计算流体力学教案
完整版工程流体力学教案
授课时间班级授课顺序第1次课课题绪论、流体的物理性质目的要求1、了解流体力学工程与历史背景；2、了解流体力学的研究方法；3、明确理解流体的概念及连续介质假设、流体的主要物理参数；4、掌握牛顿内摩擦定律.教学内容要占八、、1、工程流体力学的研究任务和研究方法2、流体的概念及连续介质假设3、流体的主要物理参数4、流体的粘性工一■—重点：流体的概念及连续介质假设、流体的粘性、牛顿内摩擦定律.J2T 1任J27难点：连续介质假设、牛顿内摩擦定律.通过经典力学的知识引入本门课程,结合大量的实例讲解流体力学的开展过程及其重要性,增加学生对本课程的学习积极性.本此课以讲 述为 主,结合多媒体手段.1导论 1.1 工程流体力学的研究任务和研究方法 讲清工程流体力学的研究对象、研究内容、开展历程和研究方法,重 点介绍流体力学的开展历程和研究方法.说明工程流体力学在工程实践中的具体应用范围, 有重点地介绍流 体力学新的开展方向及在生产生活中的作用.〔20分钟〕通过与固体力学的比拟,引出流体力学各物理参数的概念,以及连续 介质假设和牛顿内摩擦定律.把抽象的概念具体化.____ 彳 0 ：玄右卜"今 R /4寺/S 山侬也教 学 思路与 教法设 计首先介绍流体的概念,并对物质的根本属性进行总结,突出介绍流体与固体之间的差异所在.〔8分钟〕讲清流体质点概念、流体连续介质模型的主要物理意义.〔12分钟〕1.2流体的密度、重度、比体积与相对密度讲清流体几个根本物理量,使学生掌握流体的密度、重度、比体积与相对密度的根本定义和公式,并对常见的水和空气的一些参数有所了解. 〔10分钟〕讲解流体的热膨胀性和可压缩性定义及计算公式,使学生掌握体积膨胀系数、体积压缩率和体积模量的概念和物理意义.〔10分钟〕1.3流体的粘性本节为重点,详细向学生介绍粘性的定义和牛顿内摩擦定律以及粘性的表示方法和单位,应使学生掌握动力粘度、运动粘度和恩氏粘度三者之间的区别和变换关系.最后向学生介绍粘度的变化规律,理想流体和实际流体.〔25分钟〕小结.布置作业：习题：1-9； 1T0; 〔5分钟〕通过生活中有趣的流表达象分析,学生对课程产生了一定的兴趣.课后分析授课时间班级授课顺序第2次课课题流体静力学目目的要V9 求1、明确理解流体静压强及根本特性；2、掌握流体静力学根本方程；3、掌握静压强的计算；4、掌握静压强的表示方法.教学内容要点1、作用于静止流体上的力2、流体静压强及其特性3、静止流体的平衡微分方程4、重力作用下静止流体中的压强分布规律5、静压强的表示方法及其单位重占难占重点：静止流体的平衡微分方程的建立及应用. 难点：静止流体的平衡微分方程的建立及应用.教学路与教旺设计2流体静力学介绍流体静力学定义以及流体静止状态的两种形式：相对静止和绝对静止.〔5分钟〕2.1作用于静止流体上的力画图讲解静止流体所受作用力的种类以及质量力和外表力的性质. 重点讲清质量力与惯性力之间的关系.〔10分钟〕2. 2流体静压强及其特性介绍压强的概说明流体静压强的两个重要特性.详细推导特性二,并给出流体静压强全微分公式,说明流体静压强是标量的具体含义.〔15分钟〕2. 3静止流体的平衡微分方程式画图推导静止流体的平衡微分方程式,并说明其物理意义.〔分钟〕综合平衡微分方程,得出压强差公式.介绍力势函数、有势力的定义以及相应的物理意义.〔10分钟〕给出等压面XE义,并由压强差公式引出等压面方程,介绍等压面的三个性质,由此说明判断等压面的原那么和方法.〔10分钟〕2.4重力作用下静止流体中的压强分布规律说明重力场中流体的根本特征,并推出流体静力学根本方程,详细分析流体静力学根本方程的能量意义和几何意义. 集中介绍概念：位置水头、压强水头、静力水头和淹深的概念.〔15分钟〕2. 5静压强的表示方法及其测量介绍概念大气压强、表压强、绝对压强和真空度,并对它们之间的关系画图详细说明.〔5分钟〕讲解压强测量的三种主要方式,并说明每一种的具体应用场合.详细介绍测压管、测压计、差压计和微压计的主要原理和具体测量方法.〔10分钟〕教学内容安排恰当,课堂节奏紧凑,学生对本次课内容理解较好.课后分析授课时间班级授课顺序第3次课课题流体静力学目的1、掌握相对平衡的问题.要求教学内容要1、流体的相对静止占八、、重占难占重点：流体的相对静止.难点：流体的相对静止.2.7流体的相对静止再次强调流体的相对静止意义,简单说明静止流体在容器作等速直线 运动时遵守流体静力学根本规律.〔10分钟〕分析静止流体在容器作等加速直线运动时的平衡规律,重点说明对此 类问题的具体分析方法：先写出流体的单位质量力,再列出等压面方 程,而后推导出流体静压强分布规律,得出最终的流体压强分布公式. 〔25分钟〕由此再推导出二种特例情况下流体静压强分布规律.〔20分钟〕分析静止流体在容器作等角速度旋转运动时的平衡规律,重点说明对 此类问题的具体分析方法：先写出流体的单位质量力,再列出等压面方 程,而后推导出流体静压强分布规律,得出最终的流体压强分布公式.〔20分钟〕由此再推导出两种特例情况下流体静压强分布规律.60分钟〕教 学 思路与 教法设 计小结.〔5分钟〕应该多结合具体实例讲解该局部内容. 课后分析授课时间班级授课顺序第4次课课题流体静力学目的要求1、掌握静止流体对平壁和曲壁合力的计算；教学内容要占八、、1、静止流体对壁面作用力的计算重占难占重点：静止流体对平壁和曲壁的合力计算.难点：静止流体对平壁和曲壁的合理计算.教学思路与教法设计2.6静止流体对壁面作用力的计算总压力概念.介绍本节主要内容.〔10分钟〕讲解静止流体对平面壁总压力的计算,之中介绍面积矩、惯性矩和压力中央等概念.〔20分钟〕讲解静止流体对曲面壁总压力的计算,重点说明压力体定义及其具体确定方法,并由此简述阿基米德原理.〔25分钟〕讲解实例.〔15分钟〕小结,布置本草习题：习题：2-4； 2-10； 2-13 ； 2-15； 2-18. 〔10分钟〕学生对压力体的理解有一定难度.课后分析授课时间班级授课顺序第5次课课题流体运动学根底r理解描述流体运动的方法;目的2、理解流体运动中的根本概念；要求3、掌握连续性方程的意义和作用.内容要1、研究流体运动的两种方法卜2、流体运动中的根本概念八、\3、连续性方程重点：流线和迹线的求法、连续性方程的意义和作用. 占又隹占难点：流线和迹线的求法.3流体运动学根本方程流体运动学定义,描述流体运动的几个根本运动规律.〔10分钟〕3.1研究流体运动的两种方法流场的概念,介绍研究流体运动的两种方法：拉格朗日法和欧拉法.教学主要说明两种方法的异同点,重点介绍欧拉法.〔15分钟〕思路与3.2流体运动中的根本概念教法设讲解欧拉法分析流体运动时的几个根本概念：定常流动、非定常流计动、均匀流动、一维流动、迹线、流线〔重点〕、流管、流束、过流断面、流量、平均速度.〔35分钟〕3. 3连续性方程式说明流体运动遵循的质量守恒定律就是连续性方程.〔25分钟〕小结,布置本章习题：3-1； 3-5o 〔5分钟〕到达了预期的教学效果. 课后分析授课时间班级授课顺序第6次课课题伯努利方程目的要求1、理解不可压缩理想流体的运动方程2、掌握伯努利方程的意义及应用教学内容要占八、、1、理想流体的运动微分方程式2、理想流体的伯努利方程式3、实际流体总流的伯努利方程式4、伯努利方程的应用重占难占重点：伯努利方程的意义及应用.难点：伯努利方程的意义及应用.