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流体力学教案济 南 大 学 教 案2006 2007学年第二 学期学 院 材料科学与工程 教 研 室 工程教研室 课 程 名 称 流体力学与设备 课 程 编 号 012206 课 程 类 型 专业基础课 授 课 班 级 材料0501 授 课 学 时 材料0501 任 课 教 师 赵蔚琳 济 南 大 学 教 务 处 制 第1次课（2学时）1、授课题目： 第一章 绪论 概述本课程第一节 流体定义、特征及流体的连续介质假设第二节 流体的主要物理特性2、教学目的与要求1）了解流体力学课程在本专业中的应用，认识到流体力学是材料科学与工程专业的主要专业技术基础课，了解流体力学研究对象、任务以及流体力学的研究方法。2）掌握流体的连续介质模型、流体的主要物理性质：易流动性、密度与重度、表面张力特性、连续介质力学模型、粘性与理想流体模型、压缩性与不可压模型等3、教学内容基本内容：流体的力学的任务、研究方法及发展史；流体的主要力学性质重点：粘性。难点：连续介质的概念，粘性的物理意义。4、授课类型： 理论课5、教学方法及课堂设计：教师讲授6、教学手段：多媒体7、教学过程设计：各教学环节的时间分配1、流体力学研究的内容、研究对象、研究方法、（40分钟）2、流体的主要力学性质（50分钟）8、思考与作业课后上网浏览查寻与本节课内容相关的信息，浏览本节课内容相关的内容，做23道与本课程有关的工程应用练习题。下次课提问。9、 参考文献10、教学后记 第2次课（2学时）1、授课题目：第一章 绪论 第三节 作用在流体的力第四节 流体力学模型第二章 流体静力学 第一节 流体静压强及其特性2、教学目的与要求1）掌握表面力和质量力区别。了解粘性与理想流体模型、压缩性与不可压模型等2）理解静压强的特性；掌握流体平衡微分方程。3、教学内容基本内容：表面力和质量力。流体力学模型；流体静压强的定量描述、流体静压强的特性。 重点：表面力和质量力区别；流体静压强的特性难点：怎样用反推法证明静压强的特性。4、授课类型： 理论课5、教学方法及课堂设计：教师讲授6、教学手段：多媒体7、教学过程设计：各教学环节的时间分配1、作用在流体上的力（20分钟）2、流体的力学模型（20分钟）3、流体力学静压强的定量描述、（10分钟）4、流体力学静压强的特性（40分钟）8、思考与作业课后上网浏览查寻与本节课内容相关的信息，浏览本节课内容相关的内容，做23道与本课程有关的工程应用练习题。下次课提问。P12: 1-10选做9、 参考文献10、教学后记 第3次课（2学时）1、授课题目：第二章 流体静力学 第二节 流体平衡微分方程第三节 流体静力学基本方程 2、教学目的与要求 掌握欧拉平衡微分方程，掌握流体静力压强基本方程， 学会应用分析静力学问题。3、教学内容基本内容：欧拉平衡微分方程，.流体静压强的分布规律、等压面、压强的三种表示方法。 重点：欧拉平衡微分方程、流体静压强的分布规律、难点：怎样用微元法推导微分方程、等压面4、授课类型： 理论课5、教学方法及课堂设计：教师讲授，根据本节内容特点，运用启发式、讲解式、引导式、讨论式、提问式教学方法讲授本节内容。6、教学手段：多媒体7、教学过程设计：各教学环节的时间分配1、欧拉平衡微分方程推导（40分钟）2、流体静力压强基本方程推导（20分钟）2、流体静力压强基本方程应用分析（30分钟）8、思考与作业课后上网浏览查寻与本节课内容相关的信息，浏览本节课内容相关的内容，做23道与本课程有关的工程应用练习题。重点掌握欧拉平衡微分方程、等压面的概念，流体静力压强方程。下次课提问。9、 参考文献10、教学后记第4次课（2学时）1、授课题目：第二章 流体静力学 第四节 压强的计算基准及量度单位 第五节 测量压强的仪器第六节 作用于平面壁上的液体总压力（简介）本章小结 2、教学目的与要求1）压强的三种表示方法，绝对压强、相对压强、真空度，压强三种量度单位。