工程流体力学(Ⅰ) 考试基本要求.doc

工程流体力学（）考试基本要求适用专业：石油工程、油气储运学 时: 64-80大纲编写人：陈小榆一、课程的性质和地位工程流体力学(一)是为石油工程专业学生开设的必修的专业基础技术课程。石油和天然气都是流体，在石油和天然气的开采、储存、运输等过程中都离不开流体力学的知识，因此工程流体力学课程在石油工程中占有非常重要的地位。本门课程从流体力学的基本原理出发，主要阐述流体的流动规律，它是学习后继专业课程的基础，同时也能直接用于解决工程实际问题，因此工程流体力学课程是一门理论性和应用性都非常强的学科，通过这门课程的学习可以培养学生分析问题和解决问题的能力。开设本课程的目的工程流体力学是石油工程程专业的一门主要专业基础课程。它的主要任务是通过各个教学环节，使学生掌握流体运动的基本概念、基本理论、基本计算方法和基本实验技能，提高学生分析和解决实际问题的能力，为以后学习专业知识，从事专业技术工作和科研打下必要的流体力学基础。二、课程的基本要求1.了解流体的主要物理性质；2.掌握流体静力学、运动学及动力学的基本理论、基本方程及其工程应用；3.掌握流动阻力与水头损失力的计算；4.掌握压力管道的水力计算；5.了解一元非恒定流动基本概念及基本计算；6.了解气体动力学有关基础知识，并会进行有关参数的计算；7.了解非牛顿流体的有关概念，掌握非牛顿流体水头损失的计算方法。三、考试内容和考核目标 第一章 流体及其主要物理性质（2学时）(一)学习目标1.了解流体的概念及特性；正确理解流体连续介质模型；2.掌握流体的主要物理性质，特别是粘性和牛顿内摩擦定律；正确理解理想流体和实际流体、不可压缩流体和可压缩流体的概念；3.会分析作用在流体上的力。(二) 课程内容第一节 流体的概念1. 流体的定义及特性；2. 流体的连续介质模型。第二节 流体的主要物理性质流体的密度和重度、流体的压缩性和膨胀性 、流体的粘性及 表面张力。第三节 作用在流体上的力(三) 考核知识点1. 流体的定义及特性；2. 流体的主要物理性质：流体的密度和重度、流体的压缩性和膨胀性 、流体的粘性及表面张力；3. 分析作用在流体上的力。(四) 考核要求1. 识记(1) 流体的特性；(2) 流体的密度和重度、流体的压缩性和膨胀性 、流体的粘性及表面张力的定义及这些物理量的单位。2. 领会(1) 不可压缩流体的概念；(2) 连续介质模型、不可压缩流体模型、理想流体模型；(3) 速度梯度的物理意义；(4) 牛顿内摩擦定理；(5)质量力和表面力。3. 简单应用(1) 运动粘度和动力粘度的关系；(2) 牛顿内摩擦力的计算；(3) 流体的压缩性和膨胀性的计算；4. 综合应用(1) 会分析作用在流体上的力；(2) 粘性阻力的计算分析。第二章 流体静力学(8学时)(一) 学习目标1. 掌握流体静压强及其特性；2.了解流体平衡微分方程建立的思路和过程；3. 掌握等压面的方程和等压面的性质；4. 了解静力学基本方程式的推导过程和方程的意义及适用条件；5. 掌握压力的测量标准及压力的单位；6. 了解测压计的原理，掌握测压管和比压计测量一点的压力和比较两点压差的方法；7. 了解等加速水平运动容器中流体的相对平衡、等角速度旋转容器中流体的相对平衡。8. 掌握静止流体作用在平面上的总压力及作用点的计算方法；9. 掌握静止流体作用在曲面上的总压力及作用点的计算方法；(二) 课程内容第一节 流体静压强及其特性(0.5学时)1. 流体静压强及其特性第二节 流体平衡微分方程式(1.5学时)1. 流体平衡微分方程式的建立2. 