流体力学教学大纲

《流体力学》教学大纲

课程编号：081073A

课程类型：□通识教育必修课□通识教育选修课

□专业必修课□专业选修课

□√学科基础课

总学时：48讲课学时：40实验（上机）学时：8

学分：3

适用对象：环境工程

先修课程：高等数学、大学物理、理论力学

一、教学目标（黑体，小四号字）

流体力学是环境工程专业的一门主要技术基础课，其任务是使学生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、计算方法和一定的实验技能；培养学生分析问题和解决问题的能力。为学习专业课，从事专业工作和进行科学研究打基础。

目标1：掌握流体力学的基本概念、基本理论、基本方法，并具有一定的流体力学实验技能（具有测量水位、压强、流量的操作技能和编写报告能力）。

目标2：掌握掌握流体力学的分析方法、计算方法，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。

目标3：为该课程在《水污染控制工程》、《大气污染控制I(防尘)》、《大气污染控制II(防毒)》、《排水管道系统》等课程中的应用奠定良好的基础。

二、教学内容及其与毕业要求的对应关系

本课程的重点内容包括平面上静水总压力的计算、曲面上静水总压力的计算、连续性方程、伯努利方程、动量方程的联合应用与计算，这些内容将细讲、精讲。对这部分内容，除了理论讲授课外，专门拿出一定时间作为习题课，带领学生精

讲精练。粗讲的内容包括：液体的相对静止、潜体和浮体的平衡及稳定、流体微团运动分析、理想流体无旋流动、相似理论等。

为实现上述教学目标，教学过程将采用多媒体教学手段，课堂讲授为主、实验课、自习、练习为辅的教学方式。习题课讲解流体力学的解题思路、方法、步骤、注意的问题；分析习题中的错误、问题，在授课老师的引导下进行课堂讨论，并解决有关疑难问题。

实践教学环节主要是流体力学实验技能的训练，要求学生具有测量水位、压强、流量的操作技能和编写报告能力。

为巩固和加深学生对所学的基本概念、理论的理解，培养学生用流体力学的理论分析和解决问题的能力、培养计算技能，课后将布置作业30道左右题目，由学生独立完成，并针对性的进行作业题目讲解。通过课后作业提高学生对于重点、难点内容的掌握。

该课程可支撑一下两方面毕业要求的实现：

（1）掌握环境工程通识教育类、学科基础类、专业基础类、专业类知识及相关学科知识，并能将所学知识用于解释本专业领域及相关领域的现象和问题，了解本学科发展前沿，具有国际视野；

（2）能够应用环境工程基本原理、方法对本专业领域及相关领域问题进行判断、分析和研究，提出相应对策和建议，并形成解决方案；

考核方式

闭卷。平时成绩占30%，期末考试成绩占70%

三、各教学环节学时分配（黑体，小四号字）

教学课时分配

四、教学内容（黑体，小四号字）

第一章绪论

第一节概述

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

第二节流体的连续介质模型

第三节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

第四节作用在液体上的力

表面力；质量力：总质量力、单位质量力

教学重点、难点：流体的粘滞性、流体力学力的分类

课程的考核要求：了解流体力学的定义、研究方法及发展简史；熟悉流体的连续介质模型；掌握牛顿内摩察力的计算及流体力学力的分类。

作业：习题：1-10、11、12、13

第二章流体静力学

第一节静止流体的应力特征

压强定义；静止流体压强特性

第二节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

第三节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

第四节压强的量测

绝对压强、相对压强、真空度；液体压强的表示法；水静力学基本方程的物理意义和几何意义；液体压强的量测

第五节作用于平面上的静水总压力

大小；方向；压力中心

第六节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

教学重点、难点：平面上的静水总压力的计算、曲面上的静水总压力的计算

课程的考核要求：理解静止流体的应力特征，相对压强、绝对压强及真空压强的概念；掌握静水压强的计算方法，平面上的静水总压力的计算方法，曲面上的静水总压力的计算方法。

习题：2-9、10、17、20、23、24、25

第三章流体动力学理论基础

第一节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

第二节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

第三节流体的连续方程

元流连续方程；总流连续方程

第四节理想流体运动的微分方程

欧拉运动方程；欧拉运动方程与欧拉平衡方程比较

第五节伯诺里方程

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；实际流体恒定总流的能量方程：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

第六节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

教学重点、难点：连续性方程、伯努利方程、动量方程平面上的静水总压力的计算、曲面上的静水总压力的计算

课程的考核要求：了解描述流体运动的两种方法；理解流体运动的基本概念，伯努利方程的物理意义、几何意义；熟练掌握连续性方程、伯努利方程、动量方程应用条件、注意事项和解题步骤，熟悉三大方程的联合应用。

习题3-11、12、19、23、25、26、28、29、32、34。

第四章量纲分析

第一节量纲分析基本概念

第二节量纲分析法（瑞利法，π定理）

教学重点、难点：利用瑞利法、π定理法建立物理量间函数关系的方法课程的考核要求：理解量纲、单位的概念；能把任一物理量的量纲写成基本量纲指数成绩的形式；掌握瑞利法、π定理法建立物理量间函数关系的方法和步骤

习题4-6、7（3）、8、9

第五章流动阻力与水头损失

第一节水头损失及其分类

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

第二节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

第三节流动的两种形态

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

第三节层流运动