《流体力学》课程教学大纲3

1、大学本科专业培养方案课程教学大纲编 码：ME04014 Code: ME04014课程名称：流体力学 Course Title: Fluid Mechanics课程类别：学类核心 Course category: Core Courses in General Category学 分：3 Credit(s): 3开课单位：机械与运载工程学院 Offering College/School: College of Mechanical & Vehicle Engineering课程描述： 本课程是为能源与动力工程专业学生开设的专业基础课。前导课程包括高等数学，大学物理等。本课程的任务是系

2、统介绍流体的力学性质、流体力学的基本概念、基础理论和常用分析方法、有关的工程应用等，为学生学习相关后续专业课程，如汽车空气动力学、泵与风机、汽车空调等，打下必不可少的基础。本课程主要内容包括流体的定义与性质，流体静力学，流体运动学，流体动力学，相似原理与量纲分析，理想流体运动分析，不可压缩粘性流体的内部流动，不可压缩粘性流体的外部流动,可压缩流体的流动，水力管道分析等。学生需要了解基本的流体力学概念，掌握流体力学基本理论和基本控制方程，了解粘性流动的特殊性，了解流体力学在工程方面的应用，学会利用基础理论去解决实际问题。通过本课程的学习培养学生对简单流体力学问题的分析和求解能力，掌握一定的实验技

3、能，为今后学习专业课程，从事相关的工程技术和科学研究工作打下坚实基础； Course description: This course is one of the core courses in Specialized Education for students who major in Energy and Power engineering. The pre-required coursed include Advanced Mathmatics, Advanced Physics etc. The duties of this course are to systematic intr

4、oduce the mechanical characteristics of fluid, basic concepts and theories, common analysis method and engineering application of fluid, thus laying a solid foundation for their study of follow-up courses such as aerodynamics of ground vehicle, pumps and fans, vehicle air condition etc. The main con

5、tents of this course are the definition and characteristics of fluid, fluid statics, fluid kinematics, fluid dynamics, similarity theory and dimensional analysis, ideal fluid analysis, internal flow of uncompressible viscous flow, external flow of uncompressible viscous flow, compressible flow, hydr

6、aulic pipe analysis etc. The students is needed to know the basic concepts of fluid, understand the basic theory and control equations of fluid, know the special viscous flow, know the application of fluid in engineering problem and solve the problem. The study of this course develops the students a

7、bility to analyze and solve practical fluid problems, to grasp necessary experiment skills, and to apply the basic fluid knowledge in engineering practice and scientific research.课程内容（一）课程教学目标工程流体力学是一门重要的专业基础课，其研究内容是流体处于平衡及运动状态下的力学规律，以及这些规律在工程实际中的应用。通过本课程的学习，使学生具备以下能力： 1、具备解决复杂流动问题所需的流体力学基础知识、基础理论及应

8、用能力（毕业要求1）。2、具备解决复杂工程流动问题所需的流动实验技能、分析数据和解决问题的能力（毕业要求2）。3、通过分析复杂工程问题的影响因素，利用所学基础理论，设计合理的流道结构，论证方案的可行性，降低阻力提高效率。（毕业要求3）。（二）基本教学内容绪论教学目的：绪论主要介绍流体力学的研究对象、研究内容和应用、研究方法，流体力学的发展史与现代科学中的应用。通过本章的教学，要求学生了解流体力学在本学科及相关工程技术领域内的地位和作用，流体力学的发展历史、趋势及新兴学科，培养同学们对流体力学的兴趣与爱好，明确本课程的学习目的与学习要求。教学重点：用生动的图例、动画展示流体力学的实际运用，使同学

9、们总体了解流体力学的魅力。相应毕业要求：1,2,3教学内容：1流体力学研究的内容和方法； 2流体力学的发展简史；3流体力学在现代科学中的应用；4课程的性质、目的与学习要求。学时分配：课堂教学1学时第一章 流体及其物理性质教学目的：第一章主要涉及到流体的力学定义和特征、流体的基本物理性质和液体的表面性质。通过本章的教学，要求学生了解流体力学在本学科及相关工程技术领域内的地位和作用，培养同学们对流体力学的兴趣与爱好，掌握流体与固体的典型区别，深刻理解连续介质模型，了解流体的主要物理性质，掌握不可压缩流体和可压缩流体的定义，流体粘性的定义，理想流体与粘性流体的区别，了解流体的表面张力及毛细现象，能够

