流体力学与流体机械教案.docx

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流体力学与流体机械教案

《流体力学与流体机械》教案

授课班级：

环境工程专业2004级（必修课）

主讲：

康军利

第一章流体及其物理性质

1.本章的教学目的及基本要求

目的：

使学生了解流体力学的任务及应用领域，掌握流体的连续介质理论和流

体的主要物理力学性质以及作用在流体上的力的两种形式。

基本要求：

掌握流体的连续介质模型、流体的主要物理性质：

易流动性、密度

与重度、黏性与理想流体模型、压缩性与不可压模型、表面张力特性、汽化压强

特性；掌握作用在流体上的力的两种形式：

质量力与表面力

2.本章各节的教学内容

§1-1流体的定义、特征和连续介质假设

§1-2流体的密度

§1-3液体的压缩性和膨胀性

§1-4流体的黏性

§1-5流体的分类

§1-6流体的表面性质

§1-7作用在流体上的力

第一章习题课

3.本章教学内容的重点和难点

重点：

流体的连续介质模型、密度与重度、黏性与理想流体模型、牛顿内摩擦

定律、压缩性与不可压模型、质量力与表面力

难点：

连续介质模型、牛顿内摩擦定律、质量力与表面力

4.本章教学内容的深化和拓宽

深化：

连续介质模型的应用、牛顿内摩擦定律应用、质量力与表面力的应用

拓宽：

牛顿内摩擦定律推广

5.本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题

教学方式：

讲授

注意问题：

概念理解、记忆并能应用。

6.本章的主要参考书目

《工程流体力学》（管楚定北京电力专科学校）

《工程流体力学》（上海电力学院成教院）

《工程流体力学》（毛羽冲江西电力专科学校）

授课序号：

一

一、包含教材章节

§1-1流体的定义、特征和连续介质假设

§1-2流体的密度

§1-3液体的压缩性和膨胀性

§1-4流体的黏性

二、主要内容（具体到各知识点）及课时分配

§1-1工程流体力学的任务及发展史10分钟

1）任务

2）发展史

§1-2连续介质假定15分钟

1）流体质点

2）流体的连续介质模型

§1-3液体的基本特性20分钟

1）流体的受力特点

2）易流动性

§1-4流体的黏性45分钟

1）密度与重度

2）黏性与理想流体模型

3）压缩性与不可压模型

4）表面张力特性

5）汽化压强特性

三、本单元的教学方式（手段）

教学方式：

讲授

四、本单元师生活动设计

教师提问——学生思考——教师讲授

五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）

见电子教案：

六、本单元的作业布置

思考题：

1-1、1-3、1-4、1-5、1-6

习题：

1-2、1-6

七、课后总结

授课序号：

二

一、包含教材章节

§1-5流体的分类

§1-6流体的表面性质

§1-7作用在流体上的力

二、主要内容（具体到各知识点）及课时分配

§1-5流体的分类20分钟

1）理想流体与黏性流体

2）不可压缩流体与可压缩流体

3）牛顿流体与非牛顿流体

§1-6流体的表面性质25分钟

1）表面张力

2）毛细现象

§1-7作用在流体上的力15分钟

1）表面力

2）质量力

第一章例题与课堂练习30分钟

1）压缩性与膨胀性

2）牛顿内摩擦定律的应用

三、本单元的教学方式（手段）

教学方式：

讲授

四、本单元师生活动设计：

教师提问——学生思考——教师讲授

五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）

见电子教案：

六、本单元的作业布置

思考题：

1-7、1-8、1-9、1-5

习题：

1-15、1-16、1-17

七、课后总结

第二章流体静力学

1.本章的教学目的及基本要求

目的：

使学生理解静水压强的特性、液体平衡微分方程，掌握水静力学的基本

方程、液柱式测压计的基本原理，最终能熟练计算作用在平面、曲面上的静水总

压力。

基本要求：

要明确流体静力学是研究流体在外力作用下静止平衡规律及其在工

