教学大纲-流体力学

《流体力学》教学大纲

课程编号：081082A

课程类型：专业基础课

总学时：32 讲课学时：32 实验（上机）学时：0

学分：2

适用对象：安全工程

先修课程：高等数学、大学物理、工程力学

一、课程的教学目标

通过本课程的教学与实践，使学生具备下列能力：

目标1：掌握流体运动的一般规律和有关的概念，基本理论、分析方法、计算方法，并能在工程应用中熟练适用。

目标2：掌握流体静力学、流体动力学的基本原理和基本方程，能在解决复杂工程问题时熟练运用，注重学生分析问题和解决问题能力的培养，注重学生探索精神和创新意识的培养。

二、课程教学与毕业要求的对应关系

2、课程教学过程与毕业要求的对应关系

四、教学内容

第一章绪论（1.2、2.1）

1.1 概述

流体力学定义、任务、研究方法；学习流体力学的意义；流体力学的发展简史

1.2 流体的连续介质模型

1.3 流体的主要物理性质

惯性、重力特性、粘性、压缩性。

液体表面张力；表面张力系数，量纲，单位；毛细现象

1.4作用在液体上的力

课程的考核要求：了解流体力学研究任务、研究方法，理解连续介质假设，熟悉流体的主要物理属性，掌握流体力学对力的分类方法。

教学重点、难点：教学重点内容包括连续介质假设的内容，引入假设的优点；流体的粘性及牛顿内摩擦定律；作用于流体上的力。

第二章流体静力学（1.2、2.1）

2.1 静止流体的应力特征

压强定义；静止流体压强特性

2.2静止流体的平衡微分方程

欧拉平衡微分方程；欧拉平衡微分方程综合表达式；等压面

2.3重力作用下的液体的压强分布

水静力学基本方程；有关压强的基本概念

2.4作用于平面上的静水总压力

大小；方向；压力中心

2.5作用于曲面上的静水总压力

水平分力；铅垂分力，压力体；总压力；压力中心

课程的考核要求：熟悉静水压强的两个特征；熟悉相对压强、绝对压强、真空压强的定义与相互关系；熟悉等压面的概念及等压面的特性；灵活运用水静力学基本方程及等压面概念求解静止流体中任一点的压强；会画静水压强分布图及压力体图；掌握平面及曲面静水总压力的计算方法

教学重点、难点：静水压强分布图的绘制；平面上静水总压力的计算；曲面静水总压力的水平分力的压强分布图画法及其计算；曲面静水总压力的铅垂分力的压力体图画法及其计算。

第三章流体动力学基础（1.2、2.1）

3.1描述液体运动的两种方法

拉格朗日法；欧拉法；欧拉变数；时变加速度；位变加速度

3.2研究流体运动的若干基本概念

恒定流与非恒定流；迹线；流线：定义、微分方程、流线性质；质点与控制体概念；元流；总流；过水断面；流量与断面平均流速；均匀流与非均匀流，均匀流定义；均匀流过水断面动水压强特征

3.3流体的连续方程

元流连续方程；总流连续方程

3.4流体的运动微分方程

欧拉运动方程；欧拉运动方程与欧拉平衡方程比较；粘性流体运动微分方程

3.5元流的伯诺里方程

理想流体元流的伯诺里方程；实际流体元流的伯诺里方程；方程表示式的物理意义和几何意义；

3.6实际流体恒定总流的能量方程：

渐变流及其性质；总流的能量方程一般表示式；应用条件；几何意义和物理意义；

能量方程应用

3.7 恒定总流的动量方程

动量方程表达式；动量方程应用：射流冲击垂直固体边壁、分岔流动、平面弯管流动、立面弯管流动

课程的考核要求：了解描述流体运动的两种方法；掌握流体运动的基本概念；掌握连续性方程、伯努利方程、动量方程的应用方法。

教学重点、难点：连续性方程、伯努利方程、动量方程的物理意义、几何意义，应用条件、注意事项及解题步骤。

第四章量纲分析（1.2、2.1）

4.1 量纲分析基本概念

4.2 量纲分析法（瑞利法，π定理）

课程的考核要求：了解量纲、基本量纲、诱导量纲的概念；会写出任意物理量的诱导量纲；掌握瑞利法，π定理两种量纲分析方法。

教学重点、难点：会写出任意物理量的诱导量纲；掌握瑞利法，π定理两种量纲分析方法。

第五章流动阻力与水头损失（1.2、2.1）

5.1流动阻力和水头损失的分类

水流阻力及其分类；沿程阻力；局部阻力；过水断面的水力要素；湿周；水力半径

5.2流动的两种形态

雷诺实验；两种流动形态：层流、紊流；水流雷诺数、临界雷诺数、下临界雷诺数、上临界雷诺数；水头损失与流速的实验关系曲线

5.3均匀流沿程水头损失与水流阻力的关系

均匀流沿程水头损失与水流阻力的关系；达西公式

5.4 层流运动

圆管层流运动；流速分布规律；水头损失与断面平均流速的关系；沿程阻力系数5.5 紊流运动

紊流的产生机理；紊流运动要素的时均法；脉动现象、瞬时值、时均值、脉动值；紊流附加切应力；紊流结构；粘性底层；过渡区；紊流核心区；紊流过水断面的流速分布；流速分布的对数规律；流速分布的指数规律

5.6沿程阻力系数的变化规律

尼古拉兹实验；沿程水头损失的一般规律：沿程阻力系数与雷诺数，粗糙度关系；紊流沿程水头损失系数的总公式；莫迪图；沿程水头损失系数的经验公式；谢才公式及其谢才系数曼宁公式 5.7 局部水头损失

管道突然扩大的局部水头损失；局部水头损失的一般表达；局部阻力系数 课程的考核要求：了解水头损失产生的原因；掌握水头损失的分类；掌握沿程水头损失及局部水头损失的基本计算公式。掌握湿周、水力半径、雷诺数等定义。了解水流流动的两种形态及其本质区别，掌握两种流态的判别方法。掌握沿程水头损失系数的变化规律。理解紊流的基本特征，掌握水力光滑面、水力粗糙面及过度粗糙面的概念，了解层流及紊流不同的流速分布特点。掌握沿程水头系数及局部水头损失系数的测定方法。

教学重点、难点：沿程水头损失系数的变化规律。理解紊流的基本特征，掌握水力光滑面、水力粗糙面及过度粗糙面的概念，了解层流及紊流不同的流速分布特点。掌握沿程水头系数及局部水头损失系数的测定方法。

第六章 有压管道流动（1.2、2.1） 6.1 概述 6.2短管出流

自由出流；淹没出流；虹吸管、倒虹吸管及水泵的水力计算 6.3长管的水力计算

课程的考核要求：了解有压管流的基本概念，掌握有压管流的基本计算公式，掌握虹吸管、水泵的水力计算方法，掌握串并联管路的计算特点与方法。 教学重点、难点：掌握虹吸管、水泵的水力计算方法，掌握串并联管路的计算特点与方法。

五、考核方式及成绩评定

1、考核方式：闭卷，笔试。

2、成绩评定：期末笔试60% ，平时成绩40%。即p=0.6；q=0.4（为下面计算课程目标达成度评价使用）。

3、课程目标达成度评价：课程教学第i 个目标的达成度计算公式为：

i j i i M q m N p n // ，

其中i N 表示课程教学第i 个目标的期末期望分值，i M 表示平时期望分值；学生实际得分（平均值）期末成绩为i n ，平时成绩为i m 。