數值海洋流體動力學

• 課程重點

該課程有一整套的課堂講稿和可供下載的作業。

 

• 技術需求

本課程網頁中的.m檔需要用MATLAB® software執行。.FIN 與 .OUT檔是輸入、輸出資料表，可以在任意文本閱讀軟體中打開。

 

教學大綱

• 介紹

本課程向學生介紹在海洋流體動力學中碰到的問題，這些問題很難藉由“手算”解決，但是可以用短的電腦程式相對迅速而準確的解決。這要求學生知道或者學習使用“電腦語言”編寫程式。這裏選用MATLAB®，原因是它相對比較容易學習且功能強大，具有很好的繪圖功能。因此，很多問題答案的圖表可以作為學生編寫出的程式的一部分，用以解決很多問題。

由於學習課程13.024的學生編寫程式背景不同，因此課程的第一部分有必要教一下MATLAB® 。主要的教材是：《使用MATLAB®的數值方法，及其實現與應用》Numerical Methods with MATLAB®, Implementations and Applications，由erald W. Recktenwald所著，ISBN: 02010398606，Prentice Hall, Inc. 2000年出版。該書的前四章講用MATLAB®語言編寫程式，每個學生都應該學習，並完成從書中選出的練習題。大約在課程的前15堂課教授MATLAB®。學生做輔助的習題集更能瞭解如何使用學過的知識，並開始在MATLAB®中編寫程式。學生還應該使用這樣一本書：《MATLAB®初級讀本》MATLAB® PRIMER, 第六版，由K. Sigmon和T. A. Davis所著，ISBN: 1584882948,Chapman and Hall/CRC出版。

附帶的課堂講稿包括：導論和一些針對課程主要部分的進階資料。在麻省理工學院的課堂上，老師在介紹材料時使用這些課堂講稿，每個學生有一份講稿的列印本。Recktenwald著的課本中第五章到第十二章的閱讀資料展現了書中內容的更多細節資訊，學生也要做相應的習題集。該書的例外是：缺少基於Green定理求解邊界積分方程問題的資訊。本課程包含大量海洋流體動力學的理論與練習。這些內容的基礎知識在課堂講稿和習題集6習題集8中，要求學生編寫並利用編寫的程式解決二維板塊問題。會花幾個小時講解所據理論的細節和如何編寫程式解決問題。雖然海洋流體動力學中很多板塊問題和程式都是三維的，但對只學一學期課程的學生而言，編寫程式解決這些三維問題是艱巨而耗時的。藉由在課堂上講授三維問題的理論，並讓學生編寫和使用程式來解決二維問題，學生可以做好準備，如果他們在以後的職業生涯中遇到三維邊界積分方程問題的話也能很好地處理。

通常，建議與導師互相交流來完成習題集6和習題集8。因為這些習題集比其他習題集要求學生編寫更多的 MATLAB® 源代碼。