《流体力学》教学大纲

1、流体力学教学大纲一、基本信息 课程名称流体力学课程编号ENSE3113英文名称Fluid Mechanics课程类型专业基础课总学时54理论学时54实验学时0实践学时0学分3预修课程高等数学，大学物理，工程力学适用对象环境工程课程简介课程的主要内容包括流体静力学，流体动力学，量纲分析与相似原理，流动阻力和能量损失，有压管流，明渠均匀流，孔口管嘴闸孔出流和堰流，渗流等。学生通过该课程的学习，掌握流体的基本力学性质；理解外力作用下，流体的静止与运动规律；掌握流体与边界的相互作用。课程的学习将有利于数理、力学基础知识的巩固与提高，培养分析、解决实际问题的能力，为后续专业课程学习及环境工程实践奠定基础

2、。二、教学目标及任务“流体力学”作为环境工程专业的专业基础课，是连接前期基础课程和后续专业课程的桥梁。学生通过该课程的学习，掌握流体的基本性质，流体静止与运动的规律及流体与边界的相互作用、明渠流、管流、堰流等知识，具备流体计算（水力计算）的基本技能，为解决环境工程专业中的相关流体力学问题奠定基础。本课程支撑环境工程专业毕业要求1、2、3、4、5和6。三、学时分配 教学课时分配章节章节内容讲课实验实践合计绪论工程流体力学的任务及研究对象；流体的主要物理力学性质；作用在流体上的力；流体力学的研究方法33第一章流体静力学99第二章流体动力学基础99第三章量纲分析与相似原理33第四章流动阻力和能量损失

3、99第五章有压管流66第六章孔口管嘴闸孔出流和堰流66第七章明渠均匀流66第八章渗流33合计5454四、教学内容及教学要求绪论第一节 流体力学的任务和发展简史第二节 连续介质假定与流体的主要物理性质1. 连续介质假设2. 流体的主要物理性质习题要点：牛顿内摩擦定律的理解与应用第三节 作用在流体上的力习题要点：质量力与表面力的概念第四节 流体力学的研究方法本章重点、难点：黏性、牛顿内摩擦定律、质量力、表面力、连续介质概念。本章教学要求：了解流体力学的发展简史，了解本课程在专业及工程中的应用；掌握流体主要物理性质，特别是黏性和牛顿内摩擦定律；理解作用在流体上的力；掌握连续介质、不可压缩流体及理想流

4、体的概念；了解研究流体运动规律的一般方法。第一章 流体静力学第一节 流体静压强特性第二节 流体平衡微分方程1. 流体平衡微分方程2. 流体平衡微分方程的积分3. 等压面习题要点：流体平衡微分方程的推导第三节 流体静力学基本方程1. 流体静力学基本方程2. 压强的表示方法3. 测压计习题要点：流体静力学基本方程的应用，压强表示与计算第四节 液体的相对平衡1. 液体的相对平衡2. 液体的相对平衡在生产中的应用习题要点：等压面方程，压强分布规律第五节 作用在平面上的液体总压力1. 图解法2. 解析法习题要点：平面静水总压力的计算第六节 作用在曲面上的液体总压力习题要点：曲面静水总压力的计算本章重点、

5、难点：静压强及其特性，点压强的计算，静压强分布图，压力体图，作用于平面 壁和曲面壁上的液体总压力，流体平衡微分方程的建立与应用。本章教学要求：理解流体静压强的概念；掌握静水压强的特性，压强的表示方法及计量单位；掌握流体微分方程及其物理意义；掌握液柱式测压仪的基本原理；熟练掌握平衡流体静压强的分布规律及点压强的计算方法；掌握作用于平面壁和曲面壁上的液体总压力的计算。第二章 流体动力学基础第一节 描述流体运动的二种方法1. 拉格朗日法2. 欧拉法3. 流线 迹线 脉线习题要点：流线与迹线方程求解第二节 描述流体运动的概念习题要点：掌握流体运动的概念第三节 流体运动的类型习题要点：掌握流体运动类型及

