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这样的流体力学,爱了爱了!
原创 宣传部 江苏大学
流体力学是力学的一个分支,主要研究在各种力的作用下,流体本身的静止状态和运动状态以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动规律。
流体力学抽象复杂,不易理解,是一门公认的难学课程。
其实,早在数百年前,对流体力学理论一无所知的诗词作者,已经对很多流动现象进行了形象而又生动的描述。流体力学课程也可以有一种新的打开方式,从洗练的诗词和优美的画作出发,去洞察流体力学现象,去理解流体力学理论。
这不,在日前举办的江苏大学第二届诗画流体力学创作大赛暨校际联赛中,来自江苏大学、青岛大学、青岛科技大学、河海大学、山东建筑大学、电子科技大学中山学院6所高校的同学,就用“诗情画意”的方式,创作出不少别具一格的作品,让流体力学知识变得生动有趣。
书画类作品
河中石兽(特等奖,江苏大学能源与动力工程学院 李涛、黄玮、冉心远)
该作品来源一个有趣的小故事:沧州南部一座寺庙门前的两座大石兽不见了。得知是坠入河中,寺僧沿着大河向下一顿猛找,但没能找到。一老河兵听闻后告诉寺僧,凡是落入河中的石头,都应当在上游寻找它。因为石头的特点是又硬又重,河沙的特点是又松又轻,水不能冲走石头,但河水撞击石头返回的冲击力,一定会将石头底下迎着水流的地方冲刷成为坑洞,越冲越深,当坑洞延伸到石头底部的一半时,石头必定倾倒在坑洞里。照这样多次冲刷,石头就会多次倾倒,不停地滚动,反而逆流而上了。寺僧们按照老河兵的说法,果然在上游寻得石兽。
故事中的流体力学原理简单地说,就是河水在经过石兽时做绕流运动,前部受阻压力高,导致旁边泥土容易被冲走。其中蕴含的伯努利方程、流动边界层等流体力学知识颇有趣味,真是处处留心皆学问。
波浪(一等奖,江苏大学能源与动力工程学院 王鹏程)
海浪是一种常见的现象,其形成原因中也有着许多有关流体力学的知识。海浪是海水的波动现象,是海面起伏形状的传播,是水质点离开平衡位置,作周期性振动,并向一定方向传播而形成的一种波动。海浪的研究方法所依据的主要理论就是流体动力学,同时也包括随机过程理论和数值模型及数值模拟。
海浪是十分复杂的流体力学现象,研究海浪对海洋工程建设、海洋开发、海洋捕捞与养殖等活动具有重大意义。
我们的征途,是无尽深蓝(一等奖,江苏大学能源与动力工程学院 李宝鹏)
海洋中蕴含着无数的流体力学之美。从目前的发展趋势来看,把计算流体力学应用到海洋科学是一个大的发展方向。近年来,通过理论分析和数值实验,对计算稳定性的研究在理论和方法上都取得了一些新的进展。然而,这个领域还有很多我们亟待解决的问题。回顾历史,展望未来,流体力学必将在海洋科学中发挥重要作用,成为研究海洋不可缺少的一个重要手段。
我们的征途,是无尽深蓝。
诗词类作品
满江红·入海(特等奖,江苏大学能源与动力工程学院 金秀珍)
川自蓬莱,由澌释、娟娟轻细。
遥聚渺、渡痕痕壑,旷千千历。
遇侧叠巉岩万万,催逼拍捻何曾弃。
嚼穿龈、瀅绕几时休?终蚀圄。
瀑声怒,谁敢迩?
