《流体力学》教学大纲

1、流体力学课程教学大纲一、课程基本信息英文名称Fluid Mechanics课程代码MCEN1007课程性质专业必修课程授课对象机械工程/机械电子工程学 分2.0学 时36指定教材张鸣远，流体力学，高等教育出版社，2010年二、课程目标（一）总体目标：本课程是重要的基础理论课程，也是机械工程等有关专业的一门专业技术基础课。通过本课程的学习使学生正确理解和掌握有关的流体力学基本概念、基本理论和基本方法，培养学生独立地分析和求解从工程中简化出来的流体力学问题的能力，为学习专业课、从事技术工作、获取新知识和进行科学研究打下基础。（二）课程目标：（课程目标规定某一阶段的学生通过课程学习以后，在发展德、智

2、、体、美、劳等方面期望实现的程度，它是确定课程内容、教学目标和教学方法的基础。）（五号宋体）课程目标1：掌握流体在静止状态下的力学分析方法、流体与固体之间力的作用，熟知流体运动的数学描述和几何表示方法，培养学生对流体微团运动变形的分析能力，熟练应用连续方程求解简易模型的流体特性。课程目标2：掌握雷诺运输公式，依据质量、动量和能量守恒原理，推导微分和积分形式下的连续方程、能量方程和动量方程；掌握理想流体运动欧拉方程、伯努利方程和的积分及微分形式，培养学生利用此类方程处理工程实际问题的能力。课程目标3：掌握不可压缩粘性流体的N-S方程，明确湍流的概念，掌握雷诺应力和雷诺方程的推导；掌握圆管湍流运动

3、特性和管道阻力的计算；掌握流体的阻力和阻力系数的计算。课程目标4：掌握流体力学中的量纲分析方法和动力相似分析方法，熟知依靠实验和理论相结合从而寻求流动过程规律，培养学生根据量纲分析和动力相似理论获取一些简单流动问题解析解的能力。课程目标5：了解现代流体力学模拟技术的最新动态，了解主流计算流体力学软件，在不同工业领域的应用。（三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系表1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表课程目标对应课程内容对应毕业要求课程目标11、 流体及其主要物理性质2、 流体静力学3、 流体运动概述1.工程知识：1-2 针对机械设计、制造及测控方面的具体对象，能建立数学模型并求解；

4、课程目标24、 理想流体运动基础5、 粘性流体运动基础6、 流体动力学积分方程同上课程目标37、 量纲分析与动力相似2.问题分析：2-1能运用相关科学原理,识别和判断机械产品设计、制造与测控复杂工程问题的关键环节；课程目标48、 管道内的流动同上课程目标59、现代计算流体动力学（CFD）的运用同上三、教学内容第一章 流体及其主要物理性质1.教学目标掌握流体的基本概念和和流体的物理及热力学性质；了解流体力学的研究进展和工程应用背景，激发学习兴趣；了解课程的主要教学内容、学习方法和主要参考资料。2.教学重难点流体的物理性质；流体的连续介质模型。3.教学内容1-1序言1-2流体及连续介质假设1-3密

5、度1-4流体的粘性1-5表面张力1-6流体的热力学性质1-7作用在流体上的力1-8量纲与单位4.教学方法 本章节以课堂授课为主，穿插部分绪论性的视频、研讨题，以提高学生对本课程的理解和认识。第二章流体静力学1.教学目标掌握流体的压强的基本概念，了解静止流体平衡微分方程的推导过程，熟知平衡方程的使用领域和使用方法；掌握重力场作用下静止流体的压强分布特征，了解对压强有影响的各影响参数对压强的影响规律；掌握压强测量的基本原理和方法，熟知压强测量仪器的使用领域和注意事项；了解相对平衡流体的等压面计算方法；掌握流体和结构间相互作用力的分析方法，熟知复杂接触面下接触力的一般求解规律。2.教学重难点欧拉平衡