6、其特性第四节 流体运动的连续性方程1. 流体运动的连续性微分方程2. 总流的连续性方程3. 流体流量的测量习题要点：连续性方程推导与应用；流量计的类型及原理第五节 流体微元运动的基本形式1. 流体微元运动形式的分析2. 速度分解定理习题要点：流动线变率、角变率、角转速计算第六节 无涡流和有涡流习题要点：流动无涡与有涡的判别第七节 理想流体运动微分方程1. 欧拉运动微分方程2. 葛罗米柯（兰姆）运动微分方程习题要点：运动微分方程的推导第八节 理想流体元流能量方程1. 理想流体运动微分方程的积分. 元流的伯努利方程2. 功能原理推导理想流体元流伯努利方程3. 理想流体元流伯努利方程的物理意义和几何

7、意义4. 皮托管习题要点：皮托管的应用第九节 实际流体的运动微分方程1. 以应力表示的实际流体的运动微分方程2. 流体质点的应力状态3. 实际流体的运动微分方程-纳维-斯托克斯方程习题要点：运动微分方程的推导第十节 实际流体总流的伯努利方程1. 渐变流过水断面上动水压强的分布规律 2. 恒定总流能量方程3. 总流能量方程的应用条件和应用方法4. 文丘里管习题要点：总流能量方程的应用第十一节 总流的动量方程1. 总流的动量方程2. 总流动量方程的应用条件和应用方法习题要点：总流动量方程的应用本章重点、难点：迹线与流线，流体流动的基本概念，无旋流与有旋流，连续性方程、伯努利方程、动量方程及其应用。

8、本章教学要求：了解描述流体运动的两种方法，建立以流场为对象的描述流体运动的概念；了解流体微团运动的基本形式，理解有势流动和有旋流动，能判别有涡流与无涡流；了解流体运动的微元分析法；掌握理想流体运动微分方程及其伯努利积分；了解纳维 斯托克斯方程及其各项的物理意义；掌握流体运动的总流分析法，能综合运用连续性方程、总流能量方程和动量方程计算总流问题。第三章 量纲分析与相似原理第一节 量纲分析1. 量纲和单位2. 量纲和谐原理3. 瑞利法4. 定理习题要点：定理的应用第二节 流动相似的概念1. 几何相似2. 运动相似3. 动力相似4. 初始条件与边界条件相似5. 牛顿一般相似原理习题要点：相似概念的理

9、解第三节 相似准则1. 重力相似准则2. 粘滞力相似准则3. 压力相似准则4. 相似准则5. 表面张力相似准则习题要点：相似准则的应用第四节 准数方程习题要点：准数方程概念理解第五节 模型试验1. 雷诺模型2. 弗劳德模型习题要点：原型与模型的转换本章重点、难点：量纲分析法，相似原理，相似准则。本章教学要求：理解相似的概念、相似准则和对实验的指导意义；掌握量纲分析方法及其初步运用；了解模型实验方法及内容。第四章 流动阻力和能量损失第一节 流动的2种流动形态层流和湍流1. 雷诺实验层流和湍流2. 流态的判别准则临界雷诺数习题要点：流态的判别第二节 恒定均匀流基本方程沿程损失的表示式1. 均匀流基

10、本方程2. 沿程损失的普遍表示式习题要点：均匀流基本方程推导，切应力分布第三节 层流沿程损失的分析和计算习题要点：沿程阻力损失的计算第四节 湍流理论基础1. 层流向湍流的转变2. 湍流的脉动与时均法3. 湍流的基本方程雷诺方程4. 湍流的半经验理论5. 粘性底层.光滑壁面.粗糙壁面习题要点：湍流理论理解第五节 湍流沿程损失的分析和计算1. 尼古拉兹实验2. 湍流光滑区沿程阻力系数的确定3. 湍流粗糙区沿程阻力系数的确定4. 实用管道沿程阻力系数的确定5. 非圆形管道沿程损失的计算6. 计算沿程损失的经验公式习题要点：沿程损失的计算第六节 局部损失的分析和计算1. 局部损失的分析2. 局部损失的

11、计算习题要点：局部损失的计算本章重点、难点：雷诺数及流态判别，圆管层流运动规律，沿程阻力系数的确定，沿程损失和局部损失计算。本章教学要求：了解流动阻力和水头损失的分类；雷诺实验过程及层流、紊流的流态特点，熟练掌握流态判别标准；了解沿程水头损失与切应力的关系；掌握圆管过流断面上的流速分布、水头损失与平均流速的关系，沿程阻力系数与雷诺数的关系；了解紊流脉动与时均化，紊动附加切应力，混合长度理论；掌握阻力系数的确定方法；掌握管路沿程损失和局部损失的计算；了解边界层概念，边界层的分离，绕流阻力。第五章 有压管流第一节 简单短管中的恒定有压流1. 自由出流2. 淹没出流3. 简单短管中有压流计算的基本问

