課程資訊
課程名稱
流體力學
Fluid Mechanics 
開課學期
106-2 
授課對象
機械工程學系  
授課教師
伍次寅 
課號
ME2007 
課程識別碼
502 31000 
班次
03 
學分
3.0 
全/半年
半年 
必/選修
必修 
上課時間
星期二2(9:10~10:00)星期五3,4(10:20~12:10) 
上課地點
工綜215工綜211 
備註
限本系所學生(含輔系、雙修生)
總人數上限:65人 
Ceiba 課程網頁
http://ceiba.ntu.edu.tw/1062ME2007_03 
課程簡介影片
 
核心能力關聯
核心能力與課程規劃關聯圖
課程大綱
為確保您我的權利,請尊重智慧財產權及不得非法影印
課程概述

流體力學是機械工程學科裡相當基礎的一門課程,是所有從事機械工程及相關領域的人所應具備的基本學識。流體力學包括的範圍非常廣泛,舉凡航空、造船、汽機車、能源、冷凍空調、土木、水利、河海、大氣、環境、化工、生物、生醫、製造等工程、產業以及自然科學都會應用到流體力學方面的知識。流體力學確實是一門困難且不容易學習的學科,其原因有三:(1)解析流力需使用大量數學工具,尤其是向量微積分(vector calculus)、張量(tensor)、微分方程(differential equations)、複變(complex variable)等數學知識,一般學生會感到畏懼;(2)流體看不到摸不到(譬如空氣),且流動時沒有固定形狀,因此在描述其受力及運動時須從與過去所學不一樣的觀點來出發做處理,事實上流體力學是機械系大學部第一門以「場」的方式來描述運動的物理學科,與傳統動力學中所熟悉的描述物體運動的方式不同,易造成學生們的困惑;(3)除了極簡單的例子,一般流體流動現象所牽涉的物理相當複雜,通常無法僅藉由簡單的力學知識來解釋其現象及形成機制,造成學生學習上的沮喪進而對流力失去興趣。針對上述困擾,本課程的內容及安排即希望從下述三個方面來幫助同學們修習流力這門課:(1)解析(Analysis);(2)應用(Applications);(3)流體流動現象之解釋與剖析(Interpretation of fluid-flow phenomena)。

在解析方面,本課程會先複習(或預習)描述與分析流場所需的數學工具,尤其是向量場的微積分、張量的表達等,並詳細說明其目的及物理意義,然後將其應用於推導流場的運動方程式。在流力應用方面,本課程會舉一些實際的例子,教導如何從簡化問題、建立數學模式到求得其解,以訓練同學們解決流力問題的能力。在流體流動現象之解釋與剖析方面,課程中將不時介紹一些在日常生活中會觀察到的流體流動現象,運用課堂上所學到的知識去解釋現象形成的原因與物理機制,以培養同學們思考及辨析的能力。為了增加同學們學習的興趣,課堂中亦會播放一些流力方面的影片,取材自實驗、數值模擬、以及Youtube 中於現實世界所拍攝到的眾多有趣的流場流動的情形;或是於課堂中穿插展示一些簡單的流力實驗,以加深同學們的印象,冀望能讓學習流力的過程不再是枯燥無趣。

三個學分的課程時間有限,無法對流力多作介紹。為了節省時間,同學在修習本門課的同時最好能略為複習過去所學過之微積分與工程數學,以免一開始上課時感到吃力。

本課程的後續課程計有:熱傳學、流體力學二、空氣動力學、流體機械、二相流、紊流、冷凍空調原理與應用、燃燒學、熱流量測技術、計算流體力學、微機械熱流、理想流體力學、黏性流體力學、可壓縮流體力學…..等。同學們在修完基本流體力學必修課程後,可依興趣從上述進階及專業課程中挑選合適者,繼續鑽研。

 

課程目標
教導學生明瞭流場基本觀念以及流體運動之物理現象,傳授學生描述與分析流場的方法與技巧,使學生具備解析與處理基本流場問題之能力,並能將所學的知識靈活應用於其他與流體力學相關的領域上。 
課程要求
先修習過物理,微積分,工程數學 
預期每週課後學習時數
 
Office Hours
備註: Tue. 12~2 pm 工綜 618 
指定閱讀
教科書:
‘Fluid Mechanics’, 8th ed., F. M. White, McGraw-Hill, 2016.

 
參考書目
參考書:
(1) ‘Fluid Mechanics, Fundamentals and Applications’, 3rd ed., Y. A. Çengel and J. M. Cimbala, McGraw-Hill, 2014. (detailed, major reference)
(2) ‘Introduction to Fluid Mechanics’, E. J. Shaughnessy Jr., I. M. Katz, J. P. Schaffer, Oxford University Press, 2005. (attached CD contains lots of video clips from experiments and numerical simulations)
(3) ‘Munson’s Fluid Mechanics’, Global Edition, P. M. Gerhart, A. L. Gerhart, J. I. Hochstein, Wiley, 2017.
(4) ‘Introduction to Fluid Mechanics’, 9th ed., R. W. Fox, A. T. McDonald, P. J. Pritchard, J. W. Mitchell, Wiley, 2016. (classic)
 
評量方式
(僅供參考)
 
No.
項目
百分比
說明
1. 
3次考試(含期末考) 
100% 
3次考試比重大致相同,總分110-120分,最後學期成績會依據對照表轉換成等第制。 
2. 
作業 
0% 
會指定各章習題但不需繳交,也不予評分,每次考試前會另定時間講解部分習題。 
3. 
平時成績 
5% 
平時成績為額外加分,其形式於第一次上課時公佈。 
 
課程進度
週次
日期
單元主題
第1週
2/27,3/02  Introduction -- 
第2週
3/06,3/09  Mathematical tools used in describing fluid-flow -- 
第3週
3/13,3/16  Mathematical tools used in describing fluid-flow --
Fluid statics -- 
第4週
3/20,3/23  Fluid statics -- 
第5週
3/27,3/30, 3/31  Fundamentals of flow description --
3/31 (Sat.) Official make-up class 
第6週
4/03,4/06  spring break (no class) 
第7週
4/10,4/13  Control-volume analysis (integral analysis) of flow field -- 
第8週
4/17,4/20  Control-volume analysis (integral analysis) of flow field --
1st quiz (4/18, 7 pm, tentative) 
第9週
4/24,4/27  Differential analysis of flow field -- 
第10週
5/01,5/04  Differential analysis of flow field -- 
第11週
5/08,5/11  Special-type flows --
Potential flows 
第12週
5/15,5/18  Special-type flows --
Potential flows 
第13週
5/22,5/25  Dimensional analysis and similarity -- 
第14週
5/29,6/01  Special-type flows --
Boundary-layer flows
2nd quiz (5/30, 7 pm, tentative) 
第15週
6/05,6/08  Special-type flows --
Boundary-layer flows 
第16週
6/12,6/15  Incompressible viscous flows in ducts -- 
第17週
6/19,6/22  Incompressible viscous flows in ducts --