6、方程，相对静止流体内的压强分布,作用于平面上的流体总压力，作用于曲面上的流体总压力。3.教学内容2-1流体静压强及其特性2-2静止流体平衡微分方程2-3流体的平衡条件2-4重力场中静止流体内的压强分布2-5压强测量2-6相对静止流体内的压强分布2-7作用在平面和曲面上的流体静压力4.教学方法 本章以课堂授课为主，展开知识点的讲解，并通过讲解重点习题加强课堂讲授效果。第三章流体运动概述1.教学目标掌握描述流体运动的欧拉法和拉格朗日法，熟知两方法在流体力学分析中的优缺点；了解分析流体运动中所涉及的迹线、流线和脉线的概念，理解在定常流动和非定常流动下三个概念的相互关系；掌握物质导数的物理意义和推导过

7、程；掌握流体的连续方程，熟知应用连续方程求解连续性问题。2.教学重难点欧拉平衡方程，相对静止流体内的压强分布,作用于平面上的流体总压力，作用于曲面上的流体总压力。3.教学内容3-1描述流体运动的两种方法3-2迹线、流线和脉线3-3物质导数3-4流体微团运动分析3-5连续方程4.教学方法 本章以课堂授课为主，展开知识点的讲解，并通过讲解重点习题加强课堂讲授效果。第四章理想流体运动基础1.教学目标了解欧拉方程及推导，掌握由欧拉方程积分得到伯努利方程的推导过程；掌握伯努利方程在工程中的应用，熟知基于伯努利方程的流量计测量原理和流量计算理论。了解有势流动、速度势和流函数的概念。2.教学重难点欧拉运动微

8、分方程，伯努利方程的物理意义。3.教学内容4-1欧拉方程4-2自然坐标系中的欧拉方程4-3伯努利方程4-4伯努利方程的应用4-5有势流动、速度势和流函数 4.教学方法 本章一方面采用课堂授课的方法，展开知识点的讲解，并通过讲解重点习题加强课堂讲授效果；另一方面，通过采用实验的教学手段，开展伯努利方程实验、文丘里流量计和孔板流量计系数的测定实验、毕托管测流速及流量的方法等实验，使学生巩固对相关知识的掌握。第五章粘性流体运动基础1.教学目标了解粘性流体中的应力，掌握纳维-斯托克斯方程的推导过程和应用领域，掌握在已知边界条件的简单模型下对纳维-斯托克斯方程进行解析求解；掌握两平行平板间和圆管内的粘性

9、流体运动方程并进行理论求解，对流动参数和流动特性有基本的认识和理解；了解湍流的概念，层流和湍流的区别；熟悉雷诺应力的产生机理，掌握雷诺方程的推导过程和应用环境。2.教学重难点纳维-斯托克斯方程的推导及物理意义；平板库埃特流动规律；圆管泊肃叶流动规律；雷诺应力。3.教学内容5-1粘性流体中的应力5-2纳维-斯托克斯方程5-3两平行平板间的库埃特-泊肃叶流动5-4圆管内的泊肃叶流动5-5 湍流概述5-6雷诺应力和雷诺方程4.教学方法 本章一方面采用课堂授课的方法，展开知识点的讲解，并通过讲解重点习题加强课堂讲授效果；另一方面，通过采用实验的教学手段，开展雷诺实验，加深学生对湍流和转捩条件的认识。第

10、六章流体动力学积分方程1.教学目标推导雷诺运输公式，利用雷诺运输公式推导连续方程、能量方程动量方程和动量矩方程；熟知控制体的选择方式，掌握基于连续方程、能量方程、动量方程和动量矩方程对相应工程问题进行理论求解。2.教学重难点雷诺运输公式的推导，动量方程和动量矩方程的实际运用。3.教学内容6-1物质积分的随体导数-雷诺运输定理6-2连续方程6-3能量方程6-4动量方程6-5动量矩方程4.教学方法 本章以课堂授课为主，展开知识点的讲解，并通过讲解重点习题加强课堂讲授效果。第七章量纲分析与动力相似1.教学目标了解流体力学中量纲分析的目的，掌握泊金汉定理和Ipsen方法在量纲为一化中的使用方法；掌握常