教学思路与教法设计3流体运动学根本方程流体动力学定义及研究内容.〔5分钟〕3. 4理想流体的运动微分方程式画图推导理想流体的欧拉运动微分方程式,并说明各局部物理意义. 〔15分钟〕3. 5理想流体的伯努利方程式利用外力做功的能量关系,推导理想流体沿流线的伯努利方程式.〔10分钟〕引进几个根本概念：动能修正系数、缓变流动、缓变过流断面.〔10 分钟〕画图推导理想流体总流的伯努利方程式,并联系流体静力学根本方程说明各局部参量的能量意义和几何意义.〔10分钟〕3.7实际流体总流的伯努利方程式及其应用根据对理想流体总流的伯努利方程的修正得到实际流体总流的伯努利方程形式,并说明其应用条件.〔15分钟〕介绍毕托管、文丘里流量计的分析过程.〔25分钟〕通过数学函数的推导,学生能更好理解伯努利方程.课后分析授课时间班级授课顺序第7次课课题伯努利方程的应用目的要求1、掌握伯努利方程的意义及应用教学内容要占八、、1、伯努利方程的应用重占难占重点：伯努利方程的建立.难点：伯努利方程的建立.教学思路与教法设计3. 8实际流体总流的伯努利方程式及其应用讲解伯努利方程的物理意义,伯努利应用的条件,以及如何建立伯努利方程式.〔15分钟〕介绍孔板流量计和射流泵原理及分析过程.〔35分钟〕最后,结合几道具体的例题讲解,并做随堂练习.〔40分钟〕教学内容和方法安排得当,学生对此局部内容找我较好. 课后分析授课时间班级授课顺序第8次课课题动量定理及其应用目的要求1、掌握动量方程及其应用；2、了解动量矩方程.教学内容要占八、、1、动量定理及其应用2、动量矩定理及其应用重占难占重点：动量定理及其应用.难点：3.11动量定理及其应用详细推导流体的动量守恒原理,并对动量定理的几种不同形式进行分说明其各局部含义.利用动量方程对流体运动的几种典型情况进 行求 〔70分钟〕简单介绍动量矩定理,以及它应用的方面.〔10分钟〕 小结,布置本章习题：3-11； 3-14； 3-22； 3-27； 3-36.〔 10 分析, 教学解. 思路与 教法设 计 钟〕学生对流体的受力分析理解不是很透彻. 课后分析授课时间班级热动普授课顺序第9次课课题习题课目的对所学的知识进行总结要求教学内容要作业讲评占八、、重占难占教学思路与教法设计把学生没有掌握透彻的知识,通过实例讲解进行分析,到达了预期的课后效果分析授课时间班级授课顺序第10次课课题流体在管路中的流动目的要求1、掌握流体运动分两种类型及判别方法；2、正确理解层流和紊流的特征；3、了解沿程能量损失和局部能量损失的原因；4、掌握沿程能量损失的计算.教学内容要占八、、1、管路中流体流动的两种状态2、能量损失的两种形式3、圆管中的层流流动重占难占重点：恒定均匀流的沿程损失.难点：恒定均匀流的沿程损失.教学思路与教法设计4流体在管路中的流动介绍流体流动的主要方式.〔10分钟〕4.1管路中流体流动的两种状态介绍雷诺实验装置及实验过程,说明流动的三种不同状态：层流、湍流和过渡状态.并重点解释雷诺数和上、下临界流速等概念.〔25 分钟〕4. 2能量损失的两种形式利用公式说明流动阻力的两种形式：沿程阻力和局部阻力.并利用伯努利方程向学生解释清楚能量损失的具体物理含义.〔25分钟〕4. 3圆管中的层流流动利用牛顿内摩擦定律推导出圆管中的层流流动微分方程, 并以此分别导出速度分布公式、流量公式以及切应力分布公式.〔30分钟〕通过多媒体动画演示实际流动状态,学生很容易理解.课后分析授课时间班级授课顺序第11次课课题流体在管路中的流动目的要求1、掌握圆管中的湍流流动；2、掌握沿程阻力系数和局部阻力系数确实定；3、了解管路计算原那么和根本方法.教学内容要占人1、圆管中的湍流流动2、管中流动沿程阻力系数确实定3、局部阻力系数确实定4、管路计算重占难占重点：沿程阻力系数和局部阻力系数确实定.难点：沿程阻力系数和局部阻力系数确实定.教堂思路与教法设计4.5圆管中的湍流流动首先说明湍流与层流的本质区别,而后介绍研究湍流的统计时均法,主要解释概念：脉动、时均速度、时均值等.〔15分钟〕由时均速度引出湍流流动的时均速度结构,着重介绍粘性底层厚度.并根据雷诺数大小说明水力光滑流水力粗糙流动是湍流流动的两种不同流动状态,并穿插介绍水力光滑管和水力粗糙管概念.〔15 分钟〕根据普朗特混和长度理论,推导出湍流切应力分布规律公式和断面速度分布公式.〔15分钟〕4. 8管中流动沿程阻力系数确实定由管道沿程损失引出尼古拉兹实验,并说明参量间关系.此后利用尼古拉兹曲线图说明流体流动在五个区域流动中入值的理论和经验公式计算方法.由此再说明莫迪图与尼古拉兹曲线图二者之间的关系, 以及莫迪图的使用方法.〔20分钟〕4. 9局部阻力系数确实定介绍局部能量损失的三种形式,并说明产生局部能量损失的主要原因.〔5分钟〕详细讲解断面忽然扩大的局部阻力系数计算方法及过程.说明Z i 和Z 2代表的意义.〔10分钟〕小结,布置习题：4-8 ; 4-13.〔10分钟〕内容较多,学生应该课下及时看书复习.课后分析授课时间班级授课顺序第12次课课题相似理论和量纲分析目的要求1、掌握量纲分析法及其应用；2、掌握力学相似概念和主要相似准那么的意义及应用.教学内容要占八、、1、相似理论2、量纲分析及其应用重占难占重点：量纲一致原理及相似理论.难点：量纲一致原理应用.教学思路与教法设计相似理论详细讲解力学相似的概念,推倒主要的相似判据,重力相似判据、粘性力相似判据和压力相似判据〔30分钟〕量纲分析及其应用详细讲解布金汉定理.结合实例讲解布金汉定理的应用〔50分钟〕本章小结.〔10分钟〕学生对布金汉定理的理解有一定难度. 课后分析授课时间班级授课顺序第13次课课题压力管路目的要求1、掌握压力管路的分类；2、掌握压力管路的水力计算；教学内容要占八、、1、压力管路的分类2、压力管路的水力计算重占难占重点：串并联管路的水力计算.难点：串并联管路的水力计算.压力管路介绍压力管路在工程实际中的主要应用.〔10分钟〕压力管路的分类〔10分钟〕教学思路与教法设计长管的水力计算〔20分钟〕复杂管路的水力计算〔50分钟〕根本完本钱次课的相关内容. 课后分析授课时间班级授课顺序第14次课课题压力管路目的要求1、掌握压力管路的水力计算；教学内容要占八、、1、压力管路的水力计算重占难占重点：分支管路的水力计算.难点：分支管路的水力计算.教学思路与教法设计压力管路复杂管路的水力计算〔60分钟〕短管的水力计算〔30分钟〕根本完本钱次课的相关内容. 课后分析授课时间课题孑L 口出流目的要求1、掌握孔口出流的分类；2、掌握薄壁小孔出流的特征；教学内容要占八、、1、孔口出流的分类2、薄壁小孔口自由出流重占难占重点：薄壁小孔出流.难点：薄壁小孔出流.教学思路与教法设计孔口出流介绍孔口出流在工程实际中的主要应用和研究方法.〔10分钟〕孔口出流的分类本节主要讨论孔口出流的一些根本概念：薄壁孔口、厚壁孔口、大孔口、小孔口、自由出流、淹没出流.重点介绍薄壁孔口和厚壁孔口的主要技术特征.〔20分钟〕薄壁小孔口自由出流分析推导薄壁小孔口自由出流时的各个特征参数计算公式.〔60分钟〕课后分析学生独立分析实际问题的水平还有欠缺.授课时间课题一元不稳定流失目的要求1、了解水击的现象；2、了解水击压力计算和水击的预防.教学内容要占八、、1、水击的产生和水击波的传播2、水击的分类3、水击压力的计算4、水击的预防和利用重占难占重点：水击的预防和利用难点：水击的预防和利用充分利用多媒体软件的特点给学生演示水击的这个动画过程. 