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地球流体力学
第1次开课
开课时间: 2018年12月24日 ~ 2019年03月20日
学时安排: 2-3小时每周
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课程评价(37)
spContent=《地球流体力学》课程是南京大学大气科学学院的专业核心课和主要基础课程之一,主要的研究对象为地球上流体(大气、海洋)的宏观运动规律,本课程授课对象是大气科学/应用气象学专业本科二年级学生,也是本科生接触到的第一门动力学课程,为后期的专业课程学习奠定了动力学基础。
《地球流体力学》课程是南京大学大气科学学院的专业核心课和主要基础课程之一,主要的研究对象为地球上流体(大气、海洋)的宏观运动规律,本课程授课对象是大气科学/应用气象学专业本科二年级学生,也是本科生接触到的第一门动力学课程,为后期的专业课程学习奠定了动力学基础。
—— 课程团队
课程概述

    在人类生活的地球上,最常见的流体就是覆盖在整个地球上的大气以及占据地球面积70%的海洋。大气与海洋不仅是地球生命形成的总要因素,它们的运动和变化还与人类的生存发展休息相关,构成了人类活动赖以生存的地球环境。与一般流体不同,由于受到地球的影响,大气和海洋在大尺度运动上都具有了地球的固有特征:例如在地球旋转的作用下,大气的海洋的运动都发生了很多奇妙的现象,具有涡旋运动的特征;还有在地球重力场的作用下,较重的流体位于低层,较轻的流体位于高层,形成了垂直方向上的密度差。基于这些动力学上的共同特征,大气与海洋也被概括成“地球物理流体”或者“地球流体”,从20世纪70年代开始诞生了“地球流体力学”这一门新型学科,它也是大气动力学和海洋动力学的共同基础。那么,流体运动到底遵循什么样的规律?流体与固体间、流体与流体间会产生什么样的相互作用?考虑了地球影响之后,地球流体会运动形成什么样的独特特征?我们的《地球流体力学》课程将一一为您解答。

授课目标

      通过本课程的学习,帮助学生从经典力学的概念和研究方法过渡到流体力学的概念和研究方法。学生应掌握分析简单流体问题的基本方法,同时利用所学的理论和方法解决涡旋、旋转流体、流体波动等实际问题,为进一步学习大气科学、海洋科学、水科学等其他专业课程奠定理论基础。

课程大纲

第一专题 基础概念


     1.1 连续介质假说

     1.2 描述流体运动的两种方法

     1.3 刻画流体运动的几何图像

     1.4 涡度

     1.5 散度

     1.6 形变率


第二专题 基本方程  


2.1 连续方程

2.2 作用于流体上的力

2.3 运动方程

2.4 能量方程


第三专题 相似原理和量纲分析


3.1量纲分析-无量纲量

3.2无量纲方程

3.3 特征无量纲数


第四专题 涡旋动力学基础


4.1 环流定理

      4.2 涡度方程


第五专题 旋转流体动力学

    

5.1 旋转参考系中的流体运动方程

5.2 Taylor-Proudman定理

5.3 地转流动


第六专题 流体波动


6.1 波动的概念

6.2 重力表面波和界面波

6.3 波动能量和能量的传播速度

      6.4 势能波动


第七专题  湍流


7.1湍流运动的特点和研究方法

7.2 湍流平均运动方程和雷诺应力

7.3 湍流能量方程


第八专题 边界层流体力学


8.1边界层的基本概念

8.2层流边界层方程

 

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预备知识

本课程主要面向大气科学专业本科二年级学生,需要大学数学和大学物理基础。

 

证书要求

学生通过参与课程学习、主题讨论,完成课后习题、单元测试和最终的课程考试后可以获得证书。

参考资料
  1. 余志豪等编著  《流体力学》 第三版,气象出版社

  2. 吴望一编著,《流体力学》(上、下册),北京大学出版社

  3. Pijush K. Kundu等编写的《Fluid Mechanics》(5th Edition)

  4. J. Pedlosky, 《Geophysical fluid dynamics》, 1987, Springer

 

南京大学
8 位授课老师
房佳蓓

房佳蓓

教授

杨修群

杨修群

教授

黄丹青

黄丹青

副教授

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