10、正确应用牛顿内摩擦定律分析解决液膜条件下流体的运动及及其与固体间的相互作用问题。教学重点：正确理解流体的定义、特征及连续介质的假设；把握液体的特性及主要物理参数（密度、比体积等）；重点掌握粘性和牛顿内摩擦定律的有关概念；了解液体的表面张力和毛细现象。教学难点：连续介质的模型；流体的粘性的定义、原因及影响因素；牛顿内摩擦定律；表面张力等以前未曾接触的新概念。相应毕业要求：1,2,3,教学内容：1-1流体的定义和特征； 1-2流体的连续介质模型；1-3流体的密度、重度、比体积与相对密度； 1-4流体的热膨胀性和可压缩性；1-5流体的粘性； 1-6表面张力及毛细现象。学时分配：课堂教学3学时第二章、

11、流体静力学教学目的： 本章主要讲授的是流体静力学的相关知识。通过本章的教学，要求同学要学会分析作用在流体上的力，理解流体的静压强及特性；掌握流体平衡微分方程、静力学基本方程的推导过程，会使用重力作用下流体静压强的基本公式求解任意点的流体静压强；了解等压面，绝对压强与相对压强，水头与单位势能等基本概念；了解压强测量的计式及测量方法；掌握流体在非惯性坐标系统中液面等压面的形状和内部的压强分布的规律；能利用基本公式求解作用于平面上和曲面上的静水总压力的大小，方向及其作用点（总力矩）。教学重点：流体处于平衡状态的条件和静压强的分布规律、流体平衡微分方程式、流体静力学基本方程式；流体在等加速水平运动和等

12、角速度旋转下自由表面方程的计算和压强分布；静流体对壁面的压力计算（包括任意平面和曲面用公式的计算及矩形平面用图解法的计算）。教学难点：静止流体平衡微分方程的建立；静力学基本方程的推导和应用；静止流体对壁面的压力计算，压力体的概念。相应毕业要求：1,2,3教学内容：2-1作用在流体上的力和流体静压强及其特性； 2-2流体平衡微分方程式；2-3流体静力学基本方程式； 2-4液柱式测压计；2-5流体在非惯性坐标系中的相对平衡； 2-6静止流体对壁面的压力。学时分配：课堂教学6学时，小班讨论2学时第三章、流体运动学基础教学目的：本章主要讨论流体运动的描述方法即流体运动的一些基本概念。以及粘性流体的流动

13、形态即分类和流体的流动分类等基本概念。通过本章的学习，同学们要能够了解流场的概念及其描述方法；了解流体运动的基本概念及其区别；能够根据雷诺数来对流体流动形态进行判定；了解流体的定常、非定常和不同维度的流动状态的划分。教学重点：欧拉法、拉格朗日法描述流体运动的思想；流线和迹线的概念；恒定流与非恒定流、均匀流与非均匀流、渐变流与急变流的定义及其区别；根据雷诺数来对流体层流和湍流的两种不同流动形态进行判定；教学难点：运用欧拉法、拉格朗日法对流体进行描述；流线、迹线的定义、联系与区别。相应毕业要求：1,2,3教学内容：3-1流场及其描述方法； 3-2流体流动的基本参数；3-3粘性流体的流动形态； 3-

14、4流体的流动状态。学时分配：课堂教学2学时第四章、流体动力学基础教学目的：本章讲述流体动力学的基本理论及工程应用，涉及到较多的数学推导，概念多，容易混淆，而且与实际联系密切，是本课程的重中之重。所以，同学们必须讲清楚每一概念及各概念之间的联系和区别，掌握三大守恒定律在流体上的应用。要求能够理解系统与控制体的区别，掌握雷诺输运定理；掌握连续性方程、理想流体运动微分方程式及其积分（欧拉运动方程式）的推导及物理意义；牢固掌握流体运动的总流分析法，能够比较灵活地综合运用连续方程式，能量方程式（伯努利方程式）和动量方程式计算总流问题。教学重点：系统与控制体的概念，雷诺输运定理的推导；流体三大守恒方程式（

15、质量、能量、动量）的微观、积分表达式、物理意义及应用，特别是伯努利方程，要彻底理解方程式的推导、存立条件、各项的流体力学意义，即其几何和物理意义。教学难点：雷诺输运定理；准确理解连续方程、动量方程与动量矩方程、能量方程的推导过程；熟练掌握伯努利方程及其应用。相应毕业要求：1,2,3教学内容：4-1系统与控制体； 4-2输运公式； 4-3流体流动的连续性方程； 4-4理想流体的运动微分方程；4-5理想流体微元流束的努伯利方程； 4-6努伯利方程的应用；4-7动量方程； 4-8动量矩方程；4-9实际流体的运动微分方程。学时分配：课堂教学8学时，小班讨论2学时第五章、量纲分析与相似原理教学目的：量纲

