《流体力学》教学大纲---武汉理工大学---网络学堂

流体力学教学大纲课程编号：课程名称：流体力学/fluid mechanics学时/学分：64/4(其中含实验6学时)先修课程：高等数学，工程数学，大学物理，理论力学，材料力学适用专业：船舶与海洋工程开课院、系：交通学院、流体力学教研室一、课程的性质与任务该课程为船舶与海洋工程专业学科基础课中开设的一门必修课，是船舶工程专业的一门重要基础课，学生在学习完高等数学、工程数学理论力学、材料力学的基础上，掌握本课程的基本概念和一般原理，为后续专业课程的学习打下基础，并能运用所学的方程和方法去解决工程实际中的有关流体力学问题。本课程的各个教学环节应注重培养学生的自主学习，分析问题、解决问题以及创新思维能力的培养。二、课程的教学内容、基本要求及学时分配（一）教学内容1.绪论：流体力学与专业的关系，流体属性，连续介质模型，作用于流体上的力。 2.流体静力学：欧拉方程，静力学基本方程,重点讲授平板上的作用力及压力中心,曲壁上的作用力，阿基米德定理。3.流体运动学：研究流体运动两种方法，几个基本概念，连续性方程，流体微团运动分析，旋涡运动与无旋运动，速度势与流函数。 4.理想流体动力学：欧拉运动方程、拉格郎日积分，伯努利积分及伯努利方程的几何意义、物理意义及其应用，动量定理及应用。5.粘性流体动力学基础：NS方程，二元平板间流动 6.粘性流体一元流动：两种流态、圆管内层流、湍流及特性、沿程、局部阻力，简单管路计算。 7.边界层理论：边界层概念，边界层动量积分方程，平板边界层，边界层分离，船体摩擦阻力计算，减少粘性阻力的方法。 8.旋涡理论：旋涡运动概念、汤姆逊定理、海姆霍兹定理，毕沙定理及应用，兰金组合涡。 9.势流理论：不可压缩流体平面无旋流动的求解思路，理想流体流动物面条件，几种简单平面势流、绕圆柱的有环量流与无环量流动，附加惯性力与附加质量。 10.波浪理论：波浪运动的基本方程、边界条件，微振幅波前提、以及波速、波长、周期等参数，流体质点运动规律，压力分布，水波分类，波能与兴波阻力，波群与波群速。11.相似理论：相似概念、方程分析法、因次分析法、模型试验及实验结果的换算。 12机翼理论：机翼几何特性和流体动力特性，库塔如可夫斯基定理，升力线理论，有限翼展机翼概念。（二）基本要求1.正确理解并熟知如下列基本概念：流体密度，重度，粘性，连续介质模型，作用于流体上的力， 静压分布规律，压力中心，浮力，研究流体运动两种方法，定常流及非定常流，均匀流，一维流，二维流，三维流，流体质点加速度，迹线，流线及其特点，流束，流管，过流断面，流量，流体微团运动形态与形变速率的关系，有旋、无旋运动，速度势和流函数存在的条件及其特点，伯努利方程几何意义、物理意义，涡线，涡管，漩涡强度，诱导速度，平面势流，理想流体流动物面条件，驻点，升力，阻力，附加惯性力与附加质量，微振幅波条件、波速、波长、周期，频率，自由面形状，流体质点运动规律，压力分布，水波分类，波能，兴波阻力，波群，群速，粘性流体物面条件，平行平板间层流，相似准则数，粘性流体两种流态及准则、圆管内层流、湍流及特性、沿程阻力、局部阻力，边界层，摩擦阻力，边界层分离、形状阻力、绕流阻力及减阻方法，边界层两个厚度及物理意义，机翼几何特性、流体动力特性、库塔如可夫斯基定理，有限翼展机翼，下洗速度，下洗角，诱导阻力，升力线理论等概念。 2.主要掌握如下内容：微分体积法建立方程的方法,熟练计算静止流体作用于平板、曲壁上的合力和压力中心。欧拉法表示的流体质点的加速度的计算、不可压缩流体一元流动的连续性方程的应用、有旋运动与无旋运动的及判别，速度势函数和流函数与流动速度关系。伯努利积分及伯努利方程的几何意义、物理意义及其应用，动量定理及应用。掌握NS方程推导的思路，各项的意义，二元平板间粘性流体流动特点。 熟知粘性流体两种流态及其判别，掌握简单管路的水力计算。熟知层边界层分离、形状阻力及减阻方法、运用边界层卡门动量积分方程求解平板边界层问题、掌握船体摩擦阻力的计算方法。熟知旋涡运动特点，兰金组合涡的压力、速度分布规律，毕沙定理应用。 熟知几种简单势流，绕圆柱有环流动与无环流动特性，运用势流迭加法求解简单问题。 掌握微振幅波运动的基本方程、边界条件，流体质点运动规律，压力分布，自由面形状、波速、波长、周期，群速等波浪运动参数的计算。掌握定理的应用，运用相似准则数指导模型试验及试验结果的换算。熟知机翼几何特性、流体动力特性、库塔如可夫斯基定理，了解升力线理论。 （三）学时分配 教学环节课程内容 学时讲课习题课实验小计绪 论11流 体 静 力 学3.50.54流 体 运 动 学 60.50.36.8理想流体动力学5.50.50.76.7粘性流体动力学基础44粘性流体一元流动459边 界 层 理 论60.56.5旋 涡 理 论55势 流 理 论60.56.5波 浪 理 论66相 似 理 论40.54.5机 翼 理 论44合 计553664（四）课程内容的重点、难点重点：作用于流体上的力，静止流体作用于平板、曲壁上的压力及压力中心,研究流体运动的两种方法，流线及其特性，连续性方程，流体微团运动分析，旋涡运动与无旋运动，速度势与流函数。伯努利积分及几何意义、物理意义及其应用，动量定理及应用。汤姆逊定理，毕沙定理及应用，兰金组合涡。平面势流求解思路、理想流体物面条件，几种简单平面势流、绕圆柱有环流与无环流，附加惯性力与附加质量。波浪运动基本方程、边界条件，微振幅波前提、特点、性质，水波分类，波能与兴波阻力，波群与波群速。NS方程，二元平板间层流。相似理论、因次分析法、相似准则数应用。 粘性流体两种流态、圆管内层流、湍流及特点、沿程阻力、局部阻力，简单管路计算。边界层概念，边界层动量积分方程，平板边界层，曲面边界层分离，减少粘性阻力方法。机翼几何特性和流体动力特性，库塔如可夫斯基定理，有限翼展机翼概念。难点：压力体，欧拉法表示的流体质点的加速度，流线，涡线、动量定理应用，附加质量，波群与波群速，曲面边界层分离，有限翼展机翼概念。 三、课程改革与特色本课程使用了多媒体教学；实行考教分离，从与教材配套的试卷库中调用考卷统一考试。实验课实行了开放性实验教学。四、推荐教材及参考书教材： 流体力学，主编：王家楣、张志宏、马乾初，出版社：大连海事大学出版社，2010.参考书：1.流体力学，主编：张兆顺、崔桂香，出版社：清华大