成信工大气流体力学教学大纲.pdfVIP

《大气流体力学》教学大纲 一、课程性质、地位和作用 大气流体力学是大气科学专业一门重要的专业基础课，属核心必修课。设置本课程的目 的是为该专业的学生提供必要的专业预备知识，特别是应用动力学观点研究地球流体运动问 题的基本方法，为学习后续课程（如动力气象学、数值天气预报等）奠定必要的理论基础。 二、课程教学对象、目的和要求 该课程适用于大气科学专业全日制普通本科学生，通过本课程的学习，要求学生牢固掌 握以下内容：描写流体运动的基本方法和物理量，流体运动方程组，不同坐标系中的大气运 动方程组，尺度分析方法和方程组的简化，量纲分析方法及应用，基本的大气运动方程的变 形方程。 教学基本要求：（1）教学方法：课堂讲授＋课堂提问＋课后答疑（包括Email 答疑）； （2）教学手段：板书及计算机投影；（3）英语、计算机要求：了解专业名词的英文称谓， 能用计算机程序设计语言或数学工具软件解答计算性问题。 三、课程的相关课程及其关系 本课程的先修课：多元微积分、常微分方程、矢量分析与场论、大学物理（主要是力学 部分）、大气物理学。本课程的后续课：动力气象学、数值天气预报、动力气象学提高。 本课程与其它课程的联系与分工：传统“动力气象学”中的大气运动方程组、坐标系、尺 度分析与方程组简化、大气运动方程变形内容在本课程中讲授；其它传统“动力气象学”的内 容仍在“动力气象学”中讲授。 四、课程内容及学时分配 总学时：56学时 第一章 流体力学基础（10学时） §1.流体的物理性质和宏观模型（了解） §2.流体速度与加速度，Lagrange法和Euler法（掌握） §3.迹线和流线（掌握） §4.涡度、散度、环流和形变率（理解） §5.速度势函数和流函数（掌握） 重、难点：描述流体运动的基本方法及物理量。 第二章 流体运动方程组（8学时） §1.连续方程（掌握） §2.作用于流体上的力（理解） §3.流体运动方程及其简化形式（掌握） §4.能量方程（了解） §5.Naver-Stokes方程的简单解（掌握） 重、难点：流体的三大守恒定律，作用在流体上的力，Naver-Stokes方程。 第三章 大气运动坐标系与方程组（12学时） §1.作用于大气上的力，惯性坐标系运动方程（掌握） §2.视示力，旋转坐标系运动方程（掌握） §3.连续方程和热力学方程（理解） §4.球坐标系大气方程组简介（了解） §5.局地直角坐标系的大气方程组（掌握） §6.坐标变换,P坐标系的大气方程组（理解） 重、难点:作用在大气上的力，局地直角坐标系中的大气方程组,坐标转换公式,P坐标系中的 大气方程组。 第四章 尺度分析与方程组的简化 (8学时) §1.尺度概念,大气运动的分类（了解） §2.大气方程组的尺度分析（掌握） §3.大气方程组的简化（掌握） §4.常见的特征无量纲数（理解） 重、难点:尺度分析法及应用,大尺度大气运动的基本特征,常用的特征无量纲数及物理意义。 Π Π 第五章 量纲分析与ΠΠ定理 (6学时) §1.相似概念与相似判据（了解） §2.量纲分析，Π定理（掌握） §3.Π定理的应用（掌握） 重、难点: 量纲分析，Π定理及其应用 第六章 大气运动方程的变形(12学时) §1.环流定理（掌握） §2.涡度方程及其简化形式（掌握） §3.位势涡度, 位涡守恒原理（掌握） §4.散度方程（了解） 重、难点: 铅直涡度方程,位涡概念,绝对环流守恒、绝对涡度守恒和位涡守恒的条件及应用。 五、实践环节的要求 本科课程无单独的实践环节，课程重点在于理论知识的讲授。 六、作业（习题）要求 通过布置作业加深对基本概念的理解，练习用动力学观点分析和处理流体及大气问题的 基本方法，掌握地球流体力学的基本原理和主要分析结论。作业量：共计55题左右，其中 第一章14题，第二章7题，第三章8题，第四章9题，第五章6题，第六章11题。 七、考核 考试环节：课堂测验＋期末考试，考试形式为闭卷，AB两套试题随机抽取1 套，内 容涵盖教学大纲所要求的各章内容，题型以名称解释、判断是非、填空、问答、计算、证明、 推导为主。成绩＝平时成绩(课堂考勤、作业、测验)×20％＋期末考试成绩×80％。试题库采 用本院李国平二次开发的“大气流体力学试题库管理及试卷生成系统”。教案采用自编的电子 教案，其中含调用及自己开发设计的CAI课件。 八、教材与主要参考书 1 1 11