流体平衡微分方程式的积分3.等压面第三节 重力作用下的流体平衡(2学时)1. 静力学基本方程式；2. 静力学基本方程式的意义；3. 压力的测量标准；4.测压计。第四节 几种质量力作用下的流体平衡(1学时)1. 等加速水平运动容器中流体的相对平衡； 2. 等角速度旋转容器中流体的相对平衡第五节 静止流体作用在平面上的总压力(1学时)1. 总压力的大小；2. 总压力的作用点。第六节 静止流体作用在曲面上的总压力(2学时)1.总压力的大小；2.总压力的作用点。 (三) 考核知识点1. 流体静压强及其特性；2. 等压面的方程和等压面的性质；3. 静力学基本方程式的几何意义、物理意义及适用条件；4. 用测压管和比压计测量一点的压力和比较两点的压差；5. 等加速水平运动容器中流体的相对平衡、等角速度旋转容器中流体的相对平衡；6. 静止流体作用在平面上的总压力及作用点；7. 静止流体作用在曲面上的总压力及作用点。(四) 考核要求1识记(1) 流体静压强及其特性；(2) 等压面的定义和等压面的性质；(3) 绝对压力、相对压力、真空压力的定义和它们之间的关系；(4) 绝对静止、相对静止；(5) 压力体。2. 领会(1) 流体平衡微分方程建立的思路和过程；(2) 静力学基本方程式的推导过程；(3) 静止流体作用在平面上的总压力及作用点的计算方法；(4) 静止流体作用在曲面上的总压力及作用点的计算方法。3. 简单应用(1)已知质量力求等压面方程；(2)已知质量力求静压力的分布规律；(3) 计算静止液体中任一点的静压力；(4) 计算静止液体中两点的压差；(5) 画压力体。4. 综合应用(1) 应用静力学基本方程式计算静止流体作用在平面上的总压力及作用点；(2) 应用静力学基本方程式计算静止流体作用在曲面上的总压力及作用点。第三章 流体运动学和动力学基础(12学时)(一) 学习目标1. 了解研究流体运动的两种方法；2. 掌握流体运动的基本概念；3. 掌握连续性方程、理想流体运动的伯努利方程、实际流体总流的伯努利方程及其应用；4. 掌握泵的扬程、有效功率的计算；5. 掌握稳定流的动量方程及其应用。(二) 课程内容第一节 研究流体运动的两种方法(1学时)1. 拉格朗日法； 2. 欧拉法第二节 流体运动的基本概念(1学时)1. 稳定流和不稳定流；2. 迹线和流线；3. 流管、流束和总流；4. 有效断面、流量和平均流速第三节 连续性方程(1学时)1. 一元流动的连续性方程；2. 空间流动的连续性微分方程；第四节 理想流体运动微分方程式及伯努利方程(2学时)1. 理想流体运动微分方程式；2. 理想流体运动的伯努利方程；第五节 实际流体总流的伯努利方程(3学时)1. 实际流体微小流束的伯努利方程；2. 实际流体总流的伯努利方程； （1）、缓变流断面； （2）、动能修正系数。3. 总流伯努利方程的应用 （1）、水头线的绘制 （2）、泵装置的水力计算（3）、流速测量 毕托管 （4）、流量测量 文丘里管 （5）、流体的吸力 喷射泵第六节 泵对液流能量的增加(1学时)1. 扬程；2. 功率。第七节 系统和控制体(1学时)1. 系统2. 控制体3. 输运公式。第八节 稳定流的动量方程(2学时)1.稳定流动量方程的建立2.动量方程的应用（1）、流体作用于弯管的力；（2）射流的背压；（3）、自由射流对挡板的压力。(三) 考核知识点1. 研究流体运动的两种方法；2. 流体运动的基本概念；3. 稳定流动的连续性方程；4. 理想流体运动的伯努利方程式、实际流体总流的伯努利方程式的意义及适用条件；伯努利方程式的应用；5. 