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流体力学导论  111M1011H

学期:2016-2017学年秋 | 课程属性:一级学科核心课 | 任课教师:刘秋生等
课程编号: 111M1011H 课时: 60 学分: 4.0
课程属性: 一级学科核心课 主讲教师:刘秋生等
英文名称: Introduction to Fluid Dynamics

教学目的、要求

本课程为“工程力学”专业研究生的核心课,也可作为“一般力学与力学基础”专业研究生的专业普及课。主要讲授流体力学的基本概念、运动学和动力学特征,以及基本流动的物理模型,同时介绍流体力学研究的前沿问题和发展趋势。通过学习,要求熟悉流体力学概念,掌握其基本分析方法。本课程可供力学、大气科学、物理、海洋、资源环境等学科的研究生学习。

预修课程

理论力学、场论、数学物理方法、复变函数

教 材

周光炯、严宗毅等,流体力学(上下册),高等教育出版社,2000 吴望一,流体力学(上下册),北京大学出版社,1983 庄礼贤、尹协远、马晖扬,流体力学,第2版,中国科学技术大学出版社,2009

主要内容

第一章 流体力学基本概念(共计8学时)
4学时:固、液、气体的宏观性质与微观结构,连续介质假设及其适用条件;
4学时:流体的物理性质(粘性、可压缩性与热膨胀性、输运性质、表面张力与毛细现象);

第二章 流体运动学(共计8学时)
4学时(教学重点):流体运动的描述(拉格朗日描述与欧拉描述及其间的联系、物质导数与随体导数、迹线、流线及脉线); 
3学时(教学重点):流场中的速度分解;
1学时:涡量及涡量场描述(涡线、涡管、涡通量);

第三章 流体动力学 (共计8学时)
4学时(教学重点与难点):连续性方程(雷诺输运定理),动量方程(流体的受力、应力张量),能量方程(热力学定律);
2学时:状态方程,流体力学方程组及定解条件;
2学时:正交曲线坐标系,量纲分析与流动相似理论;

第四章 流体静力学 (共计2学时)
2学时:控制方程、液体静力学规律、自由面的形状、非惯性坐标系中的静止液体;

第五章 无粘流动的一般理论 (共计4学时)
2学时(教学重点):无粘流动的控制方程、Bernoulli方程;
2学时:Bernoulli方程和动量定理的应用;

第六章 无粘不可压缩流体的无旋流动 (共计10学时)
1学时:控制方程及定解条件;
2学时(教学难点):势函数及无旋流动的性质;
6学时(教学重点与难点):平面定常无旋流动(流函数、源汇、点涡、偶极子、镜像法、保角变换);
1学时:轴对称无旋流动;

第七章 粘性不可压缩流动 (共计8学时)
2学时(教学重点与难点):控制方程及定解条件;
2学时:定常平行剪切流动(Couette流动、Poiseuille流动等);
2学时(教学重点):非定常平行剪切流动(Stokes第一和第二问题、管道流动的起动问题);
2学时:圆对称平面粘性流动(圆柱Couette流及其起动过程),小雷诺数粘性流动;

第八章 对流流动 (共计4学时)
2学时(教学重点):热对流(Rayleigh-Benard对流、对流传热);
2学时:双扩散对流;

第九章 界面流体动力学 (共计8学时)
1学时:流体界面现象与界面区域;
4学时(教学重点与难点):液层与薄液膜(润滑理论、自由界面、热毛细效应、双层流体等);
3学时:接触角(线),浸润与铺展。

教学手段与方法:课堂讲授,多媒体与板书相结合

考核方式:闭卷笔试

参考文献

Prandtl, L, Oswatitsch, K, Wieghardt, K. 流体力学概论(中译本), 1984
Batchelor, G. K. An Introduction to Fluid Dynamics. Cambridge University Press. 1994 (流体动力学引论,中译本,1997)
Landau, L. D. & Lifshitz, E.M. Fluid Mechanics. Reprinted by Beijing World Publishing Corporation, 1999

授课时间: 星期四, 第5、6、7节
授课地点: 教1-107
授课周次: 2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20

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