程实际中的应用。

要让学生掌握流体静压强概念及其两大特性，掌握流体平衡微分方程式，掌

握流体静力学基本方程式及其物理意义和几何意义，要正确理解等压面的概念，

并会分析等压面，理解绝对压强、计示压强和真空度的概念及三者间关系。

掌握各种液柱式测压计的结构，测压原理及适用范围，了解水位计的原理。

掌握静止液体作用在平面和曲面上的总压力计算。

2.本章各节的教学内容

§2-1流体静压强及其特性

§2-2液体的平衡微分方程等压面

§2-3在重力作用下的流体静力学基本方程

§2-4绝对压强、计示压强和真空度

§2-5流体静力学方程的应用

§2-6水位计的基本原理

§2-7作用在平面上的静水总压力

§2-8作用在曲面上的静水总压力

习题课

3.本章教学内容的重点和难点

重点：

静水压强的特性、液体平衡微分方程、液体的相对平衡、水静力学的基本

方程、液柱式测压计、作用在平面、曲面上的静水总压力。

难点：

液体平衡微分方程、液体的相对平衡、差压计、作用在平面、曲面上的静

水总压力。

4.本章教学内容的深化和拓宽

深化：

水静力学的基本方程、液体平衡微分方程、差压计、作用在平面、曲面上

的静水总压力。

拓宽：

作用在平面、曲面上的静水总压力。

5.本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题

教学方式：

讲授——提问——讲授——习题

注意问题：

概念、原理、计算方法的理解、记忆，复习高等数学中的积分公式、

理论力学中的合力之矩原理、材料力学中的静面矩、惯性矩。

本章的习题课分散在讲课中。

6.本章的主要参考书目

《工程流体力学》（管楚定北京电力专科学校）

《工程流体力学》（上海电力学院成教院）

《工程流体力学》（毛羽冲江西电力专科学校）

7.本章的思考题和习题等

思考题：

2-1、2-2、2-3、2-6、2-17、2-23

习题：

2-5、2-8、2-9、2-13、2-15、2-16、2-18、2-19、2-21、2-22

授课序号：

三

一、包含教材章节

§2-1流体静压强及其特性

§2-2液体的平衡微分方程等压面

§2-3在重力作用下的流体静力学基本方程

二、本单元教学内容（具体到各知识点）

§2-1静水压强及其特性25分钟，课外100分钟

1）静水压强

2）静水压强的特性

§2-2液体的平衡微分方程45分钟，课外150分钟

1）液体平衡微分方程一般式

2）综合式

§2-3在重力作用下的流体静力学基本方程20分钟，课外100分钟

1）引出重力作用下的流体静力学基本方程

2）方程的物理意义

3）方程的几何意义

三、本单元的教学方式（手段）

教学方式：

讲授

四、本单元师生活动设计

教师提问——学生思考——教师讲授

五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）

电子教案：

六、本单元的作业布置

思考题：

2-1、2-2、

习题：

2-1、2-3、2-5

七、课后总结

授课序号：

四

一、包含教材章节

§2-4绝对压强、计示压强和真空度

§2-5流体静力学方程的应用

二、主要内容（具体到各知识点）及课时分配

§2-3重力场的液体平衡45分钟，课外70分钟

1）水静力学的基本方程

2）静水压强分布规律

§2-4静水压强的计算与测量45分钟，课外80分钟

1）绝对压强

2）相对压强

3）真空度

4）压强的计量单位

5）测量压强的仪器：

测压管、U形测压计

三、本单元的教学方式（手段）

教学方式：

讲授

四、本单元师生活动设计

教师提问——学生思考——教师讲授

五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）：

见电子教案：

六、本单元的作业布置

思考题：

2-4、2-5、2-6

习题：

2-3、2-4

七、课后总结

授课序号：

五

一、包含教材章节

§2-5流体静力学方程的应用

§2-6水位计的基本原理

二、主要内容（具体到各知识点）及课时分配

§2-5重力场的液体平衡70分钟，课外75分钟