水头线；6. 泵的扬程、有效功率；7. 动量定理及其应用。 (四) 考核要求1. 识记(1) 研究流体运动的两种方法；(2) 流体运动的基本概念：稳定流和不稳定流、迹线和流线、 流管、流束和总流、 有效断面、流量和平均流速；(3) 泵的扬程、有效功率；(4) 系统、控制体；2. 领会(1) 连续性方程的物理意义；(2) 理想流体伯努方程的几何意义和物理意义；(3) 理想流体运动的伯努利方程、实际流体总流的伯努利方程的适用条件；(4) 水头线的变化趋势、伯努利方程式的应用注意事项；(3) 动能修正系数和动量修正系数的物理意义。3. 简单应用(1) 欧拉法中加速度的计算；(2) 体积流量和重量流量的转换；(3) 已知流量求断面的平均流速；（4）已知速度场求流线方程；（5）泵的扬程、有效功率的计算；（6）水头线的绘制。4综合应用(1) 伯努利方程在工程中的应用计算；(2) 动量方程在工程中的应用计算；第四章 流体阻力和水头损失(14学时)(一) 学习目标1. 了解流动阻力产生的原因及分类；2. 掌握流体运动的两种流动状态及其判别标准；3. 了解实际流体运动方程式（纳维司托克斯方程式）的建立过程，掌握圆管中层流的流动规律；4. 掌握因次分析法，掌握力学相似概念和主要相似准则的意义及用途；5. 了解紊流的产生原因，了解紊流的运动参数的特点，了解雷诺方程的推导过程及雷诺应力；6. 了解影响沿程阻力系数的因素，熟练掌握沿程水头损失和局部水头损失的计算方法；(二) 课程内容第一节 流动阻力产生的原因及分类(1学时)1. 流动阻力产生的原因；2. 流动阻力的分类第二节 两种流态及转化标准(1学时)第三节 实际流体运动微分方程 N-S方程(1学时)1、应力形式微分方程的推导2、N-S方程的推导： （1）、切向应力与应变的关系。（2）、法向应力与应变的关系。第四节 圆管层流分析(1学时)第五节 因次分析和相似原理(4学时)1.因次分析 （1）、物理量的因次 （2）、因次齐次性（3）、定理2. 相似原理（1）、流动相似的概念 几何相似 运动相似 动力相似（ 2）、相似准则 Re数 、Fr数 、Er数第六节 紊流的理论分析(2学时)1. 紊流的产生原因；2. 紊流的运动参数特点；3. 雷诺方程的推导过程及雷诺应力；4. 水力光滑、水力粗糙第七节 尼古拉兹实验及沿程阻力系数的计算公式(2学时)1.尼古拉兹实验 2.的计算3. 非圆管沿程阻力计算第八节 局部水力摩阻(2学时) (三) 考核知识点1. 流动阻力产生的根本原因；流动阻力的分类；2. 流体运动的两种流动状态及其流态的判别标准；3. 实际流体运动方程式（纳维司托克斯方程式）的应用；4. 圆管层流分析；5. 因次分析和相似原理；6. 层流边层、水力光滑、水力粗糙7. 沿程阻力系数的计算、局部水力摩阻的计算。 (四) 考核要求1. 识记(1) 水力半径；沿程阻力、局部阻力；(2) 物理量的因次、因次齐次性；(3) 几何相似 运动相似 动力相似；(4) Re数 、Fr数 、Er数的物理意义；(5) 雷诺应力；水力光滑、水力粗糙。2. 领会(1) 流动阻力产生的根本原因；(2) 流态的判别标准为何用雷诺数而不用临界流速；(3) 定理；(4) 模型设计及相似律的选择。(5)紊流流态的划分；3. 简单应用(1) 流态的判别；(2) 定理的求解步骤；(3) 模型设计及相似律的选择；(4) 沿程阻力系数的计算；(5) 局部水力摩阻的计算。4. 