12、题和方法习题要点：简单短管恒定有压流的计算第二节 简单长管中的恒定有压流习题要点：简单长管恒定有压流的计算第三节 复杂长管中的恒定有压流1. 串联管道2. 并联管道习题要点：复杂长管恒定有压流的计算第四节 沿程均匀泄流管道中的恒定有压流1. 沿程连续均匀泄流2. 沿程多孔口等间距等流量出流习题要点：沿程均匀泄流管道计算第五节 管网中的恒定有压流计算基础1. 枝状管网2. 环状管网习题要点：枝状管网计算、环状管网平差计算本章重点、难点：重点：短管、长管水力计算。本章教学要求：掌握短管(虹吸管、水泵吸水管、有压涵管等)的水力计算、简单长管、串联并联长管、沿程泄流、枝状管网的水力计算，理解环状管网的

13、水力计算的原理与方法，了解有压管路中水击产生的原因及危害预防。第六章 孔口、管嘴、闸孔出流和堰流第一节 恒定薄壁孔口出流1. 孔口出流分类2. 薄壁小孔口自由出流3. 薄壁大孔口自由出流4. 薄壁孔口淹没出流习题要点：孔口出流计算第二节 管嘴出流1. 圆柱形外管嘴出流2. 其他类型管嘴的出流习题要点：管嘴出流流量计算第三节 闸孔出流1. 无底坎闸孔出流流动现象的分析2. 无底坎闸孔自由出流的基本公式3. 无底坎闸孔淹没出流的基本公式习题要点：闸孔流量的计算第四节 堰流1. 薄壁堰溢流2. 实用堰溢流3. 宽顶堰溢流习题要点：堰流流量计算第五节 水工建筑物下游的水流衔接与消能1. 底流衔接的形式

14、2. 底流衔接的基本关系式3. 消力池简介习题要点：衔接方式的判别第六节 小桥孔径的水力计算习题要点：小桥孔径的水力计算本章重点、难点：实际流体三大方程的应用与各种流动情况下的边界条件。本章教学要求：掌握孔口、管嘴的基本公式及其应用；掌握闸孔出流、堰流的基本计算方法。第七章 明渠流第一节 恒定明渠均匀流1. 明渠均匀流的特性与其发生条件2. 明渠均匀流基本公式3. 明渠的水力最优断面和允许流速4. 明渠均匀流水力计算的基本问题和方法习题要点：明渠均匀流水力计算第二节 恒定明渠流的流动型态和若干基本概念1. 缓流和急流2. 微波的波速.弗劳德数3. 断面单位能量.临界水深.临界底坡习题要点：流动

15、形态的判别，概念理解第三节 恒定明渠流流态转换时的局部水力现象水跃和跌水1. 水跃2. 跌水习题要点：水跃能量损失和水跃长度计算本章重点、难点：明渠的分类，水力计算的内容与方法，均匀流特征，水力最优断面。本章教学要求：了解明渠流动的特点；掌握水力最优断面和允许流速的概念，掌握明渠均匀流各类问题的水力计算方法及复式断面、无压圆管的水力计算；了解明渠流动状态；了解水跃和跌水。第八章 渗流第一节 渗流模型习题要点：渗流模型概念理解第二节 渗流基本定律达西定律1. 达西定律2. 达西定律的适用范围3. 渗透系数及其确定方法习题要点：达西定律的应用本章重点、难点：达西定律、恒定渐变渗流的裘皮依公式。本章教学要求：了解渗流现象、渗流模型，理解渗流达西定律；理解均匀渐变渗流断面流速均匀分布，了解渐变渗流基本微分方程及浸润面的概念；掌握地下水渐变渗流的裘皮依公式；掌握井的渗流计算；了解渗流对建筑物安全稳定的影响。五、考核方式及要求期末闭卷考试（55-60%）、与平时考核（40-45%）相结合。平时成绩包括课后作业、课堂讨论、出勤等。作业内容以教材中的课后习题为主，通过习题练习，逐步加深对课程中各种概念的理解、熟悉分析和计算方法，达到掌握课程主要内容的目的。期末闭卷考试题型以计算题为主，均为各章应知应会的基本知识点。六、推荐教材及教学参考书