《流体力学》课程教学大纲2

1、大学本科专业培养方案课程教学大纲编 码：EM04032 Code: EM04032 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：4 Credit(s): 4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

2、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。Course description: This is a basic course for majors of engineering mechanics, aiming at students physic

3、al 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

4、 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-

5、viscid flow, the motion of vortex, dimensional analysis, incompressible viscid flow. Prerequisites: Advanced Mathematics, Mathematics Physics Equation, Field Theory，Theoretical Mechanics，Mechanics of Materials.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

6、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（毕业要求1）； 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（毕业要求2）； 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（毕业要求2）； 4. 具有针对复杂流体工程问题开展实验研究的能力（毕业要求3）； 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（毕业要求3）。（二） 基本教学内容绪论教学目的：掌握流体力学的研究方法、流体

7、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。相应毕业要求: 1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：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。相应毕业要求：2、3教学内容：流体的

8、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：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。相应毕业要求：2、3教学内容：作

9、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：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。相应毕业要求：2、3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：8课时。第四章、流体的积分关系式及其应用教学目的：掌握积分形式的流体力学的

10、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。相应毕业要求：2、3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：8课时。第五章、流体的涡旋运动教学目的：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

11、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。相应毕业要求：2、3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：8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：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

12、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。相应毕业要求：2、3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：8课时。第七章、量纲分析与相似原理教学目的：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。相应毕业要求：2

13、、3教学内容：量纲分析、相似原理、模型实验。学时分配：4课时。第八章、不可压缩粘性流体的内部流动教学目的：掌握粘性流体的能量方程；正确理解沿程阻力和局部阻力的物理概念；掌握圆管层流运动规律，熟悉其流速、切应力分布、流量计算以及沿程损失系数的计算；掌握圆管湍流沿程阻力系数、速度分布与沿程损失计算；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，管流中能量损失规律。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

14、导计算及与守恒方程的联合求解。相应毕业要求：2、3教学内容：管内流动的能量损失；流动阻力；圆管内流层；平板间的层流；管内湍流； 沿程阻力系数和局部阻力系数。 学时分配：6课时。考核方式本课程考核采用闭卷考试的形式期评成绩占比：1.平时成绩一（考勤、课堂讨论）占20% 2.平时成绩二（作业、实验）占30% 3.期末考试成绩（闭卷）占50%l 实验成绩由实验老师评定给分。持续改进方法1、采用先进的教学手段、方法和教学理念。2、各章节布置一定量的习题。3、学生自学较容易理解的章节，分组准备材料并小组课堂派人主讲，讨论，章节自我总结。4、对重点、难点内容安排小班讨论课。5、课后对疑难问题安排答疑。6、

15、教学环节中结合工程应用实例讲授。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授课手段（教学方法） 本课程的课堂教学以课堂多媒体演示和板书结合的方式进行讲授。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