中国青年教师攻克世界流体力学难题|流体力学|拉格朗日_科学探索_新浪科技_新浪网
中国青年教师攻克世界流体力学难题
　　流体运动学(流体力学的重要分支)，一直停留在概念上。瑞士数学家、物理学家欧拉(Euler)和法国数学家、物理学家拉格朗日(Lagrange)的研究，被后世称为流体运动学的欧氏描述和拉氏描述。遗憾的是，这两种描述无法给出流体质点位置与时刻之间的显函数关系，即无法追踪流体质点。正如闻名遐迩的当代国际流体力学大师，剑桥大学Batchelor教授，在其教科书《An Introduction to Fluid Dynamics(流体力学导论)》中所言，“it leads to rather cumbersome analysis(追踪流体质点会带来相当麻烦的数学分析困难)…”。
　　绝大多数工科专业都将流体力学作为基础科目，都晓得追踪流体质点在数学上实现不了，也习惯和接受了这个现实。唯独重庆科技学院青年实验教师齐成伟没有“听教科书的话”，“挥霍”5年青春，另辟蹊径，自学高度抽象的数学理论，破解了这个古老而基础的理论难题。
　　齐成伟的研究是基础性的，又是非常重要的。其突破填补了流体力学的基础理论空白，完善了流体力学(含渗流力学)教科书。中国石油大学(华东)渗流力学领军人姚军教授，已经欣然同意将齐成伟的理论搬进课堂。从此，数千米地下看不见摸不着的油水界面的移动变形特征可被准确描绘。其因指导油田生产而带来的经济价值不可估量。
　　欧拉和拉格朗日两位大师都束手无策，齐成伟是怎么做到的呢？
　　流线的屈曲，导致了巨大的解析困难。而如果放弃笛卡尔坐标系(即直线正交坐标系)，引入流动与生俱来的势流坐标系(即等势线和流线形成的曲线正交坐标系)，顺应自然，则困难迎刃而解。曲线坐标系内做微积分被称为张量分析，是一门极度艰深晦涩的数学，国内教科书屈指可数。经过反复的艰难尝试，熬过 上千个虫鸣深夜，齐成伟终于在势流坐标系内获得了平稳场运动学通式。运用该通式，仅需简单的“求逆函数，求导函数，求积分”三步操作，便可轻松导出流体质 点位置与时刻之间的显函数关系，继而绘得流体流动动态图像。
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流体力学的基本概念
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3秒自动关闭窗口流体力学中的创新教学方法--《吉林教育》2012年13期
流体力学中的创新教学方法
【摘要】：本文主要讲述关于流体力学教学中的一些独特思路和指导方式,严密的理论推导、形象的比喻、开创性的思维方式启发学生们的积极思考,提高了学生们浓厚的学习兴趣并提升了他们的学习能力及学习技巧。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：O35-4;G642【正文快照】：
不同于非力学专业的“工程流体力学”类课程，大学本科力学专业的“流体力学课程”的主要任务是研究流体的动量、热量与质量传递:着重于建立各种典型流动，如在不同边界中的流动、湍流、涡运动等等的N?S方程组(偏微分方程的定解问题)，研究其精确解与近似解的求解方法[l]。流
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京公网安备75号导读：《流体力学》考试大纲，本流体力学考试大纲适用于中国科学院大学力学专业的硕士研究生入学考试，流体力学是现代力学的重要分支，本科目的考试内容主要包括流体的物理性质、流体运动学、动力学和静力学，粘性不可压缩流动及湍流、流体波动和旋涡理论等方面，（一）流体的物理性质，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)，（二）流体运动学，流体运动的描述(拉格朗日描述与欧拉描述及其间中国科学院大学硕士研究生入学考试 《流体力学》考试大纲
一、考试科目基本要求及适用范围概述 本流体力学考试大纲适用于中国科学院大学力学专业的硕士研究生入学考试。流体力学是现代力学的重要分支，是许多学科专业的基础理论课程，本科目的考试内容主要包括流体的物理性质、流体运动学、动力学和静力学，无粘不可压缩、可压缩流动，粘性不可压缩流动及湍流、流体波动和旋涡理论等方面。要求考生对其基本概念有较深入的了解，能够熟练地掌握基本方程的推导，并具有综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力。
二、考试形式 考试采用闭卷笔试形式，考试时间为180分钟，试卷满分150分。 试卷结构：判断题(20分)、简答题(60分)、计算题(70分)
