《流体力学》教学大纲.doc

流体力学教学大纲流体力学课程教学大纲 课程代码：F1013971课程名称：流体力学/Fluid mechanics学时/学分：63/3.5先修课程：场论、复变函数、理论力学、材料力学适用专业 ：船舶与海洋工程 ，港口 航道与海岸工程开课院（系）：船舶与海洋工程学院船舶与海洋工程流体力学研究所，港口与海岸工程系教材、教学参考书：水动力学基础（刘岳元等编，上海交通大学出版社）一、本课程的性质和任务流体力学是船舶与海洋工程，港口与海岸工程专业的一门主要的技术基础课程，也是国际航运管理专业重要的技术基础课程，它的主要任务是通过各个教学环节，运用各种教学手段和方法，使学生掌握流体运动的基本概念、基本规律和流体对船舶或海洋结构物作用力的产生机理及基本计算方法，培养学生分析、解决问题的能力和实验技能，为学习后继课程、从事工程技术工作、科学研究以及开拓新技术领域打下坚实的基础。二、本课程的教学内容和基本要求1流体宏观模型及物理性质，作用在流体上力的分类理解流体主要物理性质，特别是易流动性、可压缩性及粘性。理解作用在流体上的力及牛顿内摩擦定律。理解流体宏观模型的连续介质假设及流体质点概念、理想流体及不可压缩流体的概念。2流体运动学及本构方程了解描述流体运动的两种方法，建立描述流场的轨迹线、流线的方程式和条纹线的意义。了解流体运动的微元分析法，了解流体微团运动的基本形式。理解有势流动和有旋流动，理解速度势函数的主要性质及速度环量与涡量的关系。理解流体中一点的应力的物理意义及建立应力与变形速度的关系本构方程式的基本假设。3流体动力学理论基础了解质量守恒定律表现形式连续性方程。了解不可压缩平面流动流函数的定义和性质。了解从动量守恒原理导出的纳维斯托克斯方程及其各项的物理意义。了解理想流体运动的欧拉方程、兰姆方程及欧拉方程的边界条件。了解定常流动的欧拉方程积分伯努利定理的物理意义及其应用实例和不定常流动的欧拉方程积分拉格朗日柯西积分。了解定常流动的动量定律及动量矩定律。4流体静力学了解流体静力学基本方程式及其应用，理解流体静压强的概念及性质。了解静止流体对平板作用力的计算方法。了解静止流体对曲面作用力的计算方法、了解潜体和浮体的平衡及稳定性。5流体的旋涡运动了解描述涡量场的涡线、涡管、涡管强度及旋涡运动的开尔文定理、亥姆霍茨三定理。了解斜压流体的旋涡形成及伯耶克涅斯定理，建立以涡量场为对象的描述流体运动的涡量输运方程及理想流体的亥姆霍茨方程。了解由涡量场及散度场确定速度场的计算方法和必奥沙瓦定理。了解涡群和兰金组合涡的运动规律。6平面势流理论了解势流叠加原理和典型复势的流动图案。了解分式线形变换，建立直线边界和圆周边界流动的虚像法。利用儒可夫斯基变换，了解绕机翼流动的儒可夫斯基假定和计算机翼升力的儒可夫斯基定理。了解计算作用在物体上的流体动力和力矩勃拉休斯第一公式和二公式。7空间势流及机翼理论了解空间势流问题的奇点法及空间势流的叠加原理。了解根据势流动能、速度势的分解导出广义附加质量的计算式，了解广义附加质量矩阵的几个重要性质。了解三维机翼定常绕流的性质及升力线理论。了解诱导阻力最小的三维机翼平面形状。了解不同展弦比机翼气动特性的换算公式。8水波理论基础了解水波问题的数学提法及长峰规则波的速度势、色散关系和质点运动轨迹随水深的变化。了解波的叠加、波群、波群速、波能和兴波阻力的概念。了解压力扰动兴波和压力点的开尔文波系及由波系叠加而成的船波。9粘性流体动力学了解粘性流动的有旋性、能量耗散性和旋涡的扩散性及层流与湍流两种流动状态的物理特性和判别方法。了解几种简单流动的纳维斯托克斯方程的精确解。了解几种低速流的纳维斯托克斯方程的线性近似解。10相似理论理解量纲分析法、力学相似概念和主要相似准则的意义及应用。11湍流了解湍流主要特性、湍流平均运动的基本方程及雷诺应力张量。了解普朗特的混合长度理论动量输运理论。了解光滑圆管湍流构造、速度分布规律及圆管湍流阻力系数计算公式。了解粗糙度、水力光滑的物理定义、完全粗糙管阻力系数计算公式。了解管路计算一般方法。12边界层理论了解边界层概念和边界层方程式及平板层流边界层的勃拉休斯相似解。了解边界层动量积分方程式及平板阻力计算公式。了解边界层分离的概念和机理，了解形状阻力产生的原因以及通过边界层控制降低阻力、减弱谐鸣的技术。三、实验内容及基本要求1实验 2次 4学时2实验内容量测实验：a.相对平衡旋转液面形状b.动量定理c.点压强测量d.流量系数测定e.沿程阻力系数测定演示实验：激光测速仪测流速；层流、湍流形态观察；粘性、能量转化；流线、涡街；变截面管流等。通过实验应掌握水位、压强、流量的常规量测技能，了解现代测量技术，具有观察分析各类流动现象的能力并具有分析、整理实验数据和编写实验报告的能力。四、对学生能力培养的要求1课内教学活动中，着重使学生加深理解流体运动的特点和基本概念2通过教具、课堂举例、课外习题、实验及小测验等手段来提高教学效果和培养学生应用流体力学知识分析各种流动现象、解决工程实际中流动的力学问题的能力。3课外科技活动和社会实践等教学活动中能力培养的安排及要求：组织观看工程实际中流动现象的录像。提高学生对流体力学知识的应用性和科学性的认识，开拓视野，启发创造性思维活动。组织课外兴趣小组。编制平板摩擦阻力计算程序、管路计算程序等软件。培养学生应用流体力学知识解决工程实际问题的能力。五. 其他需要说明的内