1）测量压强的仪器：

测压管、U形测压计

2）例题与课堂练习

§2-6水位计的基本原理20分钟，课外75分钟

1）水位计的作用

2）例题

三、本单元的教学方式（手段）

教学方式：

讲授

四、本单元师生活动设计：

教师提问——学生思考——教师讲授

五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）

见电子教案：

六、本单元的作业布置

思考题：

2-7、2-8

习题：

2-6、2-9、2-7、2-15

七、课后总结

授课序号：

六

一、包含教材章节

§2-7作用在平面上的静水总压力

§2-8静止液体作用在曲面上的总压力

二、主要内容（具体到各知识点）及课时分配

§2-7静止液体作用在平面上的总压力45分钟，课外100分钟

1）图解法

2）解析法

3）例题分析

§2-8静止液体作用在曲面上的总压力45分钟，课外200分钟

1）水平分力

2）垂直分力

3）压力体

4）例题分析

三、本单元的教学方式（手段）

教学方式：

讲授

四、本单元师生活动设计：

教师提问——学生思考——教师讲授

五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）

见电子教案：

六、本单元的作业布置

思考题：

2-7、2-8

习题：

2-21、2-23、2-24

七、课后总结

第三章流体流动的基本概念和方程

一、本章的教学目的及基本要求

目的：

使学生理解连续性微分方程、理想液体运动微分方程、实际流体的运动

微分方程，掌握恒定总流连续性方程、理想液体元流的能量方程与实际液体总流

的能量方程、恒定总流动量方程以及恒定平面势流。

基本要求：

本章主要讨论理想流体运动的基本规律，要让学生了解研究流体运

动的两种基本方法、流动的分类和流体动力学的基本概念，掌握流体流动的连续

性方程，掌握理想流体运动的微分方程，特别是理想流体微元流束的伯努里方程

和定常流动的动量方程，是学习后续知识及其它专业课的基础，应重点掌握；还

应掌握几种流速、流量计的测量原理。

二．本章各节的教学内容

§3-1研究流体运动的两种方法

§3-2流动的分类

§3-3流体动力学的几个基本概念

§3-4流体流动的连续性方程

§3-5理想流体运动的微分方程

§3-6理想流体微元流束的伯努里方程

§3-7伯努里方程应用

§3-8定常流动的动量方程

习题课

三、本章教学内容的重点和难点

重点：

连续性微分方程，理想液体运动微分方程。

难点：

应用连续方程、伯努里方程及流体静力学方程联立解决一维流动的流速（或

流量）和压强的计算问题。

对这部分内容应结合例题加强训练。

四、本章教学内容的深化和拓宽

深化：

理想流体的能量方程的推广，实际流体总流的能量方程在实际工程中的

应用，恒定总流动量方程在实际工程中的应用，恒定平面势流的实际意义。

拓宽：

实际流体的运动微分方程在三维流场中的数值计算，理想液体元流的能

量方程的推广，实际流体总流的能量方程在实际工程中的应用，恒定总流动量方

程在实际工程中的应用，平面势流的应用。

五、本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题

教学方式：

讲授——提问——讲授——习题课

注意问题：

1）概念、原理、计算方法的理解、掌握。

注意实际流体能量方程和

动量方程计算断面的选取，以及解题步骤与方法；注意有涡流与势流

2）注意复习高等数学的导数、微分与曲线积分等基本方法

六、本章的主要参考书目

《工程流体力学》（管楚定北京电力专科学校）

《工程流体力学》（上海电力学院成教院）

《工程流体力学》（毛羽冲江西电力专科学校）

七、本章的思考题和习题

思考题：

3-1、3-3、3-4、3-6、3-7、3-8、3-9、

习题：

3-2、3-5、3-6、3-7、3-8、3-11、3-17、3-19、3-22、3-23、3-26、3-27

授课序号：

七

一、包含教材章节

§3-1研究流体运动的两种方法

§3-2流动的分类

§3-3流体动力学的几个基本概念

二、本单元教学内容（具体到各知识点）

