大氣流體力學成都信息工程學院，大氣科學學院

王偉

大氣流體力學聯系方式：Email：wei2009@辦公室：氣象樓304室教師課件密碼：12345607二月20232

大氣流體力學考核方式：平時成績20%；考勤；作業期末考試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；07二月2023407二月20235學習流體力學的要求必須掌握流體力學的基本概念；理解和掌握流體力學的一些重要的物理過程，建立流體力學主要物理過程的物理圖像；掌握處理流體力學的主要的數學方法；……07二月20236怎樣學好流體力學要做到理論聯系實踐認真閱讀教材適當的進行一些習題演練

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

理論方法二、研究方法理論流體力學流體性質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化為數學問題問題的求解物理規律數學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成。由于數學上求解的困難，許多實際流動問題難以精確求解。

07二月202310②

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

數值方法求解其適用范圍受數學模型的正確性、計算精度和計算機性能所限制。

②

計算方法（數值方法）07二月202313③實驗方法：主要通過設計實驗，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律。這種方法通常用來驗證理論分析和研究的結果，但是又必須在理論的指導下進行的。實驗流體力學存在問題：

從實驗中得到的經驗公式的普適性較差。④數值模擬07二月202314三、流體力學的發展史第一階段：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著作，阿基米德因此而被尊為流體靜力學的創始人）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07二月202315第二階段：奠定了作為一門獨立學科的基礎階段

16世紀中葉——17世紀中葉：偏重于流體靜力學17世紀中葉——18世紀中葉：1687年牛頓的黏性流體內摩擦定律1738年伯努利<<水動力學>>,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：沿著古典流體力學和水力學兩條道路發展18世紀中葉——19世紀末古典流體力學：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：達西與魏斯巴赫沿程水頭損失公式第四階段：發展成為近代流體力學階段（19世紀末至今）

理論與實驗密切結合：雷諾于1882年提出相似原理加速理論與實驗的結合、理論與生產實踐密切聯系1904年普朗特提出光輝的邊界層理論07二月202317四、應用流體力學與人類生活、工農業生產密切相關，廣泛涉及工程技術和科學研究的各個領域，特別是與大氣科學密切相關，已滲透到大氣科學的各個領域，成為大氣科學的重要的理論依據。地球上的大氣和海洋是最常見的自然流體，因而相應地形成了地球物理流體力學。研究大氣和海洋運動規律的動力氣象學、動力氣候學和動力海洋學，都是流體力學領域中的不同分支，而流體力學是大氣科學的重要的基礎理論之一。后續相關專業課程：動力氣象學、數值天氣預報等。07二月202318流體力學的工程應用07二月202319由于空氣動力學的發展，人類研制出3倍聲速的戰斗機。07二月202320由于空氣動力學的發展，人類研制出3倍聲速的戰斗機。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，創造了人類技術史上的奇跡。07二月202322時速達200公里的新型地效艇等，它們的設計都建立在水動力學，船舶流體力學的基礎之上。07二月202323利用超高速氣體動力學，物理化學流體力學和稀薄氣體力學的研究成果，人類制造出航天飛機，建立太空站，實現了人類登月的夢想。07二月202324航速達30節，深潛達數百米的核動力潛艇；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，多相流動理論設計制造成功大型氣輪機，水輪機，渦噴發動機等動力機械，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，多相流動理論設計制造成功大型氣輪機，水輪機，渦噴發動機等動力機械，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，大跨度橋梁等的設計和建造離不開水力學和風工程。07二月202329發展更快更安全更舒適的交通工具；07二月20233007二月202331氣象科學環境工程07二月202332災害預報與控制；07二月20233307二月202334海洋學07二月202335天文學流體力學需要與其他學科交叉，如工程學，地學，天文學，物理學，材料科學，生命科學等，在學科交叉中開拓新領域，建立新理論，創造新方法。07二月202336流體力學需要與其他學科交叉，如工程學，地學，天文學，物理學，材料科學，生命科學等，在學科交叉中開拓新領域，建立新理論，創造新方法。07二月202337五、課程性質和學習目標課程性質：專業基礎課，是學習氣象、環境等地球物理學科的基礎。學習目標：理解和掌握流體力學的基本概念、方法。07二月202338參考書目王寶瑞