结合实际的流体运动,再进行相关的理论知识分析.教学思路与教法设计课堂反响较好. 课后分析授课时间班级授课顺序第17次课课题非牛顿流体目的要求1、掌握非牛顿流体的流变性和流变方程；2、塑性流体的流动规律；3、了解塑性流体的水力计算.教学内容要占八、、1、非牛顿流体的流变性和流变方程；2、塑性流体的流动规律.重占难占重点：非牛顿流体的流变性和流变方程；塑性流体的流动规律.难点：塑性流体的流动规律教学思路与教法设计非牛顿流体介绍流变性的相关概念,以及非牛顿流体的流变曲线〔20分钟〕重点讲解塑性流体的静止根本规律和运动规律,分析其流动状态,以及与水头损失之间的关系.〔40分钟〕讲解钻井工程中,钻井泵压力和功率的相关计算.〔25分钟〕本章小结,布置本章习题：6-6o 〔5分钟〕课后分析学生对实际应用有很浓厚的兴趣.授课时间班级授课顺序第18次课课题气体的一元流动目的要求1、掌握压力波的传播、音速、马赫数；2、掌握一元稳定流的根本方程.教学内容要占八、、1、声速和马赫数2、可压缩气体的一元流动的根本方程式重占难占重点：一元稳定流的根本方程.难点：一元稳定流的根本方程.教学思路与教法设计气体的一元流动简单介绍气体一元流动的概念及气体动力学研究内容和对象.〔5 分钟〕声速和马赫数通过例子推导出气体运动传播速度公式〔三种不同形式〕.〔15 分钟〕介绍马赫数概念及物理意义.〔5分钟〕可压缩气体的一元流动的根本方程式与液体的伯努利方程以及连续性方程比拟,推导出可压缩气体的一元流动的连续性方程和伯努利方程.〔20分钟〕小结,布置习题：7-3 ；7-4o 〔5分钟〕随堂练习〔40分钟〕教学效果较好. 课后分析授课时间班级授课顺序第19次课课题气体的一元流动目的1、掌握一元气流的根本特征要求2、了解气体在变截面管〔喷嘴〕中的流动教学内容要占八、、1、一元气流的根本特征2、气体在变截面管〔喷嘴〕中的流动重占难占重点：一元气流的根本特征.难点：一元气流的根本特征.本节米用自学加提问的方式进行教学.教学思路与教法设计完本钱堂课的教学方案.课后分析。
计算流体力学教案
计算流体力学教案计算流体力学教案流体力学是力学地一个独立分支，它是研究流体地平衡和流体地机械运动规律及其在工程实际中应用地一门学科。
以下是计算流体力学教案，欢迎阅读。
一、流体地基本特征1.物质地三态在地球上，物质存在地主要形式有：固体、液体和气体。
流体和固体地区别:从力学分析地意义上看，在于它们对外力抵抗地能力不同。
固体：既能承受压力，也能承受拉力与抵抗拉伸变形。
流体：只能承受压力，一般不能承受拉力与抵抗拉伸变形。
液体和气体地区别：气体易于压缩；而液体难于压缩；液体有一定地体积，存在一个自由液面；气体能充满任意形状地容器，无一定地体积，不存在自由液面。
液体和气体地共同点：两者均具有易流动性，即在任何微小切应力作用下都会发生变形或流动，故二者统称为流体。
2. 流体地连续介质模型微观：流体是由大量做无规则运动地分子组成地，分子之间存在空隙，但在标准状况下，1cm3液体中含有3.3×1022个左右地分子，相邻分子间地距离约为3.1×10-8cm。
1cm3气体中含有2.7×1019个左右地分子，相邻分子间地距离约为3.2×10-7cm。
宏观：考虑宏观特性，在流动空间和时间上所采用地一切特征尺度和特征时间都比分子距离和分子碰撞时间大得多。
(1) 概念连续介质(continuum/continuous medium)：质点连续充满所占空间地流体或固体。
连续介质模型(continuum continuous medium model)：把流体视为没有间隙地充满它所占据地整个空间地一种连续介质，且其所有地物理量都是空间坐标和时间地连续函数地一种假设模型：u =u(t,x,y,z)。
（2）优点排除了分子运动地复杂性。
物理量作为时空连续函数，则可以利用连续函数这一数学工具来研究问题。
3.流体地分类（1）按照流体受压体积缩小地性质，流体可分为：可压缩流体（compressible flow）：流体密度随压强变化不能忽略地流体。
流体力学的流体静压力与浮力教案
流体力学的流体静压力与浮力教案
教学目标：
1.掌握流体静压力的概念和计算方法。
2.理解浮力的原理和应用。
3.能够运用流体静压力和浮力原理解释生活中的现象。
教学内容：
一、流体静压力
1.定义：流体单位面积上受到的垂直于该表面的法向力称为流体静压力，简
称压力。
2.特征：流体静压强的方向沿着作用面的内法线方向。
静止流体中的任意一
点处的静压强大小和作用面的方位无关。
3.计算方法：根据流体静力学的原理，压强可以通过以下公式计算：压强=力
/面积。
例如，将一个力F作用在一个面积A上，那么通过上述公式可以得到该点的压强P。
二、浮力
1.原理：浮力是指物体在流体中所受到的垂直向上的力，其大小与物体排开
流体的体积成正比。
2.应用：在造船、航空、航天等领域，设计师需要考虑到物体在流体中的浮
力，以确保其稳定性和安全性。
教学重点与难点：
重点：掌握流体静压力和浮力的概念和计算方法。
难点：理解浮力的原理和应用。
教学方法：
1.理论讲解：通过讲解流体静压力和浮力的概念和计算方法，让学生对流体
静压力和浮力有初步的认识。
2.案例分析：通过分析生活中的现象，如船只在水中的浮力、飞机在空中的
稳定性等，让学生理解浮力的原理和应用。
3.实验演示：通过实验演示，让学生直观地感受流体静压力和浮力的存在和
变化。
教学评价：
1.课堂提问：通过提问，检查学生对流体静压力和浮力的理解情况。
2.作业布置：布置相关作业，让学生进一步巩固所学知识。
流体力学-教案 )
教
案
本课程教学目的和要求
《流体力学》是土木工程专业的一门必学的专业课程。它是专门研究流体的运动特征及应用基本规律解决工程中出现的实际问题。本课程综合性强专业性强。学生通过本课程的学习，能掌握流体的基本运动特征，具备一定解决实际工程中出现的流体力学问题。
本课程教学方法
按选用教材内容以课堂理论授课为主。同时根据学生习题情况，适当安排部分习题课和课堂讨论。注重引导学生理论与实践的连接。
难点：牛顿内摩擦定律。
讨论
练习
作业
课堂讨论，巩固学生学习的知识。
参考资料
同前
教研室主任的审批意见
教学内
容要点
1、工程流体力学的研究任务和研究方法；
2、流体的概念及连续介质假设；
3、流体的主要物理参数；
4、流体的粘性；
教学
后记
周次
第1~2周
授课时间
6学时
章节
名称
第2章流体静力学
§2-1流体静压强的特性
教材选用原则和特点
本课程所采用的教材系高等学校土木工程专业常采用的一本经典教材，该教材章节清晰，语言简练，通俗易懂。
考核方式
1、笔记10%
2、期末40%
3、平时50%
教学参考料
1、《流体力学泵与风机》，周谟仁主编，中国建筑工业出版社；
2、《工程流体力学》莫乃榕主编华中科技大学出版社2003；
3、《工程流体力学》李玉柱贺五洲主编清华大学出版社2006；
对教案的分析总结
本课程教案是按照土木工程专业教学大纲与授课计划要求编写，符合课程教案编写要求，能够达到合理组织课堂教学目的。
各教学单元教案
周次
第1周
授课时间
计算流体力学教学大纲