16、分析与相似原理是知道和分析实验的重要方法，通过量纲分析和相似原理可以合理的、正确的组织实验，简化实验以及整理实验成果。因此，通过本章的学习同学们要达到：理解基本量纲、导出量纲、无量纲量、量纲的和谐原理及其分析方法；掌握定理；掌握流动相似的基本概念；动力相似准则及理解模型设计的基本方法；能应用量纲和谐原理进行量纲分析；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；能灵活应用相似原理进行模型设计。教学重点：量纲的概念，基本量纲及导出量纲；量纲分析法及定理；流体流动的几何相似、运动相似及动力相似准则；流动相似原理；基本相似准则数。教学难

17、点：相似原理和量纲分析法是以前未曾接触过的，但它们是最基本的试验研究的理论处理方法，必须熟练掌握。相应毕业要求：1,2,3教学内容：5-1量纲分析； 5-2相似的概念；5-3相似原理及相似准则数； 5-4近似模化实验。学时分配：课堂教学2学时第六章、不可压缩流体的理想流动教学目的：本章主要讲解不可压缩流体的理想流动中的优选流动的一些基本概念。通过本章的学习同学们要掌握理想流体运动有旋运动的基本概念（涡线，涡管，涡束等）；能正确判断理想流体的二维和三维流体流动中的有旋与无旋问题；掌握速度势函数、流函数及两者关系；明确几种基本平面势流及势流的叠加方法。教学重点：有旋无旋的概念；涡线、涡管的概念；流

18、函数的定义及特性，势函数的定义及特性；势函数的叠加求解。教学难点：势函数、流函数的定义及流场的求解相应毕业要求：1,2,3教学内容：6-1理想流体的有旋运动； 6-2速度势，流函数，流网；6-3基本平面势流； 6-4基本平面势流的叠加。学时分配：课堂教学4学时第七章、不可压缩粘性流体的内部流动教学目的：通过本章的学习，同学需要确定粘性流体的能量方程（如粘性流体总流能量方程，分流与合流时粘性流体的能量方程等）；正确理解沿程阻力和局部阻力的物理概念；掌握圆管层流，平板层流公式的推导，熟悉其流速、切应力分布、流量分析以及沿程损失系数的计算；掌握圆管湍流沿程阻力系数的函数关系式、它的速度分布与沿程损失

19、计算；了解普朗特混合长度理论；熟悉尼古拉兹实验及莫迪图；理解局部阻力的理论推导及计算；掌握总能量损失与伯努利方程的联合求解。教学重点：圆管层流，平板层流的运动规律，圆管湍流，普朗特混合长度理论，莫迪图，沿程损失、局部损失，管内流动能量损失的计算。教学难点：圆管层流、圆管湍流的特点、计算；沿程损失、局部损失的理论推导计算及与守恒方程的联合求解。相应毕业要求：1,2,3教学内容：7-1管内流动的能量损失； 7-2流动阻力；7-3圆管内流层； 7-4平板间的层流；7-5管内湍流； 7-6沿程阻力系数和局部阻力系数。学时分配：课堂教学6学时，小班讨论2学时第八章、不可压缩粘性流体的外部流动教学目的：本

20、章主要针对自然界和工程实际中存在着的大量的流体绕物体流动现象，在边界层的基本概念的基础上对粘性流体绕流运动进行分析讨论。要求学生要了解边界层的定义与基本特征；重点掌握边界层的动量积分方程，掌握绕平板流动边界层的近似计算与曲面流动边界层的分离现象；了解绕流阻力与升力。教学重点：边界层动量积分方程；平板流动（层流动，湍流动，混合）边界层的近似计算；边界层的分离；形状阻力、摩擦阻力及总阻力。教学难点：绕平板流动边界层的近似计算，边界层的分离，形状阻力。相应毕业要求：1,2,3教学内容：8-1边界层； 8-2边界层的动量积分方程；8-3绕平板流动边界层的近似计算； 8-4绕曲面流动及边界层的分离；8-5绕流阻力及升力。学时分配：课堂教学4学时第九章、可压缩流体的流动教学目的：本章主要介绍可压缩流体动力学的一些最基本知识，要求同学掌握可压缩流体一元恒定流动的基本方程；正确理解压力波的传播、声速和马赫数的概念；掌握完全气体一元等熵恒定流动、滞止状态、临界状态及极限速度；了解可压缩流体在变截面管中的流动。教学重点：音速、马赫数的概念，气体一元等熵流动的特性，滞止参数、临界参数；激波。教学难点：气体一元等熵流动的特性、激波及相关计算。相应毕业要求：1,2,3教学内容：9-1气体动力