力学进展 课程论文

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1、力学进展课程论文——流体力学在现代科学发展中的地位姓名：许梦飞班级：理力06-1学号：310807050125学期：2009-2010-2流体力学在近代科学发展中的地位1738年伯努利出版他的专著时，首先采用了水动力学这个名词并作为书名；1880年前后出现了空气动力学这个名词；1935年以后，人们概括了这两方面的知识，建立了统一的体系，统称为流体力学。流体力学主要是研究在各种力的作用下，流体本身的状态，以及流体和固体壁面、流体和流体间，流体与其他运动形态之间的相互作用的力学分支。在近代科学的发展中，流体力学这门经典的力学课程占据了极其重要的地位，为其他

2、相关学科的发展提供了理论基础。一流体力学在大气科学发展中的地位流体力学是大气科学的重要理论基础之一。流体力学是经典力学里的一个重要的分支，是研究流体宏观运动规律的基础学科。随着科学技术的飞速发展，流体力学中已经出现许多新兴的分支科学。流体即气体和液体的总称。地球上的大气和海洋是最常见的自然流体。把流体力学应用与气象科学，已经有近百年的历史。20世纪初有皮耶克尼斯（挪威、美国气象学家气象学挪威学派的主要成员，死于1951年4月9日）斜压环流定理作为先驱性的开拓工作，其后经历了1940年初大气长波理论（长波能量频散理论，大气动力学三个经典理论之一，由叶笃正

3、博士提出）的问世及1950年以来流体力学方法的数值天气预报的重要发展阶段。流体力学已经从许多方面渗透到大气科学的各个领域。流体的物理性质归结起来有以下几个方面：1.可压缩性（流体在外力作用下，其体积或者密度可以改变的性质）2.热膨胀性3.流体的运输性（如流体的运输速度，会有动量输运，表现为黏性现象；温度不同，有能量的输运，表现为导热现象；密度不同，会有质量输运，表现为扩散现象）大气运动是最常见的一种流体运动，也是与我们的生活息息相关的。气候的变换，季节的更迭都与大气运动有着密不可分的关心。而流体力学是研究大气运动的一门重要的基础学科。龙卷风是最常见的一

4、种大气现象，也是威力巨大并能对人类造成巨大破坏的自然灾难。美国被称为龙卷风之乡，每年都会用1000到2000个龙卷风，而且强度大，每年都会用70人左右丧生在龙卷风之中。那么为什么美国会有这么多的龙卷风呢？这与美国的地理位置，气候条件以及大气环流特征有关。美国东濒大西洋，西靠太平洋，南面又有墨西哥湾，大量的水汽不断从东、西、南面流向美国大陆。水汽多，雷雨云就容易发生发展。当雷雨云发展到一定强度后，就会产生龙卷风。美国主要处在中纬度，春夏季常受副热带高压控制，即使在秋冬季，也常受其边缘影响，副高的西部边缘，是气流辐合上升最剧烈之处，在副高南部和西部是偏东和

5、东南气流最活跃的地方，它把大西洋和墨西哥湾的大量暖湿空气源源不断向美国大陆输送，这又是产生雷雨云的充分条件。雷雨云不断地强烈发展，龙卷风就伴随而来。从流体力学的观点来看，龙卷风的形成主要分为四个阶段：1大气的不稳定性产生强烈的上升气流，由于急流中的最大过境气流的影响，它被进一步加强。2由于与在垂直方向上速度和方向均有切变的风相互作用，上升气流在对流层的中部开始旋转，形成中尺度气旋。3随着中尺度气旋向地面发展和向上伸展，它本身变细并增强。同时，一个小面积的增强辅合，即初生的龙卷在气旋内部形成，产生气旋的同样过程，形成龙卷核心。4龙卷核心中的旋转与气旋中的

6、不同，它的强度足以使龙卷一直伸展到地面。当发展的涡旋到达地面高度时，地面气压急剧下降，地面风速急剧上升，形成龙卷。科学研究证明，液体流，气体流在聚合过程中，其能量会成倍级增长，并在一定条件下发生巨变，在新流体力学观念中，这种现象被称为流体聚合效应。在此基础之上，龙卷风为何会有如此巨大的威力也可以得到了科学合理的解释。除此之外，沙尘暴形成的物理机制也是与流体力学理论有着密不可分的关系。沙尘暴的物理机制可以简单的概述为，在极有利的大尺度环境下，高空干冷急流和强垂直风速、风向切变及热力不稳定层结条件下，引起锋区附近中小尺度系统生成、发展，加剧了锋区前后的气压

7、、温度梯度，形成了锋区前后的巨大压温梯度。在动量下传和梯度偏差风的共同作用下，使近地层风速陡升，掀起地表沙尘，形成沙尘暴或强沙尘暴天气。这样的理论基础科学的为我们解释了现实中的自然现象。而这些理论都是与流体力学有着密不可分的关系。二流体力学与空气动力学从1903年莱特兄弟的第一架飞机升上天空，距今已经有一个多世纪之久。从最早的滑翔机到如今的空中客车，他们的飞翔都离不开最原始的流体力学理论。两个重要的流体定理，连续性定理，伯努利定理为人类的飞翔之梦插上了翅膀。连续性定理；当流体连续不断而稳定地流过一个粗细不等的管道时，由于管道中任何一部分的流体都不能中断

8、或挤压起来，因此在同一时间内，流进任一切面的流体的质量和从另一切面流出的流体质量是相等的。这个