三、考试内容： （一） 流体的物理性质 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。 （二） 流体运动学 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。 （三） 流体动力学 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。 （四） 流体静力学 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。 （五） 无粘流动的一般理论 无粘流动的控制方程，Bernoulli方程，Bernoulli方程和动量定理的应用。 （六） 无粘不可压缩流体的无旋流动 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。 （七） 液体表面波 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。 （八） 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。 （九） 粘性不可压缩流动 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。 （十） 层流边界层和湍流 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。 （十一） 无粘可压缩流动 声速和马赫数，膨胀波、弱压缩波的形成及其特点，一维等熵流(定常和非定常)，激波(正激波和斜激波)，拉瓦尔喷管流动的特征。
四、考试要求： （一） 流体的物理性质 (1) 了解固液气体的宏观性质与微观结构，深入理解并掌握连续介质假设及其适用条件。 (2) 熟练掌握流体的物理性质的基本概念，了解毛细现象。 （二） 流体运动学 (1) 熟练掌握流体运动的两种描述、物质导数与随体导数的概念。 (2) 熟练掌握迹线、流线及脉线的概念、物理意义及求法。 (3) 掌握速度势的概念及数学描述，掌握流场中的速度分解方法 (4) 理解并掌握涡量及守恒定律，了解涡线、涡管、涡通量，涡管强度等概念。 （三） 流体动力学 (1) 熟练掌握连续性方程、动量方程和能量方程的推导及应用。 (2) 掌握本构关系及状态方程。 (3) 掌握流体力学方程组及定解条件，了解正交曲线坐标系下的流体力学方程组。 (4) 掌握量纲分析与流动相似理论的概念，熟练掌握雷诺数的定义和意义。 （四） 流体静力学 (1) 理解并掌握静力学基本控制方程。 (2) 掌握液体静力学规律及应用(自由面的形状，非惯性坐标系中的静止液体)。 （五） 无粘流动的一般理论 (1) 掌握无粘流动的控制方程的推导及应用。 (2) 熟练掌握Bernoulli方程推导，灵活运用Bernoulli方程和动量定理。 （六） 无粘不可压缩流体的无旋流动 (1) 理解并掌握控制方程及定解条件、势函数概念及无旋流动的性质。 (2) 熟练掌握并灵活运用平面定常无旋流动基本概念及方法(流函数、源汇、点涡、偶极子、镜像法、保角变换)。 (3) 了解无旋轴对称流动，非定常无旋流动。 （七） 液体表面波 (1) 熟练掌握小振幅水波的控制方程推导及定解条件 (2) 掌握平面单色波、水波的色散和群速度等概念，了解水波的能量及其传输的计算，速度与压力场特性。 (3) 了解表面张力波及分层流体的重力内波、非线性水波理论。 （八） 旋涡运动 (1) 掌握涡量动力学方程和涡量的产生 (2) 熟悉涡量场的基本空间特性、时间特性，了解典型的涡模型(点涡、兰金涡、奥森涡、泰勒涡)。 （九） 粘性不可压缩流动 (1) 理解不可压缩流体模型及其判别条件，掌握控制方程的推导及定解条件。 (2) 熟练掌握并灵活运用定常的平行剪切流动问题(Couette流动、Poiseuille流动等)。 (3) 掌握非定常的平行剪切流动问题(Stokes第一和第二问题、管道流动的起动等)，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。 （十） 层流边界层和湍流 (1) 掌握边界层的概念。 (2) 掌握层流边界层方程推导(Blasius平板边界层) (3) 了解边界层的分离，湍流的发生，层流到湍流的转捩。 (4) 掌握脉动速度、平均速度、瞬时流场、平均流场、雷诺平均方程等基本概念 （十一） 无粘可压缩流动 (1) 熟练掌握声速和马赫数的概念。 (2) 掌握膨胀波、弱压缩波的形成及其特点。 (3) 熟练掌握定常一维等熵流的分析及计算，了解非定常一维等熵流的分析及计算。 (4) 深入理解激波(正激波和斜激波)的成因及激波关系式，了解拉瓦尔喷管流动的特征。
五、主要参考书目： 1. 《流体力学》 庄礼贤 尹协远 马晖扬著，中国科学技术大学出版社，2009年版本 2. 《流体力学》（上下册） 吴望一编著，北京大学出版社，2010年版本
编制单位：中国科学院大学 编制日期：日
包含总结汇报、专业文献、文档下载、教学研究、考试资料、外语学习、办公文档、IT计算机、旅游景点、教程攻略以及流体力学等内容。
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