11、用的量纲为一的参数，理解动力相似原理，掌握根据相似准则数进行模型实验。2.教学重难点量纲分析方法；主要无量纲数的物理意义；模型试验设计。3.教学内容7-1量纲分析7-2动力相似7-3模型试验4.教学方法 本章以课堂授课为主，展开知识点的讲解，并通过讲解重点习题加强课堂讲授效果。第八章管道内的流动1.教学目标掌握流动阻力与能量损失，掌握流体均匀流的沿程损失计算；掌握在流体模型固定时体积流量同沿程损失间的关系，熟知在已知部分参数时求解剩余参数，掌握局部损失的计算方法；了解非圆形管道的沿程水力损失计算方法。2.教学重难点雷诺数及流态判别，沿程阻力系数的确定，沿程损失和局部损失计算。3.教学内容8-1

12、圆管湍流8-2圆管的沿程水力损失8-3局部水力损失计算4.教学方法 本章一方面采用课堂授课的方法，展开知识点的讲解，并通过讲解重点习题加强课堂讲授效果；另一方面，通过采用实验的教学手段，开展沿程阻力系数测定、局部阻力系数的测定等实验，使学生巩固对相关知识的掌握。第九章现代计算流体动力学（CFD）的运用1.教学目标通过教学使学生了解现代计算流体力学技术的发展，了解CFD在各个工程领域内的应用；了解CFD软件的概况；2.教学重难点现代计算流体力学技术的发展。3.教学内容9-1CFD在现代科学技术中的地位； 9-2CFD的运用领域；9-3现有的CFD技术及通用软件概况； 4.教学方法 本章以课堂授课

13、为主，通过幻灯片结合自身科研实践加强课堂讲授效果。四、学时分配表2：各章节的具体内容和学时分配表章节章节内容学时分配第一章1-1序言1-2流体及连续介质假设1-3密度1-4流体的粘性1-5表面张力1-6流体的热力学性质1-7作用在流体上的力1-8量纲与单位3第二章2-1流体静压强及其特性2-2静止流体平衡微分方程2-3流体的平衡条件2-4重力场中静止流体内的压强分布2-5压强测量2-6相对静止流体内的压强分布2-7作用在平面和曲面上的流体静压力3第三章3-1描述流体运动的两种方法3-2迹线、流线和脉线3-3物质导数3-4流体微团运动分析3-5连续方程4第四章4-1欧拉方程4-2自然坐标系中的欧

14、拉方程4-3伯努利方程4-4伯努利方程的应用4-5有势流动、速度势和流函数 5第五章5-1粘性流体中的应力5-2纳维-斯托克斯方程5-3两平行平板间的库埃特-泊肃叶流动5-4圆管内的泊肃叶流动5-5 湍流概述5-6雷诺应力和雷诺方程7第六章6-1物质积分的随体导数-雷诺运输定理6-2连续方程6-3能量方程6-4动量方程6-5动量矩方程5第七章7-1量纲分析7-2动力相似7-3模型试验3第八章8-1圆管湍流8-2圆管的沿程水力损失8-3局部水力损失计算4第九章9-1CFD在现代科学技术中的地位； 9-2CFD的运用领域；9-3现有的CFD技术及通用软件概况；2五、教学进度表3：教学进度表周次教学

15、内容教时分配目的要求11-1序言1-2流体及连续介质假设1-3密度1-4流体的粘性1-5表面张力1-6流体的热力学性质1-7作用在流体上的力1-8量纲与单位3掌握流体的基本概念和和流体的物理及热力学性质；了解流体力学的研究进展和工程应用背景，激发学习兴趣；了解课程的主要教学内容、学习方法和主要参考资料。22-1流体静压强及其特性2-2静止流体平衡微分方程2-3流体的平衡条件2-4重力场中静止流体内的压强分布2-5压强测量2-6相对静止流体内的压强分布2-7作用在平面和曲面上的流体静压力3掌握流体的压强的基本概念，了解静止流体平衡微分方程的推导过程，熟知平衡方程的使用领域和使用方法；掌握重力场作

