《流体力学A》教学活动大纲.docx

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《流体力学A》教学活动大纲

《流体力学A》教学大纲

一、课程基本信息

开课单位

机械与运载工程学院

课程代码

 EM04013

课程名称

流体力学A

英文名称

FluidMechanics 

课程性质

 核心课程

学  分

3

总学时

48

先修课程

 高等数学、理论力学、数理方程

开课学期

第五

适应专业

机自、车辆、热能

二、课程描述

中文：

本课程是为机自、车辆、热能工程专业学生开设的专业基础课，属于专业核心课程。

本课程的任务是系统介绍流体的力学性质、流体力学的基本概念、基本理论、基本定律和常用分析方法，以及流体力学的工程应用等，培养学生分析和解决简单流体力学工程问题的能力，掌握一定的流体实验技能，为学生学习相关后续专业课程和从事相关的工程技术和科研工作奠定坚实基础；其主要内容为流体的定义与性质，流体静力学，流体运动学，流体动力学，相似原理与量纲分析，理想流体运动分析，不可压缩粘性流体的内部流动，不可压缩粘性流体的外部流动，可压缩流体的流动，管道流动分析与计算等。

本课程的先修课程：

高等数学，理论力学，材料力学。

英文：

Thisisafundamentalcourseformajorsofmechanicalengineering,vehicleengineering.Thedutiesofthiscoursearetosystematicintroducethemechanicalcharacteristicsoffluid,basicconceptsandtheories,commonanalysismethodandengineeringapplicationoffluid.Thestudyofthiscoursedevelopsthestudents’abilitytoanalyzeandsolvepracticalfluidproblems,tograspnecessaryexperimentskills,andtoapplythebasicfluidknowledgeinengineeringpracticeandscientificresearch,thuslayingasolidfoundationfortheirstudyoffollow-upcoursesandresearchwork.Themaincontentsofthiscoursearethedefinitionandcharacteristicsoffluid,fluidstatics,fluidkinematics,fluiddynamics,similaritytheoryanddimensionalanalysis,idealfluidanalysis,internalflowofuncompressibleviscousflow,externalflowofuncompressibleviscousflow,compressibleflow,hydraulicpipeanalysisetc.

Prerequisites:

AdvancedMathematics；TheoreticalMechanics；MechanicsofMaterials

三、课程内容

（一）课程教学目标

工程流体力学是一门重要的专业基础课，主要研究流体处于平衡或者运动状态下的力学规律以及这些规律在工程实际中的应用。

主要讲授流体力学的基本概念、流体静力学、流体运动学和动力学、量纲分析与相似原理、粘性流体的内部流动及其水头损失、粘性流体的外部流动、理想流体的无旋流动、气体一维流动。

通过本课程的学习，要求学生掌握流体力学的基本理论和基本原理；了解相似理论与量纲分析、粘性流体绕流运动；具备应用流体力学的基本知识和基本理论分析和解决工程实际中有关流体力学问题的能力。

（二）基本教学内容

绪论&第一章流体及其物理性质

教学目的与要求：

绪论主要介绍流体力学的研究对象、研究方法，流体力学的发展简史以及在现代科学中的应用。

第一章主要涉及到流体的力学定义和特征、流体的基本物理性质和液体的表面性质；要求学生了解流体力学在工程技术中的地位和作用，培养同学们对流体力学的兴趣与爱好，掌握流体与固体的典型区别，深刻理解连续介质模型，了解流体的主要物理性质，掌握不可压缩流体和可压缩流体、流体粘性的概念，理想流体与粘性流体的区别，了解流体的表面张力及毛细现象，能够正确应用牛顿内摩擦定律分析解决流固液膜条件下流体的运动与固体间的相互作用问题。

教学重点：

流体的三大特征；流体的连续介质假设；液体的特性及主要物理参数；粘性和牛顿内摩擦定律的有关概念；液体的表面张力和毛细现象。

教学难点：

连续介质的模型；流体的粘性的定义、原因及影响因素；牛顿内摩擦定律；表面张力。

教学内容：

流体的定义和特征；流体的连续介质模型；流体的密度、重度、比体积与相对密度；流体的热膨胀性和可压缩性；流体的粘性；表面张力及毛细现象。

学时分配：

6学时。

第二章、流体静力学

教学目的与要求：

了解液柱测压计的工作原理，掌握作用在平面和曲面上的流体总压力的特性和计算。

 准确分析作用在流体上的力，掌握流体静压强及其特性，流体静压强的分布规律，压强的计量基准和计量单位；利用流体平衡微分方程、静力学基本方程，求解重力作用下任意点的流体静压强；了解等压面、水头与单位势能等基本概念、压强测量的计式及测量方法；掌握流体在非惯性坐标系统中液面等压面的形状和内部的压强分布的规律；能利用基本公式求解作用于平面上和曲面上的静水总压力的大小，方向及其作用点。

教学重点：

流体处于平衡状态的条件和流体静压强及其特性、流体平衡微分方程式、流体静力学基本方程及其应用、液体在非惯性坐标系中的相对平衡、静止液体作用在平面和曲面上的总压力。

教学难点：

静止流体平衡微分方程的建立、静力学基本方程的推导和应用、流体的相对平衡、平面和曲面上的流体总压力计算。

教学内容：

作用在流体上的力和流体静压强及其特性；流体平衡微分方程式；流体静力学基本方程式；液柱式测压计；流体在非惯性坐标系中的相对平衡；静止流体对壁面的压力。

学时分配：

6学时。

第三章、流体运动学基础

教学目的与要求：

理解流体的流动特性，掌握描述流体运动的方法与相应的描述参数以及粘性流体的流动形态分类和流体流动的分类等基本概念，了解流场的概念及其描述方法、流体运动的基本概念及其区别；能够根据雷诺数来对流体流动形态进行判定；掌握流体的定常、非定常和不同维度的流动状态的划分。