综合应用(1) 由实际流体运动方程式（纳维司托克斯方程式）求解流体运动的速度；(2) 沿程水头损失和局部水头损失的计算；第五章压力管路的水力计算(8学时)(一) 学习目标1. 理解长管、短管的概念，掌握串联、并联管路的水力特性；2. 掌握有压稳定流动时管路的水力计算；3. 掌握孔口、管嘴的水力计算。 (二) 课程内容第一节 简单长管的水力计算 (2学时)1、沿程水头损失的综合公式 2、管路特性曲线； 3、三类水力计算问题。第二节 复杂管路的水力计算(2学时)1、串并联管路的水力特点； 2、分支管路的水力计算。第三节 短管的水力计算(2学时)1、综合阻力系数； 2、短管实用计算通式。第四节 孔口和管嘴泄流(2学时)1、定水头孔口泄流；2、定水头管嘴泄流。(三) 考核知识点1. 管路特性曲线；2. 长管、短管的水力计算；3. 孔口和管嘴泄流。 (四) 考核要求1. 识记(1) 长管、短管；管路特性曲线；(2) 串联管路、并联管路、分支管路；(3) 综合阻力系数；(4) 孔口的收缩系数；(5) 流速系数、流量系数的物理意义；2. 领会(1) 三类水力计算问题；(2) 综合阻力系数的计算；(3) 流量系数与流速系数、孔口的收缩系数的关系；(4) 为何管嘴出流比孔口出流流量大。3. 简单应用(1) 简单长管的第一类水力计算问题；(2) 串联管路、并联管路的水力计算。4. 综合应用(1) 简单长管的第一、第二类水力计算问题；(2) 串并联管路的水力计算。第六章一元不稳定流 (4学时)(一) 学习目标1. 了解一元不稳定流的基本方程；2. 了解管路中水击现象，能够进行水击压力计算；3. 了解变水头泄流与排空的水力计算。(二) 课程内容第一节 一元不稳定流的基本方程(1学时)1. 连续性方程；2. 运动方程。第二节水击现象(1学时)第三节水击压力的计算(1学时)第四节 水击基本方程本节不要求。第五节 变水头泄流及排空(1学时)1.自流不稳定泄流原理；2.自流泄油时间的实用图解法。 (三) 考核知识点1. 惯性水头；2. 相长；直接水击、间接水击；3. 正反射、负反射；(四) 考核要求1. 识记(1) 相长、直接水击、间接水击；(2) 正反射、负反射；2. 领会(1) 惯性水头的物理意义；(2) 水击现象的成因、水击的传播和反射；3. 简单应用(1) 相长的计算；(2) 水击波传播速度的计算；(3) 最大水击压力的计算。4. 综合应用(1) 变水头泄流及排空时间的计算。第七章 理想流体二元不可压缩流动 (4学时)（一） 学习目标1）了解本章所涉及到的概念、能确定流体的速度势及流函数。2）流体微团运动的分析、势流和涡流；平面势流；势流的迭加原理；绕流的升力和阻力。(二) 课程内容第一节 流体微团运动的分析、势流和涡流(1学时)1. 流体微团运动的分析2. 势流和涡流第二节 平面势流(1学时)1. 速度势和流函数、流网2. 几种简单的不可压缩流体平面势流第三节势流的叠加原理(1学时)第四节绕流的升力和阻力(1学时)(三) 考核知识点1.流体微团的三种运动形式；2.线变形率、角变形率、旋转角速度的计算；3. 势流和涡流4. 速度势及流函数；5. 绕流的升力和阻力；(四) 考核要求1. 识记(1) 流体微团的三种运动形式；(2) 势流和涡流的定义；2. 领会(1) 涡量、速度环量；(2) 绕流的阻力的组成、升力的产生原因；3. 简单应用(1) 线变形率、角变形率、旋转角速度的计算；(2) 已知速度分量求速度势和流函数；(3) 已知速度势求流函数；（4）已知流函数求速度势4. 综合应用(1) 绕流的升力和阻力的计算。第八章 气体的运动(8学时)(一) 学习目标1. 