§3-1描述液体质点运动的两种方法20分钟

1）欧拉法

2）拉格朗日法

§3-2流动的分类25分钟

1）恒定流与非恒定流

2）均匀流与非均匀流

3）一元流与二元流、三元流

4）有压流与无压流、射流

§3-3流体动力学的几个基本概念45分钟

1）流线与迹线

2）流管、流束、元流

3）流量

4）过流断面

5）断面平均流速。

三、本单元的教学方式（手段）

教学方式：

讲授

四、本单元师生活动设计

教师提问——学生思考——教师讲授

五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）

电子教案：

六、本单元的作业布置

思考题：

3-1

习题：

3-1、3-2、3-6

七、课后总结

授课序号：

八

一、包含教材章节

§3-4流体流动的连续性方程

§3-5理想流体运动的微分方程

二、本单元教学内容（具体到各知识点）

§3-4流体流动的连续性方程45分钟

1）流体流动的连续性方程推导

2）恒定总流连续性方程的应用。

§3-5理想流体运动微分方程45分钟

1）理想流体的特点

2）理想流体运动微分方程

3）理想流体的能量方程

4）理想流体能量方程的应用（比托管）

三、本单元的教学方式（手段）

教学方式：

讲授

四、本单元师生活动设计

讲授提问——学生思考——讲授

五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）

电子教案

六、本单元的作业布置

思考题：

3-3

习题：

3-3

七、课后总结

授课序号：

九

二、包含教材章节

§3-6理想流体微元流束的伯努里方程

二、本单元教学内容（具体到各知识点）

§3-7理想流体微元流束的伯努里方程45分钟

1）理想流体微元流束的伯努里方程

2）方程的物理意义和几何意义

§3-7理想流体微元流束的伯努里方程的应用45分钟

三、本单元的教学方式（手段）

教学方式：

讲授

四、本单元师生活动设计

讲授提问——学生思考——讲授

五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）

电子教案

六、本单元的作业布置

思考题：

3-5

习题：

3-15、3-16、3-17

七、课后总结

授课序号：

十

一、包含教材章节

§3-8定常流动的动量方程

二、本单元教学内容（具体到各知识点）

§3-8定常流动的动量方程90分钟

1）动量方程的适用条件

2）动量方程的解决问题

三、本单元的教学方式（手段）

教学方式：

讲授

四、本单元师生活动设计

讲授提问——学生思考——讲授

五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）

电子教案

六、本单元的作业布置

思考题：

3-3

习题：

3-27

七、课后总结

授课序号：

十一

一、包含教材章节

第三章小结与习题课

二、本单元教学内容（具体到各知识点）

第三章小结15分钟

连续性方程的例题与练习30分钟

伯努里方程的应用例题与练习45分钟

三、本单元的教学方式（手段）

教学方式：

讲授

四、本单元师生活动设计

讲授提问——学生思考——讲授

五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）：

电子教案

六、本单元的作业布置

思考题：

3-6

习题：

3-25、3-26、

七、课后总结

第四章流动阻力和能量损失

一、本章的教学目的及基本要求

目的：

使学生了解实际液体的两种流动型态，流动阻力与水头损失的两种型式，

理解实际液体的两种流动型态，流动阻力与水头损失产生原因，以及边界层概念

及绕流阻力概念。

掌握均匀流的基本方程、圆管层流与紊流沿程阻力系数及沿程

水头损失、局部水头损失的计算方法。

基本要求：

本章是在第三章研究理想流体运动基本规律的基础上，把讨论的范

围从微元流束扩大到整个流场（如管道），并考虑黏性对流体运动的影响，本章

是解决实际流体流动问题的理论基础，因此，应结合练习和实验，让学生了解流

