《工程流体力学》课程教学大纲 (三)

本科生课程大纲

工程流体力学0821021013

课程名称课程代码

EngineeringFluidMeehanics17

课程属性学科基础课时/学分32/2

课程性质必修实践学时4

责任教师课外学时

课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修

一、课程介绍

1.课程描述：

工程流体力学主要研究流体运动规律，以及流体与固体、液体及气体界面之间的相

互作用力问题，是机械工程专业的一门重要专业基础课程。本课程是讲述流体的平衡、

运动、能量转换的基本方法、理论和工程实践结论。本课程包括工程流体力学的基本

概念、基本理论和基本计算方法，培养和建立学生的工程观点和理论联系实际解决工

程实际问题的初步能力，并为学习后续的专业课程提供必要的理论基础支撑

2.设计思路：

开课依据:对毕业要求的能力支撑1・3、1・4、支5、1.6、2.3起到支撑作用。（见

《机械设计制造及自动化专业本科人才培养方案》）

课程设计与毕业生能力要求关系矩阵图

对应关系机械设计制造及其自动化专业毕业生能力要求

1.31.41.51.62.3

流体静力学■■■

流体运动学■■■

理想流体动力学■■・■■

水波理论••■■

粘性流体动力学■・■

有压管•■・■■

本课程使学生掌握流体力学的静力学、运动学和动力学及海洋环境流体所遵循的

基本规律，学会对流体力学进行分析处理和计算的基本方法，能运用这些规律提出流

体机械和水下机械的设计途径，具备分析工程流体问题的能力；结合工程流体力学实

验课，使学生掌握一定的流体实验的技能。课程内容包括以下模块：

（1）绪论讲清楚流体力学的研究对象及其在科学、生产技术领域中的应用。应

使学生明确：本课程是一门研究流体运动规律，以及流体与固体、液体及气体界面之间

的相互作用力的课程，应用这些基本规律，可以为工程的技术改造、能源的节约与开

发服务。了解自然界和工程中的流体力学现象和问题，可分别引出牛顿内摩擦定律、

伯努利方程等，然后说明工程实际问题涉及多方面的流体力学问题。需掌握作用在流

体上的力和流体的主要力学性质及分类。

（2）流体静力学了解流体静压强，理解其两个特性。扼要介绍流动过程的微观

机理，介绍流体平衡微分方程，准确理解其物理意义。指出流体微分方程对理想流体

和黏性流体是共同适用的。可以从流体微分方程出发，推导静力学基本方程，了解以

此为依据的测压仪器及在工程上的多种应用。对于平面、曲面净水总压力的计算方法

和应用，重点是讲清楚它们的特点和求解思路。

（3）流体运动学重点解释研究流体流动的方法，指出迹线与流线、流管、流束、

流量、系统与控制体的概念，讲清楚描述液体的两种方法，重点解释欧拉法；根据质

量守恒定律推导连续性微分方程，主要使学生了解其对应的物理问题和工程应用。

（4）流体动力学首先讲清楚理想流体动力学和黏性流体动力学之间的本质区

别，相应将这一部分分为两章。理想流体动力学中，介绍流体运动方程；重点是使学

生对恒定元流的伯努利方程以及总流的动量方程的掌握和应用。以伯努利方程实验加

深学生的理解。黏性流体动力学中，注意强调由于黏性作用产生了切向应力，推导粘

性流体的运动微分方程（N-S方程）。介绍给学生由于数学上的困难，实际流动需要借

助于理论指导下的实验研究，启发学生多角度的思维方式。使学生掌握量纲分析的方

法，首先阐述星纲的基本概念，熟悉常见物理量的量纲，主要利用瑞雷法和兀定理两

种量纲分析法解决问题。阐述流动相似的基本概念，重点区分和掌握雷诺相似和重力

相似。通过量纲分析，能进行流体力学模型试验分析。

（5）水波理论该模块强化海洋特色的机械工程专业特点。介绍二维波动的数学

表达，基本方程及边界条件；掌握深水和有限深度微幅波动；理解波群及波浪的能量

和波阻理论。可借助海洋环境载荷下固体受力分析等专题案例讨论，增强学生的分析

和解决具体工程问题的能力。

（6）有压管流介绍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，要求学生能够熟练应用莫迪图。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。熟练计算管道中流体的水力过程。介