计算流体力学教学大纲一、课程基本信息1、课程名称：计算流体力学2、课程类别：专业选修课程3、课程学分：X学分4、课程总学时：X学时，其中理论X学时，实验X学时5、先修课程：高等数学、大学物理、流体力学二、课程教学目标1、使学生了解计算流体力学的基本概念、基本原理和基本方法，掌握流体流动的数值模拟技术。
2、培养学生运用计算流体力学软件解决实际工程问题的能力，提高学生的创新思维和实践能力。
3、让学生了解计算流体力学在航空航天、能源动力、环境工程等领域的应用，为学生今后从事相关领域的研究和工作打下坚实的基础。
三、课程教学内容与要求（一）计算流体力学基础1、流体流动的基本控制方程连续性方程动量方程能量方程要求学生掌握这些方程的推导和物理意义，能够熟练运用这些方程描述流体流动现象。
2、流体流动的基本概念流线、迹线速度场、压力场涡量、散度、旋度要求学生理解这些概念的定义和物理意义，能够通过图形和数学表达式进行描述。
（二）数值计算方法1、有限差分法差分格式的构造稳定性和收敛性分析要求学生掌握有限差分法的基本原理和方法，能够运用有限差分法求解简单的流体流动问题。
2、有限体积法控制体积的划分离散方程的推导要求学生掌握有限体积法的基本原理和方法，能够运用有限体积法求解中等复杂程度的流体流动问题。
3、有限元法单元类型和插值函数刚度矩阵的形成要求学生了解有限元法的基本原理和方法，能够运用有限元软件进行简单的流体流动分析。
（三）湍流模型1、湍流的基本特征湍流的随机性和脉动性湍流的能量传递和耗散要求学生理解湍流的基本特征和物理机制。
2、常用的湍流模型零方程模型一方程模型两方程模型要求学生掌握常用湍流模型的基本原理和适用范围，能够根据实际问题选择合适的湍流模型。
（四）边界条件和初始条件1、边界条件的类型进口边界条件出口边界条件壁面边界条件对称边界条件要求学生掌握各种边界条件的设置方法和物理意义。
2、初始条件的设定稳态问题的初始条件瞬态问题的初始条件要求学生能够根据实际问题合理设定初始条件。
高中流体力学问题教案模板
教学目标：1. 理解流体力学的基本概念和原理。
2. 掌握流体压强、流速、流量等基本物理量的计算方法。
3. 能够运用流体力学知识解决实际问题。
4. 培养学生的逻辑思维能力和创新意识。
教学重点：1. 流体压强的产生和计算。
2. 流速与流量的关系。
3. 流体力学在实际问题中的应用。
教学难点：1. 流体压强与流速的关系。
2. 流量守恒定律的运用。
教学准备：1. 多媒体课件。
2. 流体力学实验器材（如：流速计、压强计等）。
3. 实际应用案例资料。
教学过程：一、导入1. 通过展示生活中的流体现象（如：喷泉、瀑布等），激发学生学习流体力学的兴趣。
2. 提问：流体有哪些特性？如何描述流体的运动？二、新课讲授1. 流体压强的产生和计算- 讲解流体压强的概念，引入帕斯卡原理。
- 举例说明流体压强在生活中的应用。
- 讲解流体压强的计算公式，并举例计算。
2. 流速与流量的关系- 介绍流速和流量的概念。
- 讲解流速与流量的关系，引入流量守恒定律。
- 通过实验演示流速与流量的关系。
3. 流体力学在实际问题中的应用- 展示流体力学在工程设计、交通运输、环境保护等领域的应用案例。
- 分析案例中流体力学原理的运用。
三、课堂练习1. 计算流体压强和流速。
2. 分析流量守恒定律在实际问题中的应用。
四、课堂小结1. 总结本节课所学内容，强调重点和难点。
2. 提出课后作业，巩固所学知识。
五、课后作业1. 完成课后习题，加深对流体力学概念的理解。
2. 收集生活中流体力学的实例，进行分析和总结。
教学反思：1. 本节课通过多媒体课件和实验演示，使学生对流体力学的基本概念和原理有了更直观的认识。
2. 在课堂练习中，学生能够运用所学知识解决实际问题，提高了他们的实践能力。
3. 通过课后作业的布置，巩固了学生对流体力学知识的掌握，为后续学习奠定了基础。
备注：教师可根据实际情况调整教学内容和进度，注重启发式教学，引导学生主动探究，培养学生的创新思维。
流体力学教案
流体力学教案
以下是一份以流体力学教案为主题的教学教案：
一、教学目标
让学生理解流体力学的基本概念和原理，掌握一些常见流体现象的分析方法，培养学生对科学的兴趣和探索精神。
二、教学重难点
重点：流体的性质、伯努利原理及其应用。
难点：对复杂流体现象的理解和应用伯努利原理进行分析。
三、教学准备
课件、相关实验器材。
四、教学过程
师：同学们，今天我们开始学习一门很有意思的学科，流体力学。
大家想想，生活中有哪些常见的流体呀？
生：水、空气。
师：对啦，那我们就来看看流体都有哪些特点。
（展示课件，讲解流体的性质）
师：下面我们来做个小实验，看看这个实验能说明流体的什么性质。
（进行实验操作）
生：哇，好神奇！
师：这就体现了流体的一个重要性质。
接下来，我们要学习一个非常重要的原理，伯努利原理。
（详细讲解伯努利原理）
生：老师，这个原理有点难理解呀。
师：别着急，我们来看几个例子，比如飞机为什么能飞起来，就是因为这个原理。
（结合例子讲解）
师：那大家来分析一下这个现象是怎么回事，用伯努利原理。
（提出问题，引导学生思考和回答）
生：我知道啦！
师：很好，那我们再巩固一下。
（布置一些练习题，让学生解答）
五、教学反思
通过这节课，学生对流体力学有了初步的认识和理解，但在一些复杂概念的讲解上还可以更细致，多给学生一些思考和讨论的时间，实验的设计也可以更加多样化，以更好地激发学生的兴趣和主动性。
计算流体力学基础及其应用课程设计
计算流体力学基础及其应用课程设计1. 课程概述本课程旨在介绍计算流体力学的基础知识和应用。
计算流体力学是研究流体运动和传热等问题的重要分支，已成为现代工程设计和科学研究中不可或缺的工具。
本课程主要内容包括流体力学基础、数值模拟方法和模拟应用等方面。
2. 课程教学目标本课程旨在培养学生掌握计算流体力学的基础知识和数值模拟方法，具有分析和解决流体力学问题的能力，能够运用计算流体力学方法进行流体问题的模拟和预测。
3. 课程教学内容3.1. 流体力学基础课程将首先介绍流体力学的基础概念、量纲和基本方程。
学生将学习流体力学的基本原理和基本方程，并理解这些方程对流体运动的描述和控制。
3.2. 数值模拟方法课程将介绍数值模拟方法，包括有限差分法、有限元法和谱方法等。
学生将了解这些方法的原理和优缺点，并学会如何进行数值模拟以解决流体问题。
3.3. 模拟应用课程将介绍计算流体力学在实际工程设计和科学研究中的应用。
学生将学会如何运用计算流体力学方法进行流体问题的模拟和预测，掌握如何利用计算流体力学解决实际问题的技能。
4. 课程教学方法本课程采用理论教学和实践操作相结合的教学方法。
理论教学主要采用课堂讲授、案例分析和在线学习等方式；实践操作主要采用仿真实验和课程设计等方式，帮助学生掌握流体力学基本概念和数值模拟方法，培养学生解决工程实际问题的能力。
5. 课程考核本课程的考核方式包括作业和课程设计两部分。
作业主要涉及理论知识和数值模拟方法的掌握程度；课程设计则要求学生结合实际工程问题，运用所学知识进行数值模拟，包括计算流体力学模拟和结果分析等。
6. 参考文献1.李克平. 计算流体力学基础和应用[J]. 数学建模与计算, 2005,8(1): 62-69.2.王豫锟. 计算流体力学基础[M]. 科学出版社, 2004.3.宋俊汝, 陈裕昌, 贾谊飞. 计算流体力学综述[J]. 强度与环境,2005, 32(1): 1-8.4.黄坚峰. 计算流体力学基础和应用[M]. 安徽科学技术出版社, 2011.7. 总结本课程主要介绍了计算流体力学的基础知识和应用，通过理论教学和实践操作相结合的方式，帮助学生掌握流体力学基本概念和数值模拟方法，并培养学生分析和解决流体问题的能力。