体流动的两种状态，会用雷诺数判定流体的两种状态，掌握黏性流体总流的伯努

里方程，掌握流体流动的能量损失和流动阻力的计算，会进行管道水力计算。

二．本章各节的教学内容

§4-1流体流动的能量损失与流动阻力

§4-2圆管中的层流运动

§4-3园管中流体的紊流流动

§4-4圆管中沿程阻力系数的实验研究

§4-5非圆形管道沿程损失的计算

§4-6局部损失计算

§4-7管道水力计算

三、本章教学内容的重点和难点

重点：

实际液体的两种流动型态的判别，均匀流的基本方程，圆管层流与紊流的

流速分布、沿程阻力系数及沿程水头损失的计算，局部水头损失的计算。

难点：

圆管层流与紊流的流速分布，紊流沿程阻力系数的计算。

四、本章教学内容的深化和拓宽

深化：

理想流体的能量方程的推广，实际流体总流的能量方程在实际工程中的

应用，恒定总流动量方程在实际工程中的应用，恒定平面势流的实际意义。

拓宽：

实际流体的运动微分方程在三维流场中的数值计算，理想液体元流的能

量方程的推广，实际流体总流的能量方程在实际工程中的应用。

五、本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题

教学方式：

讲授——提问——讲授——习题课

注意问题：

1）概念、原理、计算方法的理解、掌握。

注意实际流体能量方程和

动量方程计算断面的选取，以及解题步骤与方法；注意有涡流与势流

2）注意复习高等数学的导数、微分与曲线积分等基本方法

六、本章的主要参考书目

《工程流体力学》（管楚定北京电力专科学校）

《工程流体力学》（上海电力学院成教院）

《工程流体力学》（毛羽冲江西电力专科学校）

七、本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题

教学方式：

讲授——提问——讲授——习题

注意问题：

紊流与层流的判别，圆管紊流的速度分布、切应力分布与紊流阻力系

数经验公式的选取。

六、本章的思考题和习题

思考题：

4-1、4-2、4-4、4-5、4-8、4-9

习题：

4-2、4-8、4-11、4-14、4-15、4-17、4-19、4-22、4-25、4-26、4-29

授课序号：

十二

一、包含教材章节

§4-1流体流动的能量损失与流动阻力

§4-2圆管中的层流运动

二、本单元教学内容（具体到各知识点）

§4-1流体流动的能量损失与流动阻力45分钟

1）沿程阻力与沿程损失

2）局部阻力与局部损失

3）沿程阻力与局部阻力的计算

§4-2圆管中的层流运动45分钟

1）数学模型

2）速度、流量与平均流速

3）沿程损失与动能修正系数

4）园管层流的计算

三、本单元的教学方式（手段）

教学方式：

讲授

四、本单元师生活动设计

讲授提问——学生思考——讲授

五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）

电子教案

六、本单元的作业布置

思考题：

4-3、4-4、

习题：

4-5、4-11、4-12、

授课序号：

十三

一、包含教材章节

§4-3园管中流体的紊流流动

§4-4圆管中沿程阻力系数的实验研究

二、本单元教学内容（具体到各知识点）

§4-3园管中流体的紊流流动20分钟

1）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。

（10分钟）

2）由时均速度引出湍流流动的时均速度结构，着重介绍黏性底层厚度。

并根

据雷诺数大小说明水力光滑流动、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。

（10分钟）

§4-4圆管中沿程阻力系数的实验研究70分钟

由管道沿程损失引出尼古拉兹实验，并说明参量间关系。

尔后利用尼古拉兹曲

线图说明流体流动在五个区域流动中λ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。

三、本单元的教学方式（手段）

教学方式：

讲授

四、本单元师生活动设计

讲授提问——学生思考——讲授