绍层流水头损失计算式和湍流摩擦因数实验关联式，通过学习，要使学生能正确和熟

练运用这些实验关系式进行一般工程的计算。

（7）流体力学专题讲座可选择2-3个有关流体问题的专题进行介绍，例如流体

仿真模拟、海洋环境载荷，以开阔学生的知识面，部分内容也可采用与学生讨论的方

式进行。

3.课程与其他课程的关系：

本课程要求学生数学、物理和力学基础。先修课程为高等数学、大学物理、理论

力学。为学习液压与气压传动、海洋工程装备技术等相关专业知识提供必需的理论基

础。

二、课程目标

工程流体力学主要研究流体运动规律，以及流体与固体、液体及气体界面之间的相

互作用力问题，是机械工程的理论基础之一。通过各教学环节，运用各种教学手段和方

法，使学生掌握流体运动的基本概念、基本原理、基本计算方法；培养学生分析、解

决问题的能力和实验技能，为学习后继课程、从事工程技术工作和科学研究以及开拓

新技术领域打下坚实的基础。侧重于培养学生利用流体力学理论分析问题、解决问题

的方法培养，同时还应注意结合工程实际问题进行济解，全面培养学生解决实际问题

的能力。

1.能正确理解本课程的基本概念。

2.正确理解本课程的基本理论及其所描述的流体力学问题。掌握流体的平衡和运

动的基本规律。

3.理解本课程所涉及的流体力学基本分析方法。学会必要的流体力学分析、计算

方法。

4.掌握基本方程的导出和应用条件，并能清晰了解其各项的物理意义。掌握流体

的主要物理性质、流体静力学、流体动力学的基本概念和基本方程。

5.了解海洋环境载荷的作用，掌握波浪运动的基本方程与边界条件。

6.应用基本概念、基本理论和基本方法去分析与本专业有关的实际问题和求解。

掌握一定的流体力学实验技能，培养分析，解决问题的能力。

三、学习要求

流体力学是一门涉及到能源、经济、工程和技术等诸多学科综合性的专业基础课

程。作为机械工程师，在校期间要有扎实的理论知识和运用专业知识解决实际工程问

题的能力。要达到以上学习任务，学生必须：

1.按时上课，上课认真听讲，积极参与课堂讨论、作业典型案例分析。

2.保证保量的按时完成课下作业。本课程将包含较多的课后作业、讨论、小组作

业等课堂活动。

3.认真参与实验活动。独立完成实验报告。

四、教学进度

实验实践

专题计划

序号主要内容概述内容

或主题课时

或课外练习等

流体力学的研究任务与研究

分析工程实际

1结论2对象；作用在流体上的力及

中的流体力学

分类；流体的主要力学性质

流体静力学的基本方程；流

体静压强的分布规律；压强相应内容的课

计示方式与量度单位；流体外练习，液体导

2流体静力学4

的相对静止；流体对平壁的热系数的测定

作用力；流体对曲壁的作用实验

力；浮力与稳定性。

描述流体运动的两种方法；

相应内容的课

3流体运动学4流体运动的分类，迹线和流

外练习。

线；连续方程；流场中一点

领域内相对运动分析

欧拉运动微分方程；伯努利

相应内容的课

方程；伯努利方程的实际运

理想流体动外练习，伯努利

46+2用；恒定流动的动量定理和

力学实验，流体计算

动量矩定理。

方法专题。

二维波动的数学表达；波浪

运动的基本方程与边界条相应内容的课

5水波理论4件；深水微幅简谐波；波群外练习，案例分

和波群速；波浪的能量和波析专题。

阻

粘性流体的运动微分方程

粘性流体动相应内容的课

64式；量纲分析；相似理论；

力学外练习。

模型试验基础

雷诺试验、层流和湍流；圆相应内容的课

管层流运动；圆管湍流运动；外练习，雷诺实

7有压管流4+2

湍流的沿程水头损失；管道验，案例专题分

流动的局部水头损失析。

五、参考教材与主要参考书

1、选用教材

工程流体力学.夏泰淳.上海交通大学出版社，2006年第1版.

2、主要参考书

(1)工程流体力学.徐文娟.哈尔滨工程大学出版社，2002年7月.

(2)工程流体力学.禹华谦，莫乃榕.高等教育出版社，2004年1月.

(3)工程流体力学.张英.中国水利水电出版社，2004年6月.

(4)流体力学.赵毅军，程军.同济大学出版社，2004年5月.

(5)FluidMechanicswithEngineeringApplications(TenthEdition)..E.John