2）掌握直管式测压管、U形管式测压管、压差计的测量原理。熟练计算作用在平面上的静水总压力。3、教学内容基本内容：压强的三种表示方法，直管式测压管、U形管式测压管、压差计、作用在平面上的静水总压力（简介）重点：测定两点间压强差。如何应用本次课的内容解决工程实际问题。难点：等压面的确定4、授课类型： 理论课5、教学方法及课堂设计：教师讲授，根据本节内容特点，运用启发式、讲解式、引导式、讨论式、提问式教学方法讲授本节内容。6、教学手段：多媒体7、教学过程设计：各教学环节的时间分配1、压强的表示方法（30分钟）2、各种测压管的结构及工作原理（30分钟）3、作用在平面上的静水总压力（20分钟）4、课程总结8、思考与作业课后上网浏览查寻与本节课内容相关的信息，浏览本节课内容相关的内容，重点掌握压强的三种表示方法，绝对压强、相对压强、真空度，压强三种量度单位。做23道与本课程有关的工程应用练习题。P46: 2-102-25选做2-10、2-11、2-14必做9、 参考文献10、教学后记第5次课（2学时）1、授课题目：第三章 流体动力学基础 第一节 描述流体运动的两种方法第二节 恒定流动和非恒定流动第三节 迹线与流线 第四节 一元流动模型 2、教学目的与要求 了解描述流体运动的欧拉法和拉格朗日法，掌握定常与非定常流动、均匀与非均匀流、迹线、流线、流管和流量及一元、二元和三元流概念。 3、教学内容：基本内容：. 定常与非定常流动；均匀与非均匀流； 迹线、流线、流管和流量；一元、二元和三元流概念重点：欧拉法和拉格朗日法的区别，定常与非定常流动的区别，迹线、流线区别。难点：迹线、流线的区别，欧拉法和拉格朗日法的区别。4、授课类型： 理论课5、教学方法及课堂设计：教师讲授，根据本节内容特点，运用启发式、讲解式、引导式、讨论式、提问式教学方法讲授本节内容。6、教学手段：多媒体7、教学过程设计：各教学环节的时间分配1. 欧拉法和拉格朗日法 (30分)2. 定常与非定常流动 (20分)3. 均匀与非均匀流(10分)4. 迹线、流线、流管和流量(20分)5. 一元、二元和三元流概念(10分)8、思考与作业课后上网浏览查寻与本节课内容相关的信息，重点掌握欧拉法和拉格朗日法的区别，定常与非定常流动的区别，迹线、流线的区别。9、 参考文献10、教学后记第6次课（2学时）1、授课题目：第三章 流体动力学基础 第五节 连续性方程第六节理想流体的运动微分方程 2、教学目的与要求 掌握连续性方程及其应用，恒定元流能量方程及其应用。 3、教学内容：基本内容： 连续性方程、理想流体的运动微分方程 重点：连续性方程的应用和理想流体的运动微分方程。难点：理想流体的运动微分方程。4、授课类型： 理论课5、教学方法及课堂设计：教师讲授，根据本节内容特点，运用启发式、讲解式、引导式、讨论式、提问式教学方法讲授本节内容。6、教学手段：多媒体7、教学过程设计：各教学环节的时间分配1. 连续性方程推导（30分）2. 理想流体的运动微分方程推导（60分）8、思考与作业课后上网浏览查寻与本节课内容相关的信息，重点掌握理想流体的运动微分方程。9、 参考文献10、教学后记第7次课（2学时）1、授课题目：第三章 流体动力学基础 第七节 理想流体微小流束的柏努利方程第八节 实际流体总流的柏努利方程2、教学目的与要求简单介绍均匀流动的特征和渐变流的概念，了解均匀过流断面上的压强分布规律，掌握总流能量方程的推导条件，掌握总流能量方程的推导过程。3、教学内容基本内容：均匀流动概念、渐变流的概念 、均匀流过断面上压强分布规律、总流能量方程的推导。重点：均匀流过断面上压强分布规律，能量方程推导条件，总流能量方程的推导。难点：总流能量方程的推导4、授课类型： 理论课5、教学方法及课堂设计：教师讲授，根据本节内容特点，运用启发式、讲解式、引导式、讨论式、提问式教学方法讲授本节内容。