《流体力学》教学大纲.doc

流体力学教学大纲一、课程基本信息开课单位 机械院工程力学系课程代码 EM04006课程名称 流体力学英文名称 Fluid Mechanics课程类别学类核心课程 学分 4总 学 时 64+12+8=84教学+讨论+实验先修课程高等数学、理力、材力开课学期 5适应专业 工程力学二、课程概述 中文：本课程是工程力学专业的学类核心课程，以高等数学、理论力学、材料力学为前导课程，着重培养学生分析解决实际工程中流体力学问题的能力。本课程主要包括流体的平衡、流体力学的基本方程、不可压缩无粘流动、涡旋运动、平面势流等，强调应用这些基本概念及定律分析与流体力学相关的工程问题，学生需了解流体力学的发展现状和趋势，理解流体力学中的基本概念、基本理论及基本定律，掌握流体力学的实验、分析与数值计算的基本技能与基本方法，并能灵活运用这些基本概念及定律分析与流体力学相关的工程问题。通过学习本课程，让学生学会流体力学基本理论，获得解决流体工程问题的基本技能，锻炼和提升对复杂的流体工程问题进行简化，从而建立数学模型并进行求解的能力。英文：This is a basic course for majors of engineering mechanics, aiming at students physical concepts and basic principles commonly used to analyze engineering problems related to fluid mechanics, thus laying a solid foundation for their research and design in aerospace, mechanical, civil, chemical, environmental and ocean. The applications of the dimensional and order analysis method in engineering are emphasized in this course. The study of this course develops the students ability to simplify the complex problems, present and solve the mathematic model of related engineering problems. The main contents of this course are the basic equations of fluid mechanics, incompressible in-viscid flow, the motion of vortex, dimensional analysis, incompressible viscid flow.Prerequisites: Advanced Mathematics, Mathematics Physics Equation, Field Theory，Theoretical Mechanics，Mechanics of Materials.三、课程内容（一） 课程教学目标设置本课程是为了让工程力学专业的学生对工程力学专业知识体系的重要组成板块之一的流体力学进行较为系统的学习，并深度掌握与理解，具备应用流体力学的基本知识和基本理论分析解决生产实际工程问题的能力。本课程对学生达到毕业要求有如下贡献：1. 知晓流体力学的发展现状和趋势，应用流体力学及其软件在机械、土木、航空航天和材料等工程领域解决与流体相关的技术问题；2. 具备对复杂的流体工程问题进行简化、建立数学模型并进行求解的能力；3. 具有针对复杂工程问题中的流体系统进行流体力学计算和技术设计的能力；4. 具有针对复杂流体工程问题开展实验研究的能力；5. 了解和初步掌握流体力学现代计算技术，进行流体力学问题的仿真计算。（二） 基本教学内容绪论教学目的与要求：掌握流体力学的研究方法、流体力学中常用的数学基础知识。教学重点： 流体的三大研究方法：实验方法、分析方法、数值计算；数学基础知识。教学难点：三大研究方法之间的关系、数学基础知识。教学内容：三大研究方法的主要特点、流体力学的研究对象、特点及学习方法、流体力学常用的数学知识。学时分配：2课时。第一章、流体的物理性质和物理运动物理量的描述教学目的与要求：掌握流体的定义和物理特性，用于流体力学研究的基本简化假设；描述流体的两者方法；流体的运动分解。教学重点： 流体的三大特征；流体的连续介质假设；描述流体运动的欧拉方法和拉格朗日方法。教学难点：连续介质假设；牛顿內摩擦定律；表面张力。教学内容：流体的定义与主要特征、流体的主要物理性质、流体的连续介质模型、流体运动分析及其描述流体的方法、迹线与流线、质量力与表面力、应力张量。学时分配：6课时。第二章、流体的平衡教学目的与要求：掌握流体力学的基本概念，流体静压强的分布规律，压强的计量基准和计量单位，了解液柱测压计的工作原理，掌握作用在平面和曲面上的流体总压力的特性和计算、流体在惯性坐标系中平衡。