计算流体力学教案
计算流体力学教案一、课程介绍1.1 课程背景计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）是运用数值分析和算法解决和分析流体力学问题的一个分支。
本课程旨在让学生了解并掌握计算流体力学的基本原理、方法和应用。
1.2 课程目标通过本课程的学习，学生将能够：（1）理解流体力学的基本概念和原理；（2）掌握CFD的基本数值方法和算法；（3）应用CFD软件进行流体力学的数值分析和解决实际问题。
二、教学内容2.1 流体力学基础（1）流体力学的定义和发展；（2）流体力学的分支；（3）流体力学的基本方程。
2.2 数值方法基础（1）数值方法的分类；（2）数值方法的原理；（3）数值方法的稳定性分析。
2.3 网格技术（1）网格方法；（2）网格质量评价；（3）网格独立性研究。
2.4 流动问题的离散化（1）流动问题的离散化方法；（2）离散化方程的求解方法；（3）离散化方程的数值求解技术。
2.5 流场可视化（1）流场可视化的方法；（2）流场可视化的技术；（3）流场可视化的应用。
三、教学方法3.1 课堂讲授通过讲解流体力学的基本概念、原理和数值方法，使学生掌握CFD的基本理论。
3.2 软件操作实践通过操作CFD软件，使学生了解并掌握网格、流动问题离散化、求解和流场可视化的实际操作。
3.3 案例分析通过分析实际案例，使学生了解并掌握CFD在工程中的应用。
四、教学评估4.1 平时成绩包括课堂表现、作业完成情况等，占总成绩的30%。
4.2 期中考试包括理论知识和软件操作，占总成绩的30%。
4.3 期末考试包括理论知识，占总成绩的40%。
五、教学资源5.1 教材《计算流体力学导论》（Introduction to Computational Fluid Dynamics）。
5.2 软件CFD软件，如OpenFOAM、FLUENT等。
5.3 网络资源相关在线课程、论文、教程等。
六、网格技术（续）6.1 结构网格结构网格的定义和特点常见的结构网格算法结构网格在CFD中的应用案例6.2 非结构网格非结构网格的定义和特点常见的非结构网格算法非结构网格在CFD中的应用案例6.3 混合网格混合网格的定义和特点混合网格算法的基本原理混合网格在CFD中的应用案例七、流动问题的离散化（续）7.1 守恒定律的离散化质量守恒定律的离散化动量守恒定律的离散化能量守恒定律的离散化7.2 离散化方程的求解线性方程组的求解方法非线性方程组的求解方法代数方程组的求解方法7.3 离散化方程的数值求解技术（续）时间步进方法空间离散化技术稳定性和收敛性分析八、流场可视化（续）8.1 流场可视化的方法（续）着色法纹理映射法粒子追踪法8.2 流场可视化的技术（续）数据处理技术三维重构技术动画制作技术8.3 流场可视化的应用（续）航空航天领域的应用汽车工业领域的应用生物医学领域的应用九、案例分析（续）9.1 案例分析的方法案例选择的原则案例分析的步骤9.2 流体动力学案例分析不可压缩流体的流动案例可压缩流体的流动案例复杂几何形状的流动案例9.3 热流体力学案例分析热传导问题案例热对流问题案例热辐射问题案例十、课程总结与展望10.1 课程总结本课程的主要内容和知识点回顾学生在本课程中学到的技能和知识10.2 课程作业与项目课程作业的布置与评价课程项目的选择与实施10.3 未来学习方向CFD在科学研究中的应用CFD在工业中的应用趋势CFD领域的最新研究动态十一、流体机械特性分析11.1 流体的粘性粘性的定义和测量牛顿流体和非牛顿流体的特性粘性流体的流动案例分析11.2 流体的弹性弹性流体的定义和特性弹性流体流动的数值模拟方法弹性流体流动案例分析11.3 流体的湍流特性湍流的定义和特性湍流流动的数值模拟方法湍流流动案例分析十二、多相流动分析12.1 多相流动的定义和分类单相流动和多相流动的定义连续相、分散相和界面流动的特点多相流动的数值模拟方法12.2 多相流动的数值模拟方法欧拉-欧拉模型欧拉-拉格朗日模型离散相模型12.3 多相流动案例分析油气水三相流动案例颗粒物在空气中的扩散案例喷雾燃烧过程的数值模拟案例十三、化学反应流体力学13.1 化学反应流体力学的定义和特点化学反应和流体运动的相互作用化学反应流体力学的应用领域化学反应流体力学的数值模拟方法13.2 化学反应流动的数值模拟方法反应速率模型化学反应平衡和化学平衡计算化学反应流体流动的数值模拟算法13.3 化学反应流体流动案例分析燃烧过程中的化学反应流动案例化工过程中的化学反应流动案例环境污染治理过程中的化学反应流动案例十四、计算流体力学的软件应用14.1 CFD软件的基本操作CFD软件的用户界面和操作流程CFD软件的网格和边界条件设置CFD软件的求解器和结果分析工具14.2 CFD软件的高级应用参数研究and 优化并行计算和云计算应用复杂几何形状和多物理场耦合问题的模拟14.3 CFD软件案例分析利用CFD软件分析风力发电机翼的气流分布利用CFD软件分析汽车发动机的冷却效果利用CFD软件分析建筑物的热环境十五、课程项目与实验15.1 课程项目的选择与实施项目选题的原则和步骤项目实施的计划和管理项目成果的评估和反馈15.2 实验设计与实验操作实验设计的原则和方法实验操作的步骤和安全注意事项实验数据的采集和分析报告的结构和内容要求报告的提交和评审流程重点和难点解析本文教案主要介绍了计算流体力学（CFD）的基本原理、方法与应用，内容涵盖了流体力学基础、数值方法基础、网格技术、流动问题的离散化、流场可视化、案例分析、多相流动分析、化学反应流体力学、计算流体力学的软件应用以及课程项目与实验等方面。
《力学》第十一章 流体力学教案
教学目的与要求:
（1）掌握流体静压强的概念及在重力场中静止液体内部压强的分布规律。
（2）要求掌握连续性方程和伯努利方程，并能用以解决稳定流动时的一般问题。
（3）掌握流体的动量和角动量及粘性流体的运动。
（4）对固体在流体中受到的阻力作一般介绍。
教学重点：
流体的静压强，连续性方程，伯努利方程，粘性流体的运动，固体在流体中收到的阻力
特例：液体在均匀重力场中的压强分布。
w为单位体积流体之重力 ， 即体积力密度.
y
(1)不同高度两点: w g
p0
dp wdy gdy
p2 dp y2 gdy
p1
y1
p2
p1
y2 y1
gdy
y2 h p y1
O
视液体不可压缩和 = 常量 p2 p1 g( y2 y1)
液面敞开、深度为 h 处的压强： p p0 gh
2.流线与流管
流线——曲线上的每一点的切线方向和位于该点处流体微团的速度方向一致.流线不会相交.
v v1
2
v3
12 3
流管——流线围成的细管.
一般流线分布随时间改变，流迹并不与流线重合.
二、 定常流动
空间各点流速不随时间变化称定常流动v .
v(
x,
y,
z)
在定常流动中流线分布不随时间改变，流线与流迹相重合.
即：与体积力垂直的曲面上相邻两点压强相等 .
推论：与体积力垂直的曲面上各点压强相等 .
等压面——压强相等诸点组成的面，等压面与体积力互相正交.