16、用下静止流体的压强分布特征，了解对压强有影响的各影响参数对压强的影响规律；掌握压强测量的基本原理和方法，熟知压强测量仪器的使用领域和注意事项；了解相对平衡流体的等压面计算方法；掌握流体和结构间相互作用力的分析方法，熟知复杂接触面下接触力的一般求解规律。3-43-1描述流体运动的两种方法3-2迹线、流线和脉线3-3物质导数3-4流体微团运动分析3-5连续方程4掌握描述流体运动的欧拉法和拉格朗日法，熟知两方法在流体力学分析中的优缺点；了解分析流体运动中所涉及的迹线、流线和脉线的概念，理解在定常流动和非定常流动下三个概念的相互关系；掌握物质导数的物理意义和推导过程；掌握流体的连续方程，熟知应用连续方

17、程求解连续性问题。4-54-1欧拉方程4-2自然坐标系中的欧拉方程4-3伯努利方程4-4伯努利方程的应用4-5有势流动、速度势和流函数5了解欧拉方程及推导，掌握由欧拉方程积分得到伯努利方程的推导过程；掌握伯努利方程在工程中的应用，熟知基于伯努利方程的流量计测量原理和流量计算理论。了解有势流动、速度势和流函数的概念。6-85-1粘性流体中的应力5-2纳维-斯托克斯方程5-3两平行平板间的库埃特-泊肃叶流动5-4圆管内的泊肃叶流动5-5 湍流概述5-6雷诺应力和雷诺方程7了解粘性流体中的应力，掌握纳维-斯托克斯方程的推导过程和应用领域，掌握在已知边界条件的简单模型下对纳维-斯托克斯方程进行解析求解

18、；掌握两平行平板间和圆管内的粘性流体运动方程并进行理论求解，对流动参数和流动特性有基本的认识和理解；了解湍流的概念，层流和湍流的区别；熟悉雷诺应力的产生机理，掌握雷诺方程的推导过程和应用环境。8-96-1物质积分的随体导数-雷诺运输定理6-2连续方程6-3能量方程6-4动量方程6-5动量矩方程5推导雷诺运输公式，利用雷诺运输公式推导连续方程、能量方程动量方程和动量矩方程；熟知控制体的选择方式，掌握基于连续方程、能量方程、动量方程和动量矩方程对相应工程问题进行理论求解。107-1量纲分析7-2动力相似7-3模型试验3了解流体力学中量纲分析的目的，掌握泊金汉定理和Ipsen方法在量纲为一化中的使用

19、方法；掌握常用的量纲为一的参数，理解动力相似原理，掌握根据相似准则数进行模型实验。11-128-1圆管湍流8-2圆管的沿程水力损失8-3局部水力损失计算4掌握流动阻力与能量损失，掌握流体均匀流的沿程损失计算；掌握在流体模型固定时体积流量同沿程损失间的关系，熟知在已知部分参数时求解剩余参数，掌握局部损失的计算方法；了解非圆形管道的沿程水力损失计算方法。129-1 CFD在现代科学技术中的地位；9-2 CFD的运用领域；9-3 现有的CFD技术及通用软件概况；2通过教学使学生了解现代计算流体力学技术的发展，了解CFD在各个工程领域内的应用；了解CFD软件的概况；六、教材及参考书目1、教材：张鸣远，

