2020年9月25日上午10:20，力学与航空航天工程系精品课程——《航空航天与力学概论》第三节课于荔园2栋302教室开讲。本节课程由南科大力航系讲席教授兼复杂流体及软物质研究中心主任夏克青开讲，主题为“奇妙的流体力学”。本次课程采用腾讯会议线上直播举行，教室学习和线上收听的共有九十余位同学在线同步学习课程。
课堂现场
流体力学作为力学的一门分支并不是偶然出现的。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，人们概括总结后建立了统一的体系，以研究流体本身的静止和运动状态，及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动的规律的学科，统称为流体力学。
流体力学的发展长河中涌现过许许多多大师的身影，欧拉（瑞士）建立了理想流体基本方程——欧拉方程；纳维（法国）建立了流体平衡和运动的基本方程；斯托克斯（英国）建立了粘性运动的基本方程组N－S方程；亥姆霍兹（德国）建立了涡量定理，提出开尔文－亥姆霍兹不稳定性；雷诺（英国）用实验证实了粘性流体的两种流动状态——层流和湍流，提出了雷诺平均N－S方程；普朗特（德国）建立了边界层理论，解释了阻力产生的机制；茹科夫斯基（苏联）建立了二维升力理论的数学基础；冯卡门提出“卡门涡街”的理论，建立“涡流”的概念。在近现代流体力学的发展，中国人也做出了巨大贡献，钱学森提出平板可压缩层流边界层的解法，在空气动力学、航空工程、喷气推进、工程控制等技术科学领域做出了许多开创性贡献；周培源提出了涡旋结构的统计结构，奠定了湍流模式理论的基础。
夏克青老师同时介绍流体力学中一个研究方向——湍流。自然现象中地球、海洋和大气中发生的几乎所有流动都是湍流，工业中所涉及的几乎所有流动也都是湍流。湍流是流体的一种流动状态，当流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为层流；当流速增加到很大（雷诺数增大）时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，层流被破坏，相邻流层间不但有滑动，还有混合。这时的流体作不规则运动，有垂直于流管轴线方向的分速度产生，这种运动称为湍流。
湍流现象
湍流的中心问题是求湍流基本方程纳维-斯托克斯方程的统计解，由于此方程的非线性和湍流解的不规则性，湍流理论成为流体力学中最困难而又引人入胜的领域。虽然湍流已经研究了一百多年，但是迄今还没有成熟的精确理论，许多基本技术问题得不到理论解释。湍流的数值计算实质上是求湍流基本方程的数值解。一方面湍流理论困难很大，另一方面湍流问题的可解性随着计算机性能的提高而增大，因而湍流数值计算的作用越来越重要。以前湍流数值计算主要以半经验理论为基础。60年代以前，积分方法和常微分方程方法成为工程技术部门的常规算法。60年代中期以后，由于高速电子计算机的应用，提出了各种复杂的湍流模式和计算方法，偏微分方程方法获得了迅速发展。特别是，70年代以来，由于第四代巨型高速计算机的使用，湍流数值计算向大规模的数值模拟的更高阶段发展。可以预料，随着计算机的进步，湍流数值计算将有更大的发展。
课堂讨论现场