6、教学手段：多媒体7、教学过程设计：各教学环节的时间分配1. 理想流体微小流束的柏努利方程（30分）2、渐变流的概念（10分） 2. 均匀流过断面上压强分布规律（10分） 4. 总流能量方程的推导（40分） 8、思考与作业课后上网浏览查寻与本节课内容相关的信息，做23道与本课程有关的工程应用练习题，重点掌握均匀流过断面上压强分布规律，能量方程的推导条件，总流能量方程的推导。下次课提问。9、 参考文献10、教学后记第8次课（2学时）1、授课题目：第三章 流体动力学基础 第九节 柏努利方程的应用第十节 流体的动量方程2、教学目的与要求1）掌握总流能量方程的应用条件、总流能量方程的推导及其总流能量方程在工程上的应用。2）掌握动量方程的应用条件、动量方程的推导及其动量方程在工程上的应用 3、讲授内容提要基本内容：.能量方程的应用条件、 总流能量方程在工程上的应用重点：总流能量方程和动量方程在工程上的应用。难点：总流能量方程和动量方程在工程上的应用，如何应用前面所学的知识解决工程实际问题。4、授课类型： 理论课5、教学方法及课堂设计：教师讲授，根据本节内容特点，运用启发式、讲解式、引导式、讨论式、提问式教学方法讲授本节内容。6、教学手段：多媒体7、教学过程设计：各教学环节的时间分配1.总流能量方程在工程上的应用（40分）2.动量方程的推导（20分）3. 动量方程在工程上的应用（60分）8、思考与作业课后上网浏览查寻与本节课内容相关的信息，做23道与本课程有关的工程应用练习题，重点掌握总流能量方程和动量方程在工程上的应用。下次课提问。9、 参考文献10、教学后记第9次课（2学时）1、授课题目：习题课2、教学目的与要求掌握静力学方程与伯努力方程的应用。3、教学内容基本内容：讲解作业，分析作业中的问题；举例应用伯努力方程和动量方程在工程上的应用重点：伯努力方程和动量方程在工程上的应用。难点：伯努力方程和动量方程的求解方法。4、授课类型： 理论课5、教学方法及课堂设计：教师讲授，根据本节内容特点，运用启发式、讲解式、引导式、讨论式、提问式教学方法讲授本节内容。6、教学手段：多媒体7、教学过程设计：各教学环节的时间分配1. 作业讲解（30分）2. 伯努力方程应用（30分）3. 动量方程在工程上的应用（30分）8、思考与作业对课上所讲的例题请课后认真分析。9、 参考文献10、教学后记第10次课（2学时）1、授课题目：第四章流动阻力和能量损失 第一节 流体流动的流态第二节 沿程损失和局部损失第三节 圆管中的层流运动 2、教学目的与要求1)简单介绍沿程损失和局部损失的概念，理解实际液体的两种流动型态，流动阻力与水头损失产生原因，了解流动阻力和水头损失的分类，2)重点介绍科学家雷诺如何进行试验研究发现了流体的不同流态，流态的判别准则，及其它在流体力学研究中的意义和作用，掌握粘性流体的两种流态:层流和紊流，流态的判别。掌握当量直径的概念3)了解均匀流动的概念，掌握均匀流动方程的推导，流体在圆管中作层流运动最大流速时平均流速的两倍，圆管层流的沿程损失系数计算公式的推导。3、教学内容基本内容：沿程损失概念、 局部损失的概念、层流、 紊流、雷诺数 、流态判别重点：粘性流体的两种流态:层流和紊流，流态的判别。难点：层流和紊流的判别标准4、授课类型： 理论课5、教学方法及课堂设计：教师讲授，根据本节内容特点，运用启发式、讲解式、引导式、讨论式、提问式教学方法讲授本节内容。6、教学手段：多媒体7、教学过程设计：各教学环节的时间分配1. 沿程损失、局部损失概念（10分） 2. 层流、紊流.的概念（10分） 3雷诺数集流态的判别（30分）4. 圆管中层流的流速分布方程、断面的平均流速（20分）5. 圆管中层流的沿程损失计算公式（20分）8、思考与作业课后上网浏览查寻与本节课内容相关的信息，做23道与本课程有关的工程应用练习题，重点掌握雷诺试验，粘性流体的两种流态:层流和紊流，流态的判别；流体在圆管中作层流运动最大流速时平均流速的两倍，圆管层流的沿程损失系数计算公式的推导。