20、流体力学，高等教育出版社，2010。2、参考书目：1周光坰等，流体力学，高等教育出版社，2011。2孔珑，流体力学，高等教育出版社，2011。3吴望一，流体力学，北京大学出版社，1986。七、教学方法在教学方式上，根据具体教学内容，综合运用课堂讲授和演示、课堂讨论、课堂练习、发现学习法和自学指导法，通过引入问题和启发式教学，使学生更加明确教学内容的知识体系，引导学生主动学习，激发内在学习动机，提高课堂的积极性。在目前的实验教学条件基础上，及时采用实验练习法，强化所学知识的理解和运用，培养学生解决实际问题的能力。在实验教学过程中，引导学生发现问题，思考解决方案，为后续教学内容作铺垫。结合具体教学

21、内容，本课程所采用的教学方法说明如下：1. 流体静力学、流体运动概述、粘性流体运动基础、流体动力学积分方程。教学内容的理论性比较强，涉及大量的数学公式，需要学生前期掌握较深数学知识，理想流体和粘性流体的平衡方程较为复杂。在教学中采用讲授法、讨论法和自学指导发相结合，将抽象问题具体化。在讲授原理的基础上，以欧拉平衡方程和N-S方程为例，充分利用微元分析方式，推导具体的平衡方程，针对简单的物理模型，求解模型的解析解。强化学生对流体力学基本概念的认识和方程的推导能力，引导学生利用流体方程求解工程中常见问题，促进学生对该领域的理解和认识。2. 理想流体运动基础、量纲分析与动力相似、管道内的流动。教学内

22、容涉及理论推导和实验验证，教学时比较容易设计明确的功能目标。在教学中采用讲授法、演示法和实验练习法相结合。在讲授各章节具体理论的基础上，通过添加实验演示的方法，阐述流体力学中所涉及的力学相关实验，启发学生对流体力学的兴趣，为学生进一步研究理论知识打基础。演示实验涉及流速测量、压力测量、水力损失等相关实验，通过演示实验，培养学生的实验意识和注意事项，为学生能独立设计实验提供相应辅导。3. 实验过程。教学内容所涉及流体相关的六项实验，学生亲自操作仪器进行相关实验，主要涉及伯努利方程、雷诺实验、文丘里管和水力损失等，实验内容教丰富，前期需做相应的实验大纲撰写工作。教学中采用实验练习法和发现学习法相结

23、合。学生通过亲自实验，分别测量相关参数或验证相关理论。引导学生正确使用实验设备，完成设备的调试和维护工作，最后学生以完成实验报告的形式结束实验环节，并提交实验心得，阐述实验中的体会。根据学生所感兴趣的具体应用，给学生提供相关参考资料，引导学生自学拓展，强化对学生理论与实际结合的能力、工程问题分析能力的培养。本部分的教学内容将充分结合理论和实验，拓宽学生的视野，从理论知识和实验方面不断更新教学内容。在教学方法的实际执行过程中，每个教学环节都应具有明确的目的性。同时，以上教学方法需要根据教学过程中的实际效果、学生对知识点的掌握和应用情况不断改进。教学效果不好、学生对知识点理解程度不高时，应适当调整

24、教学方法，适当增加演示法或实验训练法，或在讲授后续教学内容时，引导学生前后联系，结合前置难点内容进行讨论，强化知识掌握。在学生对知识掌握情况较好，系统性较好、实验训练效果较好的情况下，适当提高教学内容或实验内容的难度，或增加发现学习法和自学指导法，设置具体应用问题，引导学生探索解决方案。八、考核方式及评定方法（一）课程考核与课程目标的对应关系表4：课程考核与课程目标的对应关系表课程目标考核要点考核方式课程目标1掌握流体在静止状态下的力学分析方法、流体与固体之间力的作用，熟知流体运动的数学描述和几何表示方法，培养学生对流体微团运动变形的分析能力，熟练应用连续方程求解简易模型的流体特性。平时成绩：

