本课程对流体力学中重要概念、基础理论和基本方法进行了梳理,构成完整的系统,主要为大学工程专业本科学生学习使用。本课程可以单独学习,也可以作为线上线下混合课程的一部分使用。
课程的教学目标有三个,一是理解和掌握流体和流动相关的基本概念和理论;而是学会空间观察法(欧拉法)的数学描述以及它与对象观察法(拉格朗日法)的关系;三是能够应用所学的知识和方法能够初步对自然界和工程中的流动问题做出机理分析和计算。
流体力学首先是许多工程学科(如航空航天工程、船舶与海洋工程、水利水电工程、环境工程等等)的基础。更为重要的是它所引入的空间观察法极大程度上拓展了人们认知世界的视角,也在很大程度上简化了物体运动和变形过程的数学描述。深入领会空间观察法的基本思想,是学好流体力学的重中之重。另一个重要的基础知识点是相似原理,它建立了不同几何尺度物理问题的内在联系,是实验研究方法的基础。
课程分为基础部分的八个章节和专题部分的五个章节,计划为13周完成一个教学轮次,每周一章,每章包含了4节视频课,每节课约15分钟。课程设置讨论区,教师和助教将尽可能对学生的问题做出回答或提示。每一章都设置了习题,用于学生检查自我的学习质量。
学习者能够系统地掌握流体力学的基本概念和理论体系,初步形成对流动现象和工程问题的机理分析和计算能力。
必备前置课程:高等数学、理论力学;有帮助的前置课程:大学物理、张量分析。
本课程学习参考教材可以采用《流体力学》(丁祖荣,高教出版社,2018,第三版),但部分内容的讲解方式和切入点有所不同。
Q :学习流体力学的难点是什么?
A :学习流体力学有两大难点:一是缺乏对流体及流动的感性认识;二是对空间观察法的陌生。
Q :怎样学好本课程?
A :课程第一和第二章针对学习流体力学有两大难点加强了形象的解释和数学的推导;第五章将空间观察法延伸至体积观察法,推导了雷诺输运方程,并以此为基础推导了流体的质量、动量和能量守恒方程。这三章如果能够认真学习、深入领会,其它章节学习会相对顺利。