掌握可压缩流体一元恒定流动的基本方程；2. 正确理解压力波的传播、声速和马赫数的概念；3. 掌握完全气体做一元等熵稳定流动时滞止状态下滞止参数与静参的关系、临界状态下临界参数与滞止参数的关系；了解极限速度与速度系数的概念；4. 了解可压缩流体在变截面管中的流动；5. 了解实际气流的等截面管流。(二) 课程内容第一节 气体动力学诸方程(1学时)1、连续方程；2、状态方程；3、能量方程；第二节弱扰动波的传播(1学时)1、弱扰动波的传播速度-声速；2、微弱扰动在亚声速和超声速气流中的传播。第三节气体的参考状态与气体动力学函数(2学时)1、气体的参考状态（1）、滞止状态（2）、临界状态(3)、气体的极限速度umax，速度系数2、气体动力学函数第四节变截面管中的等熵流动(2学时)1. 截面积变化对气流运动的影响；2. 渐缩喷管；3. 拉瓦尔喷管。第五节 实际气流的等截面管流(2学时)1、实际气流绝热流；2、粘性对绝热管其它参数的影响。 (三) 考核知识点1. 气体动力学诸方程；2. 声速；马赫数；速度系数；3滞止参数与静参的关系；临界参数与滞止参数的关系；4. 截面积变化对气流运动的影响；5. 渐缩喷管的流动特征；6. 渐缩喷管的流动特征。(四) 考核要求1. 识记(1) 声速的概念及其物理意义；(2) 马赫数的概念及其物理意义；(3) 滞止状态与滞止参数；(4) 临界状态与临界参数。2. 领会(1) 声速的物理意义；(2) 马赫数的物理意义；(3) 引入速度系数的意义。3. 简单应用(1) 声速的计算；(2) 状态方程的应用；(3) 滞止参数与静参的关系计算；(4) 临界参数与滞止参数的关系计算。4. 综合应用(1) 渐缩喷管的流动特征及其工况；(2) 拉瓦尔喷管的流动特征及其工况。第九章 非牛顿流体的流动(8学时)(一) 学习目标1. 了解非牛顿流体的流变性、本构方程等概念和非牛顿流体的分类；2. 掌握幂律流体和宾汉流体在圆管和环空管中的流动规律；3. 了解幂律流体和宾汉流体的流变参数测定原理。(二) 课程内容第一节 非牛顿流体的基本概念、非牛顿流体的分类(1学时)第二节 纯粘性无时变性非牛顿流体流变方程（1学时)第三节 非牛顿流体的定常层流流动(2学时)1、牛顿流体的圆管层流；2、幂律流体的圆管层流；3、宾汉流体的圆管层流。第四节 非牛顿流体的圆管紊流(2学时)1、幂律流体的圆管层流；2、宾汉流体的圆管层流；第五节 非牛顿流体流变测量的测量(2学时)1、 毛细管流变仪；2、 旋转粘度计；(三) 考核知识点1. 非牛顿流体的基本概念；2. 纯粘性无时变性非牛顿流体流变方程；3. 幂律流体、宾汉流体做圆管层流、圆管紊流时的水力计算；4. 非牛顿流体流变测量的特点。(四) 考核要求1. 识记(1) 非牛顿流体；流变性；流变曲线、流变方程；(2) 剪切稀化、剪切稠化；触变性、震凝性；(3) 管流特性参数；2. 领会(1) 视粘度（表观粘度）；(2) 幂律流体、宾汉流体的流变方程；综合Re数；(3) 非牛顿流体流变测量的特点；(4) 细管流变仪的工作原理、旋转粘度计的工作原理。3. 简单应用(1) 幂律流体、宾汉流体做圆管层流、圆管紊流时的水头损失计算；4. 综合应用1）非牛顿流体在圆管和非圆管中流动时水头损失的计算。四、学习教材和主要参考书指定的教材、参考书籍教材：工程流体力学 袁恩熙编，石油工业出版社1995年版五、有关说明与实施要求(一) 关于“课程内容与考核目标”中有关提法的说明 在本大纲的“考核知识点与考核要求中，对各个知识点按四个能力层次(“识记”、“领会”、“简单应用”、“综合应用”)分别提出要求，这些层次之间具有递进等关系。