《流体力学》课程教学大纲

《流体力学》教学大纲课程编码：632015课程名称：流体力学英文名称：FluidMechanics开课学期：4学时/学分：32/2（其中实验学时：课内4学时，课外2学时）课程类型：必修课开课专业：建设工程学院勘查工程专业、建筑工程专业、卓越工程师班选用教材：于萍主编.《工程流体力学》，科学出版社2011年3月第二版。主要参考书：1、张也影主编.《流体力学》，高等教育出版社1998年第二版。2、孔珑主编.《工程流体力学》，北京大学出版社1982年版。3、归柯庭等编.工程流体力学科学出版社2005年版。4、李诗久：《工程流体力学》，机械工业出版社1989年版。5.、A.J.Ward-Smith：《InternalFluidFlow》，1980版一、课程性质、目的与任务工程流体力学是动力、能源、航空、环境、暖通、机械、力学、勘探等专业的重要专业基础课。通过系统学习流体的力学性质、流体力学的基本概念和观点、基础理论和常用分析方法、有关的工程应用知识等；在实验能力、运算能力和抽象思维能力方面受到进一步严格的训练，培养学生具有对简单流体力学问题的分析和求解能力；掌握一定的实验技能，学会应用基本规律来处理和解决实际问题。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。流体力学学科既是基础学科，又是用途广泛的应用学科，在教学过程中要综合运用先修课程中所学到的有关知识与技能，结合各种实践教学环节，进行机械工程技术人员所需的基本训练，为学生进一步学习有关专业课程和有目的从事机械设计工作打下基础。二、教学基本要求通过本课程的学习，学生应达到以下基本要求：1、掌握流体力学的基本概念、基本规律、基本的计算方法。2、能推导一些基本公式和方程，明确方程的物理意义。3、能独立完成基本的实验操作，通过实验，学会熟练运用基本公式。4、具有分析实验数据和编写实验报告的能力。5、通过研究型实验项目，使学生初步具有一定的创新能力。三、各章节内容及学时分配第一章绪论及流体的主要物理性质(2学时)教学目的与要求了解流体力学的任务、与科学及工程技术的关系、在推动社会发展中的作用；了解流体力学的研究方法。通过对流体的物理性质的学习，使学生对流体力学的基本概念、流体的主要物理特性有基本了解。教学内容第一节绪论、连续介质的概念、流体的密度、流体的粘性一、粘性产生的原因二、牛顿内摩擦定律第二节相关概念一、理想流体二、流体的膨胀性与压缩性三、不可压缩流体考核要求了解：流体的物理性质对流体的力学现象的影响；了解无粘性流体与粘性流体、可压缩流体与不可压缩流体分类。理解：流体的主要物理性质，理想流体、不可压缩流体、连续介质的概念。掌握：牛顿内摩擦定律及应用 第二章流体静力学（6学时）教学目的与要求通过本部分的学习，要求学生掌握流体静力学的有关基本知识、基本理论，了解相对平衡问题；学会分析流体的受力情况，掌握静止流体对平壁和曲壁总压力计算；了解浮力和稳定性。教学内容第一节平衡流体上的作用力一、质量力二、表面力三、流体静压强第二节流体平衡微分方程一、流体平衡微分方程的导出二、等压面第三节重力场中的平衡流体一、不可压缩平衡流体的静压强基本公式二、静压强的计算与测量第四节平衡流体对于壁面的作用力三、作用在平面上的总压力四、作用在曲面上的总压力第五节静止液体作用在物体上的浮力考核要求了解：工程上常用的压强的计示及测量方法；静止液体作用在平面和曲面上的总压力和静止液体作用在物体上的浮力。理解：相对压强的概念及应用，曲面压力体的画法掌握：掌握流体静止及相对静止时的压强分布规律和压强计算，测压原理。能够对受压平面和曲面进行总压力的计算。掌握流体平衡微分方程式和流体静力学基本方程式的主要推导过程。第三章流体动力学基础（10学时）教学目的与要求了解流体流动的一些基本规律，对流体动力学有初步的理解，掌握流体运动的基本概念和基本方程以及研究流体流动的方法。广泛地深入地理解连续方程、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。教学内容第一节研究流体流动的方法一、拉格朗日法二、欧拉法第二节基本概念一、定常流动与非定常流动二、一维流动、二维流动与三维流动三、均匀流与非均匀流四、缓变流与急变流五、流线与迹线六、流管、流束、过流断面七、流量、平均流速第三节连续方程一、概念二、应用第四节伯努利方程及应用一、伯努利方程的几何意义及物理意义二、伯努利方程在工程实际中的应用第五节粘性流体总流伯努利方程第六节动量方程一、概念二、应用考核要求了解：描述流体运动的数学方法；拉格朗日、欧拉法、流线、缓变流等重要概念；理解：假设条件的应用，公式几何意义的概念，三个基本方程在流体力学中的重要作用。掌握：连续性方程、伯努利方程、动量方程的导出条件、假设条件及应用条件，掌握三个方程在工程实际中的应用，能运用方程解决简单的工程实际问题。第四章流体在圆管中的流动（8学时）教学目的与要求本章主要讨论不可压缩流体在圆管中的流动及运动规律，其中流动过程中的能量损失是本章的重点，要求学生熟练掌握工程上常见的和基本的流体流动的能量损失（沿程损失与局部损失）的计算过程，熟练应用莫迪图。准确理解粘性流体的两种流动状态（层流流动与紊流流动）的基本概念、分类。教学内容第一节雷诺实验一、层流和湍流二、流动状态的判定三、沿程损失和速度的关系第二节圆管中的层流流动一、速度分布和流量二、平均流速和最大流速三、层流的动能和动量修正系数四、层流的沿程损失五、管路进口起始段第三节圆管中的湍流流动一、时均流动与脉动二、湍流的速度分布第四节管路流动的沿程阻力一、产生原因二、计算方法第五节管路流动的局部阻力一、产生原因二、管路突然扩大的局部阻力三、常用的局部阻力系数四、局部阻力的相互干扰第六节管路计算一、简单管路二、串联管路三、并联管路第七节水击、气穴、气蚀简介考核要求了解：能量损失是本章的重点，同时也是对伯努利方程的补充和完善。学生应了解流动有层流和湍流两种不同的形态，了解相应的特性和计算方法。理解：理解粘性流体的两种流动状态；湍流流动中时均速度的概念。掌握：雷诺实验、实验的原理、意义及解决的工程实际问题。层流及湍流的特性及相关的损失计算方法。对不同的局部装置，相对的局部损失系数的确定，管路突然扩大的损失计算方法，串、并联管路的特性及计算公式；莫迪图的应用。第五章孔口出流及相似原理（6学时）教学目的与要求流体流经各种不同形式的孔口出流是一个应用广泛的问题。本章要求学生掌握工程中常用的孔口出流特征，分析影响孔口出流性能的主要因素，确定孔口出流的基本参数和主要系数，掌握简单的计算方法。掌握流体流动的力学相似性、动力相似准则、流动相似条件。教学内容第一节孔口出流概述一、薄壁孔口和厚壁孔口二、自由出流和淹没出流三、完善收缩和不完善收缩第二节薄壁孔口出流一、出流的速度和流量计算二、孔口出流系数第三节厚壁孔口出流一、出流的速度和流量计算二、孔口出流系数三、不同孔口出流系数第四节机械中的气穴现象第五节相似原理一、流动的力学相似二、动力相似准则三、流动相似条件四、近