沿 Oy 方向平衡方程 ( p Δp)ΔnΔl pΔnΔl wΔyΔnΔl 0
取无穷小量 dp wdy
dp w, dy
计算流体力学教案
计算流体力学教案一、课程简介1.1 课程背景计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）是运用数值分析和算法解决和分析流体力学问题的一个分支。
本课程旨在通过介绍CFD的基本理论、方法和应用，使学生掌握流体力学的数值模拟方法，提高学生在工程和科研中分析和解决问题的能力。
1.2 课程目标（1）理解流体力学的基本概念和原理；（2）掌握CFD的基本理论和方法；（3）能够运用CFD软件进行流体力学的数值模拟；（4）具备分析和解决流体力学问题的能力。
二、教学内容2.1 流体力学基本原理（1）流体的定义和分类；（2）流体力学的守恒定律：质量守恒、动量守恒和能量守恒；（3）流体的粘性、可压缩性和热传导性。
2.2 数值方法（1）数值求解方法的分类：有限差分法、有限体积法和有限元法；（2）数值求解方法的原理和优缺点；（3）稳定性分析与收敛性判断。
2.3 CFD软件与应用（1）常用CFD软件介绍：FLUENT、CFX、ANSYS CFD；（2）CFD软件的基本操作和功能；（3）CFD软件在工程和科研中的应用案例。
三、教学方法与手段3.1 教学方法（1）讲授：讲解流体力学基本原理、数值方法及CFD软件应用；（2）实验：上机操作练习，巩固理论知识；（3）讨论：组织学生进行案例分析和问题讨论，提高解决问题的能力。
3.2 教学手段（1）多媒体教学：运用PPT、动画等手段直观展示流体力学现象和CFD模拟过程；（2）上机实践：让学生在计算机上操作CFD软件，提高实际操作能力。
四、课程考核与评价4.1 考核方式课程考核分为过程评价和期末考试两部分，其中过程评价占60%，期末考试占40%。
4.2 过程评价（1）作业：布置适量作业，检查学生对课程知识的掌握程度；（2）实验报告：评估学生在实验过程中的操作能力和分析问题的能力；（3）课堂讨论：评价学生在讨论中的参与程度和观点阐述。
4.3 期末考试期末考试采用闭卷形式，内容包括流体力学基本原理、数值方法和CFD软件应用等方面。
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因而粘度下降。
气体粘度：随温度的上升而增大。
1 3
v l
➢ 原因：相邻流层之间分子动量的交换对气体粘性起主要作用。
当温度升高时，气体的热运动加强，动量交换加剧，各层之间
的制动作用加大，因而粘度增大。
5、混合气体的粘度
混合气体的粘度，可以近似用下式来计算：
M m n i M i
m
i 1
i
式中: Mm——混合气体的分子量； μm——混合气体的粘度；
2、毛细现象 ▪毛细现象：液体沿管壁上升或下降的现象 毛细管
➢ 液体与固体壁面接触时，液体
内聚力小于液体与壁面间的附
着力时，液体的表面张力将使
液体沿垂直管壁上升。浸润
➢ 反之，当液体内聚力大于液体
与壁面间的附着力时，液体的
❖ 航天：稀薄气体动力学（滑流、过渡流、自由 分子流）；等离子体
❖ 潜艇、船舶：液体压缩性小、粘性大
❖ 汽车：F1 — 最完美的贴地飞行器
60年代，意识到空气动力学在赛车设计上的重要性；1968年首次出 现了绕流翼板，开始利用绕流来控制F1，此后逐渐相信“谁掌握了空 气，谁就掌握了F1”.
F1各车队在空气动力学研发上的花费占整个预算的15%，仅次于引 擎。
➢液体不具有明显的压缩性与膨胀性 -------- 可以 不考虑
➢气体的压缩性与膨胀性不同于液体，具有明显的压 缩性与膨胀性，这是由于气体的密度随着温度和压 强的改变将发生显著的变化。
对于理想气体，其密度与温度和压强之间的关系用 热力学中的状态方程式表示，即
P RT
三、流体的粘性
❖ 流体除易变形性外，还有抗拒 快速变形的性质，称为粘性。
Mi、αi、μi——混合气体中各组分的分子量、
《流体力学》实验教案(全)
《流体力学》实验教案（一）一、实验目的1. 理解流体力学的基本概念和原理。
2. 掌握流体力学实验的基本方法和技能。
3. 培养观察现象、分析问题和解决问题的能力。
二、实验原理1. 流体的定义和分类。
2. 流体的物理性质：密度、粘度和表面张力。
3. 流体流动的两种状态：层流和湍流。
4. 流体流动的连续性方程和伯努利方程。
三、实验器材与设备1. 流体流动实验装置：管道、流量计、压力计等。
2. 流体粘度实验装置：粘度计、计时器等。
3. 流体表面张力实验装置：表面张力计、铂丝等。
4. 其他辅助工具：量筒、滴定管等。
四、实验内容与步骤1. 流体流动实验：观察和记录不同流速下的压力和流量数据，分析流体流动的规律。
2. 流体粘度实验：测量不同温度下的流体粘度，探讨温度对粘度的影响。
3. 流体表面张力实验：测量不同液体的表面张力，研究表面张力的影响因素。
五、实验数据处理与分析1. 根据实验数据，绘制压力-流量曲线，分析流体流动状态。
2. 根据实验数据，绘制粘度-温度曲线，探讨温度对粘度的影响。
3. 根据实验数据，绘制表面张力-液体种类曲线，研究表面张力的影响因素。
《流体力学》实验教案（二）六、实验目的1. 掌握流体力学实验的基本方法和技能。
2. 培养观察现象、分析问题和解决问题的能力。
七、实验原理1. 流体的定义和分类。
2. 流体的物理性质：密度、粘度和表面张力。
3. 流体流动的两种状态：层流和湍流。
4. 流体流动的连续性方程和伯努利方程。
八、实验器材与设备1. 流体流动实验装置：管道、流量计、压力计等。
2. 流体粘度实验装置：粘度计、计时器等。
3. 流体表面张力实验装置：表面张力计、铂丝等。
4. 其他辅助工具：量筒、滴定管等。
九、实验内容与步骤1. 流体流动实验：观察和记录不同流速下的压力和流量数据，分析流体流动的规律。
2. 流体粘度实验：测量不同温度下的流体粘度，探讨温度对粘度的影响。
3. 流体表面张力实验：测量不同液体的表面张力，研究表面张力的影响因素。
大学力学流体静力学教案
课时：2课时教学目标：1. 让学生掌握流体静力学的基本概念和基本定律；2. 使学生能够运用流体静力学原理解决实际问题；3. 培养学生的科学思维和创新能力。
教学内容：1. 流体静力学基本概念；2. 流体静力学基本定律；3. 流体静力学应用实例。
教学过程：第一课时一、导入1. 回顾流体力学的基本概念，如流体、流体静力学等；2. 引出流体静力学的基本定律。
二、教学内容1. 流体静力学基本概念（1）流体的定义、分类、性质；（2）流体的静压力、静压力分布规律；（3）流体的质量、密度、比重等物理量；（4）流体静力学坐标系。
2. 流体静力学基本定律（1）帕斯卡定律；（2）流体静力学平衡微分方程；（3）流体静力学基本方程。
三、教学活动1. 讲解流体静力学基本概念和基本定律；2. 通过实例分析，让学生了解流体静力学在工程中的应用。
四、作业布置1. 完成课后习题，巩固所学知识；2. 查阅相关资料，了解流体静力学在工程中的应用。
第二课时一、复习导入1. 复习流体静力学基本概念和基本定律；2. 引出流体静力学应用实例。
二、教学内容1. 流体静力学应用实例（1）液压系统；（2）船舶浮力；（3）水坝设计；（4）管道压力计算。
2. 流体静力学计算方法（1）流体静压力计算；（2）流体静力学平衡微分方程的应用；（3）流体静力学基本方程的应用。
三、教学活动1. 讲解流体静力学应用实例和计算方法；2. 通过实例分析，让学生了解流体静力学在实际工程中的应用。
四、作业布置1. 完成课后习题，巩固所学知识；2. 查阅相关资料，了解流体静力学在工程中的应用。
教学评价：1. 课堂表现：观察学生在课堂上的学习态度、参与程度；2. 作业完成情况：检查学生课后作业的完成质量；3. 实践能力：通过实际案例分析，评估学生运用流体静力学原理解决实际问题的能力。
计算流体力学教案
计算流体力学教案第一章：计算流体力学简介1.1 课程背景与意义介绍计算流体力学（CFD）的基本概念和发展历程。
解释CFD在工程和科学研究中的应用领域。
1.2 流体力学基本概念介绍流体力学的定义和基本原理。
解释流体力学中的关键参数，如流速、压力、密度等。
1.3 CFD的基本流程介绍CFD分析的基本流程，包括前处理、求解和后处理。
解释每个流程中的关键步骤和注意事项。
第二章：CFD的前处理技术2.1 几何建模介绍几何建模的基本概念和方法。
解释如何使用CAD软件进行几何建模。
2.2 网格划分介绍网格划分的目的和重要性。