9、 参考文献10、教学后记第11次课（2学时）1、授课题目：第四章 流动阻力和能量损失 第四节 紊流特征和紊流阻力第五节 尼古拉兹实验研究第六节 工业管道紊流阻力系数计算2、教学目的与要求了解紊流的特征，水力光滑与水力粗糙的概念。了解沿程阻力系数的影响因素，掌握尼古拉兹分区，莫迪图及圆管中的沿程损失阻力系数的主要计算公式及判别式。3、教学内容：基本内容：.紊流的特征、圆管中的紊流、水力光滑与水力粗糙、尼古拉兹分区及沿程阻力系数的影响因素、紊流沿程损失的经验公式、莫迪图、圆管中的沿程损失阻力系数的主要计算公式及判别式重点：紊流的特征、莫迪图及圆管中的沿程损失阻力系数的主要计算公式、判别式及应用。难点：圆管中沿程阻力系数的变化规律，如何和专业知识结合解决工程实际问题。4、授课类型： 理论课5、教学方法及课堂设计：教师讲授，根据本节内容特点，运用启发式、讲解式、引导式、讨论式、提问式教学方法讲授本节内容。6、教学手段：多媒体7、教学过程设计：教学环节的时间分配1. 紊流的特征（10分）2. 水力光滑与水力粗糙紊（10分）3. 尼古拉兹实验研究（20分）4. 工业管道紊流阻力系数计算（50分）8、思考与作业课后上网浏览查寻与本节课内容相关的信息，做23道与本课程有关的工程应用练习题，重点莫迪图及圆管中的沿程损失阻力系数的主要计算公式、判别式及应用。9、 参考文献10、教学后记第12次课（2学时）1、授课题目：第四章流动阻力和能量损失 第七节 流动局部阻力损失第八节 减少阻力的措施第九节 管路计算 本章小结 2、教学目的与要求理解局部损失形成原因，掌握水力半径、当量直径、非圆管的沿程损失的计算及应用，掌握圆管中突然扩大的局部损失的推导。在工程实际中局部损失的计算。3、教学内容：基本内容： 水力半径、当量直径、非圆管的沿程损失的计算、局部损失形成原因、圆管中突然扩大的局部损失、其他类型的局部损失短管与长管的分类、 简单长管的水力计算重点：当量直径，圆管中突然扩大的局部损失的推导，在工程实际中局部损失的计算。串联长管和并联长管的计算公式及其应用这些公式解决工程实际问题。难点：如何和专业知识结合解决工程实际问题。4、授课类型： 理论课5、教学方法及课堂设计：教师讲授，根据本节内容特点，运用启发式、讲解式、引导式、讨论式、提问式教学方法讲授本节内容。6、教学手段：多媒体7、教学过程设计：教学环节的时间分配1. 水力半径、当量直径、非圆管的沿程损失的计算（20分）2. 局部损失形成原因、圆管中突然扩大的局部损失（30分）3. 其他类型的局部损失（10分）4. 管路水力计算（30分）8、思考与作业课后上网浏览查寻与本节课内容相关的信息，做23道与本课程有关的工程应用练习题，做23道与本课程有关的工程应用练习题，重点水力半径、当量直径、非圆管的沿程损失的计算及应用，圆管中突然扩大的局部损失的推导，在工程实际中局部损失的计算。9、 参考文献10、教学后记第13次课（2学时）1、授课题目：可乘小姐、习题课2、教学目的与要求1）对本章进行总结2）掌握沿程损失和局部损失、管路计算的方法3、教学内容基本内容：讲解作业，分析作业中的问题；举例沿程损失和局部损失、管路计算在工程上的应用重点：举例沿程损失和局部损失、管路计算在工程上的应用。难点：沿程损失和局部损失、管路计算的求解方法。4、授课类型： 理论课5、教学方法及课堂设计：教师讲授，根据本节内容特点，运用启发式、讲解式、引导式、讨论式、提问式教学方法讲授本节内容。6、教学手段：多媒体7、教学过程设计：各教学环节的时间分配1. 内容总结（30分）2. 作业讲解（30分）3.沿程损失和局部损失、管路计算在工程上的应用（30分）8、思考与作业对课上所讲的例题请课后认真分析。