教学重点：流体静压强及其特性、流体静力学基本方程及其应用、液体在非惯性坐标系中的相对平衡、静止液体作用在平面和曲面上的总压力、欧拉平衡方程。教学难点：流体的相对平衡、平面和曲面上的流体总压力计算、流体中物体所受压强合力的计算。教学内容：作用在流体上的力、流体平衡微分方程、流体的静力学基本方程、流体静压强特性及其分布规律、液体在非惯性坐标系中的相对平衡、静止液体作用在壁面上的总压力。学时分配：6课时。第三章、流体运动的基本方程组教学目的与要求：掌握流体系统与控制体的概念、流体力学基本方程组。教学重点：应用六面体建立微分形式的流体力学基本方程组。教学难点：雷诺输运定理、微分形式和积分形式的流体力学方程组。教学内容：系统与控制体、雷诺输运方程、连续性方程、运动方程、能量方程、初始条件与边界条件、流体力学的理论模型、基本方程组的工程应用。学时分配：9课时。第四章、流体的积分关系式及其应用教学目的与要求：掌握积分形式的流体力学的基本方程：连续性方程、伯努利方程、拉格朗日积分、能量方程、动量方程和角动量方程的推导及其工程应用。教学重点：兰姆-葛罗米柯方程简化为伯努利与拉格朗日积分；积分形式流体力学方程组的应用。教学难点：无粘性流体运动方程的简化、拉格朗日与伯努利积分及其应用、动量定理的应用、动量矩定理的应用。教学内容：无粘性流体运动方程的简化、流体流动的连续性方程、拉格朗日与伯努利方程及其应用、动量定理、角动量定理积分形式的守恒方程、定常欧拉运动微分方程的积分求解。学时分配：9课时。第五章、流体的涡旋运动教学目的与要求：掌握流体涡旋运动的基本概念和运动性质、涡旋所感生的流体运动公式，产生涡旋的原因和与描述涡旋运动相关定理与理论。教学重点：涡旋运动的基本概念和涡量输运方程、涡旋运动的性质、涡对、卡门涡街、兰金组合涡的分析。教学难点：涡旋运动的产生、扩散及衰减涡旋运动的速度场、以开尔文和亥姆霍兹表示的涡线、涡面和涡管的保持性。教学内容：涡旋运动的基本概念和运动性质、涡旋运动的基本概念和涡量输运方程、涡旋运动的性质、涡线、涡面和涡管的保持性、涡对、卡门涡街、兰金组合涡的分析。学时分配：10课时。第六章、无粘性不可压缩粘性流体的无旋流动教学目的与要求：掌握速度势函数及基本方程组、平面运动的流函数、平面运动的复势、掌握二种求复势函数的方法：奇点法叠加法、镜像法教学重点：平面运动的流函数、平面运动的复势、求复势函数的方法。教学难点：速度势函数及基本方程组、求复势函数的方法、平面运动的求解流函数的拉普卡斯方程、柱体的绕流的受力及其达朗伯佯谬。教学内容：速度势函数及基本方程组、平面运动的流函数、平面运动的复势、掌握二种求复势函数的方法：奇点法叠加法、镜像法、平面运动的求解流函数的拉普卡斯方程、柱体的绕流的受力及其达朗伯佯谬、粘性流体绕流物体的阻力。学时分配：10课时。第七章、量纲分析与相似原理教学目的与要求：理解相似概念、相似准则及模型试验，了解量纲分析法。教学重点：相似准则、相似准数、模型试验。教学难点：流动的相似概念、五个相似准数、量纲分析及定理的应用。教学内容：量纲分析、相似原理、模型实验。学时分配：4课时。四、考核方式 流体力学考核及成绩评定方式最终成绩由平时作业成绩与出勤、平时测验成绩、期中考试、实验成绩和期末成绩等组合而成。各部分所占比例如下：l 平时作业成绩与出勤：15%。主要考核对每堂课知识点的复习、理解和掌握程度。l 平时测验成绩、期中考试：20%。l 期末考试成绩：50%。题型：1、填空题；2、计算题等。l 实验成绩：15%。由实验老师评定给分。五、持续改进方法 教学内容的持续改进：及时将流体力学的新进展、工程实际问题中流体力学的新应用和本人承担课题中的与流体力学相关的内容融入课堂教学中。 教学方法的持续改进：本课程教学拟采用课堂教学（含小班讨论）为主，结合学生自学、章节自我总结、主题发言与讨论、实验教学等开展多种方式教学，老师应与学生经常沟通，总结与分析这些教学方式的教学效果，及时调整和加强适合学生的教学方式。六、教材及参考书教 材： 流体力学（周光坰），高等教育出版社参考书： 流体力学（吴望一），北京大学出版社 水力学（清华大学水力学教研组编），高等教育出版社 工程流体力学（侯国祥、孙江龙等），机械工业出版社 工程流体力学（孙文策），大连理工大学出版社 工程流体力学（杨小龙、孙石等），中国水利水电出版社七、授课手段（教学方法） 以课堂教学（含小班讨论）为主，结合学生自学、章节自我总结、主题发言与讨论、实验教学等开展多种方式教学。课堂教学主要讲解流体力学的基本概念、基本理论以及基本分析方法，并将自然现象、日常生活中遇到的流体力学问题以及工程中的流体力学问题等融入基本理论的教学，使学生更好地熟悉或掌握流体力学的基本理论，提高学生对流体力学的学习兴趣、熟悉流体力学的理论体系、思维方式和研究方法。课堂教学尽量引入互动环节，使学生能更好地融入课堂教学，提高教学效果。小班讨论主要是以与课堂教学重要内容相关的工程问题为基础，围绕一个或若干个主题进行研讨