解释网格划分的方法和技巧，如结构网格、非结构网格和混合网格。
第三章：流动方程及其离散化3.1 流动方程简介介绍流动方程的基本概念和重要性。
解释连续方程、动量方程和能量方程的基本形式。
3.2 离散化方法介绍离散化方法的基本概念和目的。
解释常用的离散化方法，如显式格式、隐式格式和混合格式。
第四章：数值求解技术4.1 数值求解方法介绍数值求解方法的基本概念和原理。
解释常用的数值求解方法，如有限差分法、有限体积法和有限元法。
4.2 收敛性分析与优化介绍收敛性分析的基本概念和方法。
解释如何优化求解过程，提高计算精度和效率。
第五章：CFD的后处理技术5.1 结果可视化介绍结果可视化的基本概念和方法。
解释如何使用CFD软件进行结果可视化，如云图、流线图和粒子追踪。
5.2 数据分析和解释介绍数据分析和解释的基本方法。
解释如何对计算结果进行分析和解释，如压力分布、速度分布和温度分布。
第六章：湍流模型6.1 湍流现象简介介绍湍流的基本特征和现象。
解释湍流的产生原因和影响因素。
6.2 湍流模型分类介绍常见的湍流模型，如直接数值模拟（DNS）、大涡模拟（LES）和雷诺平均纳维尔斯托克斯（RANS）模型。
解释不同湍流模型的适用范围和优缺点。
6.3 常用湍流模型介绍常用的RANS模型，如标准\( k-\epsilon \)、\( k-\omega \)和Spalart-Allmaras模型。
《流体力学》实验教案(全)word版
《流体力学》实验教案（全）(一)不可压缩流体定常流能量方程(伯努利方程)实验一、实验目的要求：1、掌握流速、流量、压强等动水力学水力要素的实验量测技术；2、验证流体定常流的能量方程；3、通过对动水力学诸多水力现象的实验分析研究，进一步掌握有压管流中动水力学的能量转换特性。
自循环伯努利方程实验装置图本实验的装置如图所示，图中：1.自循环供水器；2.实验台；3.可控硅无级调速器；4.溢流板；5.稳水孔板；5 / 456.恒压水箱；7.测压计；8.滑动测量尺；9.测压管； 10.实验管道； 11.测压点； 12.毕托管 13.实验流量调节阀。
三、实验原理：在实验管路中沿水流方向取n个过水截面。
可以列出进口截面(1)至截面(i)的能量方程式（i=2,3,.....,，n)选好基准面，从已设置的各截面的测压管中读出值,测出通过管路的流量,即可计算出截面平均流速ν及动压，从而可得到各截面测管水头和总水头。
四、实验方法与步骤：1、熟悉实验设备，分清各测压管与各测压点，毕托管测点的对应关系。
2、打开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流后，检查泄水阀关闭时所有测压管水面是否齐平，若不平则进行排气调平(开关几次）。
3、打开阀13，观察测压管水头线和总水头线的变化趋势及位置水头、压强水头之间的相互关系，观察当流量增加或减少时测压管水头的变化情况。
4、调节阀13开度，待流量稳定后，测记各测压管液面读数，同时测记实验流量(与毕托管相连通的是演示用，不必测记读数)。
5、再调节阀13开度1～2次，其中一次阀门开度大到使液面降到标尺最低点为限，按第4步重复测量。
五、实验结果及要求：1、把有关常数记入表2.1。
2、量测()并记入表2.2。
3、计算流速水头和总水头。
4、绘制上述结果中最大流量下的总水头线和测压管水头线(轴向尺寸参见图2.2，总水头线和测压管水头线可以绘在图2.2上)。
六、结果分析及讨论：1、测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同？为什么？2、流量增加，测压管水头线有何变化？为什么？3、测点2、3和测点10 、11的测压管读数分别说明了什么问题？4、试问避免喉管(测点7)处形成真空有哪几种技术措施？分析改变作用水头(如抬高或降低水箱的水位)对喉管压强的影响情况。
计算流体力学教案
计算流体力学教案第一章：计算流体力学简介1.1 课程目标了解计算流体力学的基本概念理解计算流体力学的发展历程掌握计算流体力学的应用领域1.2 教学内容计算流体力学的定义和发展历程计算流体力学的应用领域计算流体力学的方法和步骤1.3 教学方法讲授基本概念和理论知识展示相关实例和应用领域引导学生进行实际操作和思考1.4 教学资源教材和参考书目相关软件和工具网络资源和案例研究1.5 教学评估课堂讨论和问题解答练习题和作业项目研究和报告2.1 课程目标掌握流体力学的基本原理和定律理解流体的性质和行为分析流体的流动和压力分布2.2 教学内容流体的定义和分类流体力学的基本原理和定律流体的性质和行为流体的流动和压力分布2.3 教学方法讲授基本原理和定律进行数值分析和实例解析引导学生进行实验观察和数据分析2.4 教学资源教材和参考书目相关软件和工具实验设备和仪器2.5 教学评估课堂提问和问题解答练习题和作业实验报告和数据分析3.1 课程目标掌握数值方法的基本原理和技巧理解数值方法的适用范围和限制分析数值方法的准确性和稳定性3.2 教学内容数值方法的定义和分类数值方法的原理和技巧数值方法的适用范围和限制数值方法的准确性和稳定性3.3 教学方法讲授数值方法的基本原理和技巧进行数值分析和实例解析引导学生进行实验观察和数据分析3.4 教学资源教材和参考书目相关软件和工具实验设备和仪器3.5 教学评估课堂提问和问题解答练习题和作业实验报告和数据分析第四章：计算流体力学软件介绍4.1 课程目标掌握计算流体力学软件的基本操作和功能理解计算流体力学软件的适用范围和限制分析计算流体力学软件的准确性和稳定性4.2 教学内容计算流体力学软件的定义和分类计算流体力学软件的基本操作和功能计算流体力学软件的适用范围和限制计算流体力学软件的准确性和稳定性4.3 教学方法讲授计算流体力学软件的基本操作和功能进行数值分析和实例解析引导学生进行实验观察和数据分析4.4 教学资源教材和参考书目相关软件和工具实验设备和仪器4.5 教学评估课堂提问和问题解答练习题和作业实验报告和数据分析第五章：计算流体力学应用实例分析5.1 课程目标掌握计算流体力学在实际工程中的应用理解计算流体力学在不同领域的应用案例分析计算流体力学的优势和局限性5.2 教学内容计算流体力学在工程中的应用领域计算流体力学应用案例分析计算流体力学的优势和局限性5.3 教学方法讲授计算流体力学在工程中的应用领域分析计算流体力学应用案例引导学生进行讨论和思考5.4 教学资源教材和参考书目相关软件和工具实际工程案例和数据5.5 教学评估课堂讨论和问题解答练习题和作业项目研究和报告第六章：有限元方法在计算流体力学中的应用理解有限元方法的基本原理和步骤掌握有限元方法在计算流体力学中的应用分析有限元方法的优缺点6.2 教学内容有限元方法的定义和发展历程有限元方法的基本原理和步骤有限元方法在计算流体力学中的应用有限元方法的优缺点6.3 教学方法讲授有限元方法的基本原理和步骤通过实例分析有限元方法在计算流体力学中的应用引导学生进行实验操作和数据分析6.4 教学资源教材和参考书目有限元软件和工具实验设备和仪器6.5 教学评估课堂提问和问题解答练习题和作业实验报告和数据分析第七章：边界层理论和湍流模型理解边界层理论的基本概念掌握湍流模型的发展和应用分析不同湍流模型的特点和适用条件7.2 教学内容边界层理论的基本概念和方程湍流模型的定义和发展常用湍流模型的特点和适用条件边界层理论和湍流模型的关系7.3 教学方法讲授边界层理论的基本概念和方程分析不同湍流模型的特点和适用条件通过实例讲解湍流模型的应用7.4 教学资源教材和参考书目相关软件和工具实验设备和仪器7.5 教学评估课堂讨论和问题解答练习题和作业实验报告和数据分析第八章：多相流和反应流计算理解多相流和反应流的基本概念掌握多相流和反应流的计算方法分析多相流和反应流计算的挑战和限制8.2 教学内容多相流和反应流的定义和分类多相流和反应流的计算方法多相流和反应流计算的挑战和限制多相流和反应流计算的应用领域8.3 教学方法讲授多相流和反应流的基本概念和分类分析多相流和反应流的计算方法通过实例讲解多相流和反应流计算的应用8.4 教学资源教材和参考书目相关软件和工具实验设备和仪器8.5 教学评估课堂讨论和问题解答练习题和作业实验报告和数据分析第九章：计算流体力学的优化和并行计算理解计算流体力学优化的基本概念掌握计算流体力学并行计算的方法和技术分析计算流体力学优化和并行计算的优势和限制9.2 教学内容计算流体力学优化的定义和方法计算流体力学并行计算的基本概念和技术计算流体力学优化和并行计算的应用领域计算流体力学优化和并行计算的优势和限制9.3 教学方法讲授计算流体力学优化的基本概念和方法分析计算流体力学并行计算的方法和技术通过实例讲解计算流体力学优化和并行计算的应用9.4 教学资源教材和参考书目相关软件和工具实验设备和仪器9.5 教学评估课堂讨论和问题解答练习题和作业实验报告和数据分析第十章：计算流体力学的未来发展方向了解计算流体力学当前的研究热点掌握计算流体力学的发展趋势分析计算流体力学在未来的应用前景10.2 教学内容计算流体力学当前的研究热点计算流体力学的发展趋势计算流体力学在未来的应用前景10.3 教学方法讲授计算流体力学当前的研究热点和发展趋势引导学生进行思考和讨论分析计算流体力学在未来的应用前景10.4 教学资源教材和参考书目相关研究报告和论文网络资源和案例研究10.5 教学评估重点和难点解析1. 计算流体力学简介难点解析：流体力学的基本原理和定律的理解，流体的性质和行为的分析，流体的流动和压力分布的计算。
