流体力学-习题课

课程编码：BXT1112006Y-01 英文名称：Fluid Mechanics 课时：40 学分：2.00 课程属性：专业课 主讲教师：余永亮

流体力学是现代力学的重要分支，也是许多学科的重要基础课程。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。课程要求学生熟悉流体及相关的基本概念，掌握流体物理的建模和分析方法，并要求学生能综合运用所学知识分析和解决流体力学相关问题。本课程可供力学、热物理、大气科学、物理、海洋、资源环境等学科的本科生学习。

数学分析、线性代数、数理方法(复变函数、数理方程)

主要内容：

第一章 流体力学的基本概念（共计2学时）

自然界和工程中的流体、流体力学发展史，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，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) ，质量力与表面力。

第二章 流体运动学（共计4学时）

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)，流场中的速度分解，涡量，涡量场，涡线、涡管、涡通量，涡管强度及守恒定理。

第三章 流体动力学（共计6学时）

控制体，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)，本构关系，状态方程，流体力学方程组及定解条件，正交曲线坐标系，量纲分析与流动相似理论，流体力学中的无量纲量及其物理意义、相似原理的应用。流体静力学。

第四章 粘性不可压缩流动（共计4学时）

控制方程及定解条件，定常的平行剪切流动(Couette流动、Poiseuille流动等)，非定常的平行剪切流动(Stokes第一和第二问题、管道流动的起动问题)，圆对称的平面粘性流动(圆柱Couette流及其起动过程)，小雷诺数粘性流动。

第五章 层流边界层和湍流（共计4学时）

边界层的概念，层流边界层方程(Blasius平板边界层)，边界层的分离，湍流的发生，层流到湍流的转捩，雷诺方程和雷诺应力。

第六章 无粘不可压缩无旋流动（共计4学时）

无粘流动的控制方程，Bernoulli方程，Bernoulli方程和动量定理的应用，无粘不可压缩流动控制方程及定解条件，势函数及无旋流动的性质，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)，无旋轴对称流动，非定常无旋流动。

第七章 液体表面波（共计4学时）

控制方程(小振幅水波) 及定解条件，平面单色波，水波的色散和群速度，水波的能量及其传输，速度与压力场特性，表面张力波及分层流体的重力内波，非线性水波理论。

第八章 气体动力学（共计8学时）

声速和马赫数，膨胀波、弱压缩波的形成及其特点；一维定常流动(绝热流和等熵流、变截面管等熵流、等截面绝热摩擦管流) 、Laval喷管；激波与膨胀波(正激波和斜激波、反射与相互作用)，爆轰波；一维非定常均熵流动、有间断面的气体流动；理想可压缩定常流的数学方法；跨声速流动特征。

第九章 流体力学专题（共计4学时）

旋涡运动：涡量动力学方程和涡量的产生，涡量场(空间特性、时间特性)，典型的涡模型。非牛顿流体与磁流体：非牛顿流体的本构关系（幂律模型，宾汉模型，卡森模型，结构粘性模型，粘弹性模型），电磁场中导电流体的流动特性。

章节/学时分配	讲课	习题课	实验课	上机课	讨论课	其它
第一章	2	0
第二章	4	2
第三章	6	2
第四章	4	2
第五章	4	2
第六章	4	2
第七章	4	2
第八章	8	4
第九章	4	2
合计	40	18

本课程可供力学、热物理、大气科学、物理、海洋、资源环境等学科的本科生学习。通过课程内容知识的教学，培养学生追求真理，探索科学精神，学会认识问题、分析问题，找到解决问题的途径，掌握科学研究的方法，引领学生形成正确的科学观和价值观。

庄礼贤, 尹协远, 马晖扬. 流体力学(第二版). 中国科学技术大学出版社，2009

1.Herbert Oertel. Prandtl-Essentials of Fluid Mechanics, 3rd Ed. Springer, 2010
2.周光炯、严宗毅等，流体力学(上下册)，高等教育出版社，2000
3.吴望一，流体力学(上下册)，北京大学出版社，1983
4.Landau, L. D. & Lifshitz, E.M. Fluid Mechanics. Reprinted by Beijing World Publishing Corporation, 1999
5.童秉纲等. 气体动力学. 高等教育出版社, 北京, 1996
6.J.D. Anderson, Jr. Modern Compressible Flow: With Historical Perspective. McGraw-Hill, New York, 2003

余永亮，中国科学院大学教授。一直从事流体力学相关的科研和教学工作，主要的研究方向为动物飞行和游动的生物运动力学、非定常流动与涡运动、流动控制，以及空气动力学和气动热力学等。获得过中国力学自然科学二等奖，入选了中国科学院“拔尖青年科学家”计划。近十多年来，主讲过《流体力学导论》、《高等流体力学》、《旋涡运动基础》、《自然界和工程中的涡》等课程。现为空气动力学学会理事，《气体物理》、《空气动力学学报》和《实验流体力学》编委委员。