四个能力层次的含义：识记：要求能够识别和记忆本课程中规定的有关知识点的主要内容(如定义、定理、定律、表达式、公式、原则、重要结论、方法、步骤及特征、特点等)，并能根据考核的不同要求，做出正确的表述、选择和判断。领会：要求能够领悟和理解本课程中规定的有关知识点的内涵和外延，熟悉其内容要点和它们之间的联系，并能根据考核的不同要求，做出正确的解释、说明和论述。简单应用：要求能够运用本课程中规定的少量知识点，分析和解决一般应用问题。如简单的计算、绘图和分析、论证等。综合应用：要求能够运用本课程中规定的多个知识点，分析和解决较复杂的应用问题。如简单计算、绘图、简单设计、编程和分析、论证等。(二) 自学方法指导 本课程是一门基础知识与应用技能并重的课程，因而在学习方法上也有其自身的特点。概括地说就是：对基本概念性的知识要弄清楚，对基本应用的操作要上机反复练习，对书中的习题要认真独立完成，还要注意归纳总结，勤做笔记，以巩固所学知识。在学完全部内容之后可再做一些综合练习，以使自己的操作技能得到进一步提高。 为了帮助大家提高自学效果，以下几点方法可供参考：1、 学习过程中要始终结合本大纲来学，在阅读教材的每一章内容之前，应先参看考试大纲中的这一章的知识点和学习要求，了解重点和难点以及对各知识点的能力层次的要求，能做到自学起来心中有数，从而能把握住学习内容的轻重和自学进度。2、 读教材时要循序渐进，先粗读后细读。对大纲指出的重点要精读，吃透每一个知识点；对概念性的知识要深刻理解；对基本操作方法要熟练掌握并融会贯通。3、 本课程是一门实践性很强的课程，因此，在学习过程中要实践，通过实践加深对教材内容的理解，提高学习效率。4、 认真完成书中的习题有助于理解、消化、掌握和巩固所学的知识。应做到每一章学习结束后，章末的习题都能独立、正确、熟练地完成。5、遇到疑难问题如果一时无法解决但不影响后续内容学习的可以暂搁一搁，之后可以利用社会助学或考前辅导之际得解决，也可找同学商量，集思广益，进行讨论。6、学习时要注意归纳、总结和比较，以求对知识点的融会贯通。(三) 对社会助学的要求1、 应以本大纲的制定的教材为基础、本大纲为依据进行辅导，不能随意增删内容或更改要求。2、 应熟知本大纲对课程所提出的总的要求和各章的知识点，正确把握各知识点要求达到的层次，深刻理解对各知识点的考核要求。3、 应对学习方法进行指导，提倡“仔细阅读教材，认真完成习题；主动获取帮助，依靠自己学通”的学习方法。4、 应注意对考生自学能力的培养，引导考生逐步学会独立学习、独立思考、独立操作。在自学过程中要学会自己提出问题，经过分析自己做出判断，从而解决问题。5、 本课程共 5 学分。因此应注意对考生实际操作能力的培养，不能简单地仅帮助考生解决这个问题，而是要善于启发、引导考生弄清为什么会出现这样的问题，用什么方法可以解决这类问题。以使考生理解问题出现的原因，掌握解决问题的办法。(四) 关于命题考试的若干问题1、 本大纲各章所规定的考试知识点及知识点下的知识细目都属于考核的内容，考试命题覆盖到各章，适当突出重点章节，加大重点内容的覆盖密度。如第一、六、七、九章主要考概念，第二、三、四、五、七、八章是重点，主要考计算。2、 试卷中对不同能力层次要求的分数比例大致为：“识记”占30%，“领会”占30%，“简单应用”占20%，“综合应用”占20%。3、 试题难易程度要合理，可分为：易，较易，较难和难四个等级。每份试卷中不同难度试题的分数比例一般一次为：2：3