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5个未知数，3个方程。可见不引入边界条件 是没法求解旳
对求解域中旳边界节点1、5旳离散方程需作特殊处理。
措施依然是对微分方程在边界控制体内积分。微分方程
为：
d (k dx
dT ) dx
0
上式在左边界控制体上积分，得：
kA(TE
TP x
)
kA(TP TA ) x / 2
0
(2 12)
即
kA(T2 T1 ) x
2-1一维稳态扩散问题旳FVM计算格式 2-2 多维稳态扩散问题旳FVM求解
预备知识：高斯公式(奥氏公式）
div(a)dV n adA
V
A
或： ( ax ay az )dV
V x y z
(cos ax cos ay cos az )dA
A
(axdydz aydxdz azdxdy)
d
( )dV SdV n( )dA SdV
V dx dx
V
A
dx
V
(A
d
dx
)e
(A
d
dx
)
w
SV
0
式中，控制体旳体积为ΔV， 全部表面积为A，源项在控 制体中旳平均值为S
上式有明确旳物理意义：场变量旳净增扩 散量（即自西侧界面流入旳扩散流量减去 东侧界面流出旳扩散流量）等于源项产生 旳扩散流量。
A
写出一维条件下旳奥氏公式
通用变量方程
(
t
)
div(u)
div(
grad )
S
非定常项 对流项
扩散项
源项
(1 35)
瞬态扩散方程
稳态扩散方程
瞬态对流扩散方程
( )
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计算流体力学教案
Teaching plan of computational fluid mechanics
计算流体力学教案
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一、流体地基本特征
1.物质地三态
在地球上，物质存在地主要形式有：固体、液体和气体。
流体和固体地区别:从力学分析地意义上看，在于它们对外力抵抗地能力不同。
固体：既能承受压力，也能承受拉力与抵抗拉伸变形。
流体：只能承受压力，一般不能承受拉力与抵抗拉伸变形。
液体和气体地区别：气体易于压缩；而液体难于压缩；
液体有一定地体积，存在一个自由液面；气体能充满任意形状地容器，无一定地体积，不存在自由液面。
液体和气体地共同点：两者均具有易流动性，即在任何
微小切应力作用下都会发生变形或流动，故二者统称为流体。
2.流体地连续介质模型
微观：流体是由大量做无规则运动地分子组成地，分子之间存在空隙，但在标准状况下，1cm3液体中含有3.3×1022个左右地分子，相邻分子间地距离约为3.1×10-8cm。
1cm3气体中含有2.7×1019个左右地分子，相邻分子间地距离约为3.2×10-7cm。
宏观：考虑宏观特性，在流动空间和时间上所采用地一切特征尺度和特征时间都比分子距离和分子碰撞时间大得多。
（1）概念
连续介质（continuum/continuous medium）：质点连续充满所占空间地流体或固体。
连续介质模型（continuum continuous medium model）：把流体视为没有间隙地充满它所占据地整个空间地一种连续介质，且其所有地物理量都是空间坐标和时间地连续函数地一种假设模型：u =u（t,x,y,z）。
（2）优点
排除了分子运动地复杂性。
物理量作为时空连续函数，则可以利用连续函数这一数学工具来研究问题。
3.流体地分类
（1）按照流体受压体积缩小地性质，流体可分为：
可压缩流体（compressible flow）：流体密度随压强变化不能忽略地流体。
不可压缩流体（incompressible flow）：流体密度随压强变化很小，流体地密度可视为常数地流体。
注：
（a）严格地说，不存在完全不可压缩地流体。
（b）一般情况下地液体都可视为不可压缩流体（发生水击时除外）。
（c）对于气体，当所受压强变化相对较小时，可视为不可压缩流体。
（d）管路中压降较大时，应作为可压缩流体。
（2）按照流体是不是具有粘性，可分为：
实际流体：指具有粘度地流体，在运动时具有抵抗剪切变形地能力。
理想流体：是指既无粘性又完全不可压缩流体，在运动时也不能抵抗剪切变形。
二、惯性
一切物质都具有质量，流体也不例外。
质量是物质地基
本属性之一，是物体惯性大小地量度，质量越大，惯性也越大。
单位体积流体地质量称为密度（density），单位：kg/m3。
三、压缩性
1.压缩性
流体地可压缩性（compressibility）：作用在流体上地
压力变化可引起流体地体积变化或密度变化，这一现象称为流体地可压缩性。
压缩性可用体积压缩率k来量度。
2.体积压缩率k
体积压缩率k（coefficient of volume compressibility）：流体体积地相对缩小值与压强增值之比，即当压强增大一个单位值时，流体体积地相对减小值。
3.体积模量K
流体地压缩性在工程上往往用体积模量来表示。
体积模
量K（bulk modulus of elasticity）是体积压缩率地倒数。
k与K随温度和压强而变化，但变化甚微。
说明：a. K越大，越不易被压缩，当K时，表示该流体绝对不可压缩。
b. 流体地种类不同，其k和K值不同。
c. 同一种流体地k和K值随温度、压强地变化而变化。
d. 在一定温度和中等压强下，水地体积模量变化不大
一般工程设计中，水地K=2×109 Pa ，说明Dp =1个大气压时，。
Dp不大地条件下，水地压缩性可忽略，相应地水地密度可视为常数。
四、粘度
1.粘性
粘性：即在运动地状态下，流体所产生地抵抗剪切变形地性质。
2.粘度
（1）定义
流体地粘度：粘性大小由粘度来量度。
流体地粘度是由流动流体地内聚力和分子地动量交换所引起地。
（2）分类
动力粘度：又称绝对粘度、动力粘性系数、粘度，是反映流体粘滞性大小地系数，单位：N"s/m2。
运动粘度ν：又称相对粘度、运动粘性系数。
（3）粘度地影响因素
流体粘度地数值随流体种类不同而不同，并随压强、温度变化而变化。
1）流体种类。
一般地，相同条件下，液体地粘度大于气体地粘度。
2）压强。
对常见地流体，如水、气体等，m值随压强地变化不大，一般可忽略不计。
3）温度。
是影响粘度地主要因素。
当温度升高时，液体地粘度减小，气体地粘度增加。
a.液体：内聚力是产生粘度地主要因素，当温度升高，分子间距离增大，吸引力减小，因而使剪切变形速度所产生地切应力减小，所以m值减小。
b.气体：气体分子间距离大，内聚力很小，所以粘度主要是由气体分子运动动量交换地
结果所引起地。
温度升高，分子运动加快，动量交换频繁，所以粘度增加。
3.牛顿内摩擦定律
a. 牛顿内摩擦定律：液体运动时，相邻液层间所产生地切应力与剪切变形地速率成正比。
说明：
1）流体地切应力与剪切变形速率，或角变形率成正比。
——区别于固体地重要特性:固体地切应力与角变形地大小成正比。
2）流体地切应力与动力粘度m成正比。
3）对于平衡流体du /dy =0，对于理想流体m=0，所以均不产生切应力，即t =0。
b.牛顿平板实验与内摩擦定律
2.牛顿流体、非牛顿流体
牛顿流体（newtonian fluids）：是指任一点上地剪应力都同剪切变形速率呈线性函数关系地流体，即遵循牛顿内摩擦定律地流体称为牛顿流体。
非牛顿流体：不符合上述条件地均称为非牛顿流体
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