五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）

电子教案

六、本单元的作业布置

思考题：

4-8、4-9、

习题：

4-14、4-15、4-17、

授课序号：

十四

一、包含教材章节

§4-5非圆形管道沿程损失的计算

§4-6局部损失计算

二、本单元教学内容（具体到各知识点）

§4-5非圆形管道沿程损失的计算45分钟

§4-6局部损失计算45分钟

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。

详细讲解断面突然扩大的局部阻力系数计算方法及过程。

说明ζ1和ζ2代表的意

义。

三、本单元的教学方式（手段）

教学方式：

讲授

四、本单元师生活动设计

讲授提问——学生思考——讲授

五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）

电子教案

六、本单元的作业布置

思考题：

习题：

4-27、4-28、

授课序号：

十五

一、包含教材章节

§4-7管道水力计算

§4-8水击与虹吸现象

二、本单元教学内容（具体到各知识点）

§4-7管道水力计算45分钟

说明管路计算实质，并引入水力长管和水力短管定义。

分别讲解管路串联与管

路并联能量损失计算原则。

§4-8水击与虹吸现象45分钟

1）水击现象

2）虹吸现象

介绍水击与虹吸现象，并通过例题讲述。

三、本单元的教学方式（手段）

教学方式：

讲授

四、本单元师生活动设计

讲授提问——学生思考——讲授

五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）

电子教案

六、本单元的作业布置

思考题：

4-10、4-11

习题：

4-29、4-30、

七、课后总结

第五章孔口、管嘴出流、有压管路

1.本章的教学目的及基本要求：

目的：

使学生了解恒定孔口出流、管嘴出流、非恒定孔口管嘴出流的流量计算公式；掌握短管、简单长管、串联并联长管、沿程泄流、枝状管网的水力计算方法，理解环状管网的水力计算原理与方法，理解有压管路中水击产生的原因。

基本要求：

理解恒定孔口出流、管嘴出流、非恒定孔口管嘴出流的基本计算方法，能熟练计算短管、简单长管、串联并联长管、沿程泄流、枝状管网的水力计算，理解环状管网的水力计算原理与方法，了解有压管路中水击产生的原因。

2.本章各节的教学内容

§5-1恒定孔口出流

§5-2恒定管嘴出流

§5-3非恒定孔口管嘴出流

§5-4有压管流概述

§5-5短管的水力计算

§5-6长管的水力计算

§5-7管网的水力计算

3.本章教学内容的重点和难点

重点：

恒定孔口出流、管嘴出流；短管、简单长管、串联并联长管、沿程泄流、枝状管网的水力计算；环状管网的水力计算原理与方法；有压管路中水击产生的原因

难点：

串联并联长管、沿程泄流、枝状管网的水力计算；环状管网的水力计算原理与方法；直接水击压强与间接水击压强

4.本章教学内容的深化和拓宽

深化：

新建与扩建枝状管网的水力计算的比较；环状管网的水力计算方法比较；直接水击压强与间接水击压强的分析

拓宽：

应用程序设计进行枝状管网、环状管网的水力计算；直接水击压强与间接水击压强的防止。

5.本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题

教学方式：

讲授——提问——讲授

注意问题：

能量方程在短管中的应用，沿程阻力系数经验公式的选取与计算。

6.本章的主要参考书目

禹化谦，《工程流体力学（水力学）》，西南交通大学出版社，1999.12

闻德荪、魏亚东等，《工程流体力学（水力学）》，高等教育出版社，1992.9

蔡增基，龙天渝，《流体力学》，中国建筑工业出版社，1999.12

7.本章的思考题和习题等

思考题：

5-4、5-5、5-10、5-12、5-18、5-19、5-21、5-22

习题：

5-1、5-2、5-7、5-11、5-14、5-15、5-17、5-20

授课序号：

十六

一、包含教材章节

§5-1恒定孔口出流

§5-2恒定管嘴出