旋涡运动基础  080103M05004H

学期:2020—2021学年(春)第二学期 | 课程属性:专业普及课 | 任课教师:余永亮,陈龙
授课时间: 星期三,第3、4 节
授课地点: 教一楼213
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11
授课时间: 星期五,第3、4 节
授课地点: 教一楼213
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11
课程编号: 080103M05004H 课时: 40 学分: 2.00
课程属性: 专业普及课 主讲教师:余永亮,陈龙 助教:
英文名称: Vortex Flow 召集人:

教学目的、要求

本课程为流体力学相关应用专业研究生的专业普及课。旋涡是自然界流体中出现的普遍现象,旋涡运动理论是研究旋涡的产生、发展和消失规律的学科分支。它的研究对航空、气象、水利等工程和学科的发展都具有重要意义。开设本课程,一方面使学生对旋涡的基本概念和运动规律有明确的认识,对旋涡的产生、发展和耗散过程有比较全面和系统的了解;另一方面使学生能运用所学的知识,处理和解决航空、气象和其他领域中遇到的有关旋涡运动的某些基本问题,对实际工程问题中旋涡的形成、控制与应用有一定的了解。

预修课程

高等数学、流体力学(本科)

教 材

童秉纲、尹协远、朱克勤,《涡运动理论》,中国科学技术大学出版社,1第二版,2008.

主要内容

第一章 绪论(共2学时,余永亮授课)
本学科的发展历史、重要意义及研究方向(1学时);自然界中的涡现象等(1学时)
第二章 流体动力学基本方程(共4学时,余永亮授课)
连续介质假设与守恒定律,流线、迹线和脉线,涡的定义(2学时);涡和涡量;涡量场;基本方程,旋涡的可视化(2学时)
第三章 涡量运动学特性(共6学时,教学重点,余永亮授课)
涡量和胀量(2学时);涡量矩(2学时);速度远场渐近特征,二维涡量场的运动学特征,螺旋度(2学时)
第四章 涡量动力学特性(共8学时,教学难点,余永亮授课)
Helmholtz涡量定理,涡量场的冲量和冲量矩(2学时);涡量场的动能和能量耗散,二维涡量场动力学特性,涡量在固壁面上的生成及扩散(2学时);作用在物体上的流体动力(2学时)
第五章 旋涡的若干模型(共10学时,教学重点,余永亮授课)
点涡和Rankine涡,Oseen涡和Taylor涡(2学时);有轴向流动的定常轴对称涡(Burgers涡, Sullivan涡)(2学时);Hill球涡,面涡,涡索和线涡,涡环(2学时);点涡系动力学的经典理论,点涡系静力学问题(2学时);点涡系稳定性分析,面涡的演化,涡环的运动(2学时)
第六章 旋转系统中的流体运动(共6学时,教学重点,余永亮授课)
旋转流体中的科氏力和离心力,分层流体中的浮力效应旋转流基本概念和基本方程(2学时),相似参数,旋转流的环量方程(2学时);地转流动,Taylor-Proudman定理,Taylor流体柱(2学时);Ekman层,旋转流体的波动现象(2学时)
第七章 旋涡在工程中的应用(共4学时,仲峰泉授课)
旋涡在发动机掺混与燃烧、高效换热技术、高速列车减阻降噪等领域的应用实例(2学时);工程问题中旋涡形成机制、旋涡控制与优化方法(2学时)

教学手段与方法:课堂讲授和课后习题相结合,课堂板书与多媒体教学相结合。
考核方式:课堂开卷。 

参考文献

1. J.-Z. Wu, H.-Y. Ma, M.-D. Zhou. Vorticity and Vortex Dynamics. Springer. 2006.
2. P. G. Saffman. Vortex Dynamics. Cambridge University Press. 1992.
3. Lugt, H. J. Vortex Flow in Nature and Technology. John Wiley & Sons, New York. 1983.