物理流体（动）力学：以与地球相联系的大气、海洋、河流等为主要研究对象的流体力学，简称地球流体力学。大气流体力学（FluidMechanicsoftheAtmosphere）：以大气为主要研究对象的流体力学。07二月20237引言一、流体力学的研究对象流体力学是力学的一个分支，它以流体为研究对象，是研究流体运动规律--宏观运动规律，以及流体与固体之间相互作用规律的一门学科。水－－液体空气－－气体流体地球流体海洋大气07二月20238流体力学的基本内容流体运动时对处于其中的其他物体产生的影响和作用如何？流体的运动规律如何？问题：①

理论方法二、研究方法理论流体力学流体性质和流动特性的主要因素宏观物理模型或理论模型控制流体运动的闭合方程组流动问题转化为数学问题问题的求解物理规律数学07二月20239

存在问题

流体运动方程组通常为包含非线性项的微分方程所构成。由于数学上求解的困难，许多实际流动问题难以精确求解。

07二月202310②

计算方法（数值方法）通过把流场划分为许多微小的网格或区域，在各个网格点或各小区域中求支配流动方程的近似解，通过数值计算的方法，近似求解运动运动方程组，最终得到方程数值解。计算流体力学计算机技术的高速发展数值方法研究流体运动07二月202311②计算方法（数值方法）07二月202312例如，考虑一维的线性发展方程，求出下一时刻的F值存在问题：

数值方法求解其适用范围受数学模型的正确性、计算精度和计算机性能所限制。

②

计算方法（数值方法）07二月202313③实验方法：主要通过设计实验，对实际流动问题进行模拟，并通过对具体流体运动的观察和测量来归纳流体运动规律。这种方法通常用来验证理论分析和研究的结果，但是又必须在理论的指导下进行的。实验流体力学存在问题：

从实验中得到的经验公式的普适性较差。④数值模拟07二月202314三、流体力学的发展史第一阶段：萌芽阶段

B.C.250年阿基米德<<论浮体>>（是古代第一部流体静力学著作，阿基米德因此而被尊为流体静力学的创始人）C.1500年达芬奇<<论水的运动和水的测量>>

特点:感性认识的基础07二月202315第二阶段：奠定了作为一门独立学科的基础阶段

16世纪中叶——17世纪中叶：偏重于流体静力学17世纪中叶——18世纪中叶：1687年牛顿的黏性流体内摩擦定律1738年伯努利<<水动力学>>,基本概念1755年欧拉<<流体运动的一般原理>>,理流方程第三阶段：沿着古典流体力学和水力学两条道路发展18世纪中叶——19世纪末古典流体力学：欧拉提出理想流体

1826年纳维提出黏性流体运动微分方程水力学：达西与魏斯巴赫沿程水头损失公式第四阶段：发展成为近代流体力学阶段（19世纪末至今）

理论与实验密切结合：雷诺于1882年提出相似原理加速理论与实验的结合、理论与生产实践密切联系1904年普朗特提出光辉的边界层理论07二月202317四、应用流体力学与人类生活、工农业生产密切相关，广泛涉及工程技术和科学研究的各个领域，特别是与大气科学密切相关，已渗透到大气科学的各个领域，成为大气科学的重要的理论依据。地球上的大气和海洋是最常见的自然流体，因而相应地形成了地球物理流体力学。研究大气和海洋运动规律的动力气象学、动力气候学和动力海洋学，都是流体力学领域中的不同分支，而流体力学是大气科学的重要的基础理论之一。后续相关专业课程：动力气象学、数值天气预报等。07二月202318流体力学的工程应用07二月202319由于空气动力学的发展，人类研制出3倍声速的战斗机。07二月202320由于空气动力学的发展，人类研制出3倍声速的战斗机。07二月202321使重量超过3百吨，面积达半个足球场的大型民航客机，靠空气的支托象鸟一样飞行成为可能，创造了人类技术史上的奇迹。07二月202322时速达200公里的新型地效艇等，它们的设计都建立在水动力学，船舶流体力学的基础之上。07二月202323利用超高速气体动力学，物理化学流体力学和稀薄气体力学的研究成果，人类制造出航天飞机，建立太空站，实现了人类登月的梦想。07二月202324航速达30节，深潜达数百米的核动力潜艇；07二月202325排水量达50万吨以上的超大型运输船；07二月202326用翼栅及高温，化学，多相流动理论设计制造成功大型气轮机，水轮机，涡喷发动机等动力机械，为人类提供单机达百万千瓦的强大动力。07二月202327用翼栅及高温，化学，多相流动理论设计制造成功大型气轮机，水轮机，涡喷发动机等动力机械，为人类提供单机达百万千瓦的强大动力。07二月202328大型水利枢纽工程，超高层建筑，大跨度桥梁等的设计和建造离不开水力学和风工程。07二月202329发展更快更安全更舒适的交通工具；07二月20233007二月202331气象科学环境工程07二月202332灾害预报与控制；07二月20233307二月202334海洋学07二月202335天文学流体力学需要与其他学科交叉，如工程学，地学，天文学，物理学，材料科学，生命科学等，在学科交叉中开拓新领域，建立新理论，创造新方法。07二月202336流体力学需要与其他学科交叉，如工程学，地学，天文学，物理学，材料科学，生命科学等，在学科交叉中开拓新领域，建立新理论，创造新方法。07二月202337五、课程性质和学习目标课程性质：专业基础课，是学习气象、环境等地球物理学科的基础。学习目标：理解和掌握流体力学的基本概念、方法。07二月202338参考书目王宝瑞