急雨冽,狂风戾。
纵得浊而乱,亦新生势。
适遘寒梅迎魏紫,那不长系奔腾意。
终入海、却可泣艰难,无悲喜。
注释:由冰融化成的一条细流从最高处流下。走过遥远的路途,聚集了很多支流,弯弯绕绕地穿过了数不尽的沟壑,流淌了不知道多长时间。比起流淌的时间之长,更多的是岩石的阻挡,或怒吼着冲击,或耐心地回旋,用尽了方法可曾放弃过?最终突破了囹圄,冲倒了崖壁。那一泻千里的瀑布,谁敢靠近?疾风吹扰着,倾盆大雨击打着。河流的颜色变得污浊,也不再有条不紊地流淌,但雨过天晴,这一切都成为了更加强大的力量和气势。途中经过了冬天的梅花,春天的牡丹,即使心驰神往,却没有停留,继续流淌。最终得以入海,虽然路途艰辛,但无悲无喜,淡然处之。
经坎坷,行方远——咏高尔夫球(一等奖,江苏大学能源与动力工程学院 杨盛翔)
凹痕麻面满疮痍,
扰流转捩迟分离。
千涡共力削前阻,
敏若轻鸿飞远极。
注释:高尔夫球表面有凹凸不平的痕迹,飞行时小凹坑附近会产生一些小的漩涡,而这些小凹坑的直接作用是向圆球绕流中引入扰动,使其失稳,诱发绕流转捩。由于借助横向动量补充,使得边界层分离点后移,压差阻力减小,总阻力减小,同等条件下可以飞得更远。作品运用“马格努斯效应”“边界层理论”在高尔夫球运动中的体现,揭示出人生道路中的坎坷就像高尔夫球上的凹痕,能让我们走得更远的道理。
流蕴万象 遐迩一体(一等奖,江苏大学能源与动力工程学院 谢宇)
碧塘荷韵踏涟漪 柔风飘零抚清溪
静影沉璧涌璀璨 盈辉皎月捧星璃
骇浪狂瀑 肆横澎湃 急涡洋流 无与伦比
云海浩瀚 青霄飘逸数百尺
飓风凌厉 鹏程扶摇九万里
包罗万象 流蕴自然 调衡焓熵 体溢天罡
毕奥欧拉 灵思泉涌绘韶光
亥姆霍斯 超凡脱俗自流芳
马克谢齐 兴酣志酬摛鸾章
斯托克斯 卓赋异秉创耀煌
拟序结构当显赫 争辉日月 惊憾八方
雷诺平均终式微 根深蒂固 久寒临霜
烟线技术索良骥 推陈出新 力挽狂澜
激波拟合寻骊珠 对流热通 黯尽临旦
继往开来启篇章 矩阵矢量铸科魂
叱咤“波音”绝叆叇 破袭“东风”瞰昆仑
黎曼解算踏睘宇 修正微分定混沌
交替隐格自缄默 守恒差分 薄翼理论
伽辽金法创佳绩 时间分步 补缀遗阙
流体荣光终赓续 雕学织采 锦上添花
科智不竭洪涛迸 踵事增华 踔厉奋发
注释:作品将“流体”二字巧妙纳入,简明概括其所蕴含的世间万象,博大精深。从流体力学的自然现象入手,与标题中自然万象相呼应。第六联是对前五联的总结,并赋予熵变与焓变的科学理念;七至十联重点介绍流体力学方面的科学奠基者,称赞伟人的丰功伟绩;而后重点介绍了流体力学曲折的发展历程及一系列突破根深蒂固理念的科技创新,继开新篇;最后由理论与实践两方面阐释了新时期流体力学的应用,表达对其未来的希冀。
视频类作品
落花总知流水意(特等奖,河海大学 常义浩、 郭翾)
落花、流水,是古人诗词中十分常见的两种意象。在这份情思寄寓中,落花与流水之间,是否有着某些奇妙的作用?基于流体力学,作品想到了落花可以视为体现流水运动的“示踪粒子”。着眼于这一想法,该作品以《浣溪沙》中的“自在飞花轻似梦”,《一剪梅》中的“花自飘零水自流”两句诗词为引,结合自然现象,对示踪粒子及其流动跟随性、成像可见性作了简单介绍。
苍鹰上击翻曙光(特等奖,青岛大学 徐增博、李泓枢、王一川)
作品赏析了唐代诗人柳宗元的《笼鹰词》,提取鹰这一意象,将它的扑翼飞行过程作为研究对象,探究了扑翼运动中所产生的流体涡系结构对鸟类飞行的影响。其中介绍了Rayner尾涡理论模型以及PIV粒子图像测速法测定扑冀运动所产生的涡量场,从而解释了扑翼运动对于鸟类飞行的影响。
不尽长江滚滚来(特等奖,江苏大学能源与动力工程学院 秦琛琛、翟佳慧、赵露露)
长江水气势磅礴,滚滚而来,是如何实现的呢?从流体力学的角度来说,一方面,长江水在河床内流动可理想化为湍流模型;另一方面,江水中形状各异的石块经过水流常年侵蚀、磨损,表面变得较为光滑、圆润,当把水流理想为均匀流时,流体流过这些石块的情况就可理想为各种绕流模型。但实际上,长江水流动会受多种因素影响,会加剧其流动的不稳定性,形成复杂的流态,从而造成江水滚滚而来。
科学也能如此
诗情画意
爱了爱了
审核|吴奕
统筹|杨雨
原标题:《这样的流体力学,爱了爱了!》
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