25、20%（平时作业、考勤、实验）期中考试：20%（理论考试）期末考试：60%（理论考试）课程目标2掌握雷诺运输公式，依据质量、动量和能量守恒原理，推导微分和积分形式下的连续方程、能量方程和动量方程；掌握理想流体运动欧拉方程、伯努利方程和的积分及微分形式，培养学生利用此类方程处理工程实际问题的能力。课程目标3掌握不可压缩粘性流体的N-S方程，明确湍流的概念，掌握雷诺应力和雷诺方程的推导；掌握圆管湍流运动特性和管道阻力的计算；掌握流体的阻力和阻力系数的计算。课程目标4掌握流体力学中的量纲分析方法和动力相似分析方法，熟知依靠实验和理论相结合从而寻求流动过程规律，培养学生根据量纲分析和动力相似理论获取一

26、些简单流动问题解析解的能力。课程目标5了解现代流体力学模拟技术的最新动态，了解主流计算流体力学软件，在不同工业领域的应用。（二）评定方法表5：课程目标的考核占比与达成度分析表考核占比课程目标平时期中期末总评达成度课程目标125%70%20%分目标达成度=0.2平时分目标成绩+0.2期中分目标成绩+0.6期末分目标成绩/分目标总分课程目标240%30%40%课程目标315%020%课程目标415%020%课程目标55%00（三）评分标准课程目标评分标准90-10080-8970-7960-6960优良中合格不合格ABCDF课程目标1熟练掌握流体在静止状态下的力学分析方法、流体与固体之间力的作用，

27、熟知流体运动的数学描述和几何表示方法，具备对流体微团运动变形的分析能力，熟练应用连续方程求解简易模型的流体特性。较好的掌握流体在静止状态下的力学分析方法、流体与固体之间力的作用，较好的掌握流体运动的数学描述和几何表示方法，具备对流体微团运动变形的分析能力，较好的应用连续方程求解简易模型的流体特性。基本掌握流体在静止状态下的力学分析方法、流体与固体之间力的作用，基本掌握流体运动的数学描述和几何表示方法，具备对流体微团运动变形的分析能力，应用连续方程求解简易模型的流体特性。部分掌握流体在静止状态下的力学分析方法、流体与固体之间力的作用，部分掌握流体运动的数学描述和几何表示方法，具备对流体微团运动变

28、形的分析能力，熟练应用连续方程求解简易模型的流体特性。不能掌握流体在静止状态下的力学分析方法、流体与固体之间力的作用，不能掌握流体运动的数学描述和几何表示方法，不具备对流体微团运动变形的分析能力，不能应用连续方程求解简易模型的流体特性。课程目标2熟练掌握雷诺运输公式，依据质量、动量和能量守恒原理，推导微分和积分形式下的连续方程、能量方程和动量方程；熟练掌握理想流体运动欧拉方程、伯努利方程和的积分及微分形式，具备利用此类方程处理工程实际问题的能力。较好的掌握雷诺运输公式，依据质量、动量和能量守恒原理，推导微分和积分形式下的连续方程、能量方程和动量方程；较好的掌握理想流体运动欧拉方程、伯努利方程和

29、的积分及微分形式，具备利用此类方程处理工程实际问题的能力。基本掌握雷诺运输公式，依据质量、动量和能量守恒原理，推导微分和积分形式下的连续方程、能量方程和动量方程；基本掌握理想流体运动欧拉方程、伯努利方程和的积分及微分形式，基本具备利用此类方程处理工程实际问题的能力。部分掌握雷诺运输公式，依据质量、动量和能量守恒原理，推导微分和积分形式下的连续方程、能量方程和动量方程；部分掌握理想流体运动欧拉方程、伯努利方程和的积分及微分形式，部分具备利用此类方程处理工程实际问题的能力。不能掌握雷诺运输公式，依据质量、动量和能量守恒原理，推导微分和积分形式下的连续方程、能量方程和动量方程；不能掌握理想流体运动欧拉方程、伯努利方程和的积分及微分形式，不具备利用此类方程处理工程实际问题的能力。课程目标3熟练掌握不可压缩粘性流体的N-S方程，明确湍流的概念，熟练掌握雷诺应力和雷诺方程的推导；熟练掌握圆管湍流运动特性和管道阻力的计算；熟练掌握流体的阻力和阻力系数的计算。较