9、 参考文献10、教学后记第14次课（2学时）1、授课题目：第五章 相似原理和因次分析 第一节 力学相似性原理第二节 相似准数和模型律第三节 因次分析法2、教学目的与要求理解几何、运动、动力、初始与边界条件相似的基本概念，掌握各种动力相似准则，特别是重力相似准则、粘性力相似准则。了解应用量纲的和谐原理进行量纲分析，了解量纲与单位的基本概念，了解量纲的基本分析方法3、教学内容提要基本内容：流动相似的基本概念（几何相似、运动相似、动力相似、初始条件与边界条件相似）；牛顿相似准则（重力相似准则、粘性力相似准则、压力相似准则、弹性力相似准则、表面张力相似准则）。模型实验（雷诺模型、佛汝德模型）；量纲与单位；量纲和谐原理；量纲分析（定律）重点：力学相似性原理、重力相似准则、粘性力相似准则；量纲的和谐原理。难点：动力相似准则；量纲的和谐原理。4、授课类型： 理论课5、教学方法及课堂设计：教师讲授，根据本节内容特点，运用启发式、讲解式、引导式、讨论式、提问式教学方法讲授本节内容。6、教学手段：多媒体7、教学过程设计：教学环节的时间分配1. 流动相似的基本概念（20分）2. 牛顿相似准则（30分） 3. 量纲与单位、量纲和谐原理（20分）4. 量纲分析定律（20分）8、思考与作业课后上网浏览查寻与本节课内容相关的信息，做23道与本课程有关的工程应用练习题，做23道与本课程有关的工程应用练习题，重点水力半径、当量直径、非圆管的沿程损失的计算及应用，圆管中突然扩大的局部损失的推导，在工程实际中局部损失的计算。9、 参考文献10、教学后记第15次课（2学时）1、授课题目：第六章 离心泵和风机理论基础 第一节 工作原理及性能参数 第二节 离心式泵与风机的基本方程2、教学目的与要求使学生了解泵与风机性能参数，掌握泵的扬程、流量、转速、功率及效率、泵与风机的工作原理和欧拉方程。使学生了解后向叶型、前向叶型和径向叶型的概念及对泵与风机性能的影响，掌握流体在叶轮中运动的分析及叶片片数有限对欧拉方程之修正。3、教学内容：基本内容：泵与风机的分类、泵与风机的工作原理、性能参数（泵的扬程、流量、转速、功率及效率）、流体在叶轮中的运动、欧拉方程、叶片片数有限对欧拉方程之修正、理论扬程之组成、后向叶型、前向叶型、径向叶型重点：泵与风机的工作原理，泵的扬程的概念及计算，欧拉方程后向叶型、前向叶型和径向叶型的概念及对泵与风机性能的影响难点：泵与风机的工作原理，泵的扬程的概念及计算；后向叶型、前向叶型和径向叶型的概念及对泵与风机性能的影响。4、授课类型： 理论课5、教学方法及课堂设计：教师讲授，根据本节内容特点，运用启发式、讲解式、引导式、讨论式、提问式教学方法讲授本节内容。6、教学手段：多媒体7、教学过程设计：教学环节的时间分配1. 泵与风机的分类（5分）2. 泵与风机的工作原理（10分）3. 性能参数（泵的扬程、流量、转速、功率及效率）（15分）4. 流体在叶轮中的运动（10分）5. 欧拉方程（20分）6. 叶片片数有限对欧拉方程之修正（10分）2. 后向叶 前向叶型 径向叶型（20分）8、思考与作业9、 参考文献10、教学后记第16次课（2学时）1、授课题目：第六章 离心泵和风机理论基础 第三节泵与风机的性能曲线第四节 相似率与比转数第五节 离心通风机的型号编制2、教学目的与要求使学生了解研究泵或风机所具备的的技术性能表达方式，掌握泵与风机水头损失、容积损失和机械损失，理论流量-压头曲线、流量-功率曲线和实际性能曲线。使学生了解相似原理在泵或风机中的应用，掌握相似工况的概念，泵与风机的无因次性能曲线，泵与风机相似律的实际应用和比转数的实际意义。3、教学内容基本内容：三种叶型的QT-HT曲线、三种叶型的QT-NT曲线、 三种叶型的QT-曲线；泵与风机水头损失、容积损失和机械损失； 泵与风机的全效率；1；泵与风机的相似律； 相似律的实际应用 ；泵与风机的无因次性能曲线；比转数泵与风机的实际性能曲线重点：泵与风机水头损失、容积损失和机械损失；理论流量-压头曲线、流量-功率曲线和实际性能曲线；相似工况的概念，泵与风机相似