教学重点：

流动速度流场及其描述、欧拉描述方法与拉格朗日描述方法、流线和迹线的概念；恒定流与非恒定流、均匀流与非均匀流、渐变流与急变流的定义及其区别、根据雷诺数来对粘性流体流态的判别。

教学难点：

运用欧拉法、拉格朗日法对流体流动速度场进行描述；流线、迹线的定义、两者的联系与区别。

教学内容：

流场及其描述方法；流体流动的基本参数；粘性流体的流动形态；流体的流动状态。

学时分配：

4学时。

第四章、流体动力学基础

教学目的与要求：

掌握三大守恒定律在流体力学上的应用。

要求能够理解系统与控制体的区别，掌握雷诺输运定理；掌握连续性方程、理想流体运动微分方程式及其积分（欧拉运动方程式）的推导及物理意义；牢固掌握流体运动的总流分析法，能够熟练灵活地综合运用连续方程式，能量方程式（伯努利方程式）和动量方程式进行计算总流问题。

教学重点：

系统与控制体的概念，雷诺输运定理的推导；流体力学中三大守恒方程式的微观、积分表达式、物理意义及应用，伯努利方程的推导、成立条件、各项的流体力学意义及其工程应用。

教学难点：

雷诺输运定理；准确理解连续方程、动量方程与动量矩方程、能量方程的推导过程；熟练掌握伯努利方程及其应用。

教学内容：

系统与控制体；输运公式；流体流动的连续性方程；理想流体的运动微分方程；理想流体微元流束的努伯利方程；努伯利方程的应用；动量方程；动量矩方程；实际流体的运动微分方程。

学时分配：

8学时。

第五章、量纲分析与相似原理

教学目的与要求：

量纲分析与相似原理是指道实验设计和分析实验结果的重要方法，通过量纲分析和相似原理可以合理正确地组织实验，简化实验以及整理实验成果。

理解基本量纲、导出量纲、无量纲量、量纲的和谐原理及其分析方法；掌握π定理；掌握流动相似的基本概念；动力相似准则及理解模型设计的基本方法；能应用量纲和谐原理进行量纲分析；理解几何、运动、动力、初始与边界条件相似的基本概念；重点掌握重力相似准则、粘性力相似准则；能灵活应用相似原理进行模型设计。

教学重点：

量纲的概念，基本量纲及导出量纲；量纲分析法及π定理；流体流动的几何相似、运动相似及动力相似准则；流动相似原理；基本相似准则数。

模化实验

教学难点：

流动的相似概念、相似准则数、量纲分析及

定理的应用

教学内容：

量纲分析；相似的概念；相似原理及相似准则数；近似模化实验。

学时分配：

4学时

第六章、不可压缩流体的理想流动

教学目的与要求：

掌握理想流体运动有旋运动的基本概念；能正确判断理想流体的二维和三维流体流动中的有旋与无旋问题；掌握速度势函数、流函数及两者关系；掌握几种基本平面势流及势流的叠加方法。

教学重点：

流动有旋无旋的概念；涡线、涡管的概念；流函数的定义及特性，势函数的定义及特性；势函数的叠加求解。

教学难点：

势函数和流函数的概念及流场的求解，平面势流叠加原理。

教学内容：

理想流体的有旋运动；速度势，流函数，流网；基本平面势流；基本平面势流的叠加。

学时分配：

4学时。

第七章、不可压缩粘性流体的内部流动

教学目的与要求：

掌握粘性流体的能量方程；正确理解沿程阻力和局部阻力的物理概念；掌握圆管层流运动规律，平板层流公式的推导，熟悉其流速、切应力分布、流量计算以及沿程损失系数的计算；掌握圆管湍流沿程阻力系数、速度分布与沿程损失计算；了解普朗特混合长度理论；熟悉尼古拉兹实验及莫迪图；理解局部阻力的理论推导及计算；掌握总能量损失与伯努利方程的联合求解。

教学重点：

圆管层流，平板层流的运动规律，圆管湍流，普朗特混合长度理论，莫迪图，沿程损失、局部损失，管流中能量损失规律。

教学难点：

圆管层流、圆管湍流的特点、计算；沿程损失、局部损失的理论推导计算及与守恒方程的联合求解。

教学内容：

管内流动的能量损失；流动阻力；圆管内流层；平板间的层流；管内湍流；沿程阻力系数和局部阻力系数。

学时分配：

6学时。

第八章、不可压缩粘性流体的外部流动

教学目的与要求：

掌握边界层的定义与基本特征；在理解边界层的基本概念的基础上对粘性流体绕流运动进行分析讨论；重点掌握边界层的动量积分方程，掌握绕平板流动边界层的近似计算与曲面流动边界层的分离现象；了解绕流阻力与升力。

教学重点：

边界层动量积分方程；平板流动（层流动，湍流动，混合）边界层的近似计算；边界层的分离；形状阻力、摩擦阻力及总阻力。

教学难点：

边界层、绕平板流动边界层的近似解，边界层的分离，形状阻力。

教学内容：

边界层；边界层的动量积分方程；绕平板流动边界层的近似计算；绕曲面流动及边界层的分离；绕流阻力及升力。

学时分配：

4学时。

第九章、可压缩流体的流动

教学目的与要求：

掌握可压缩流体一元恒定流动的基本方程；正确理解压力波的传播、声速和马赫数的概念；掌握完全气体一元等熵恒定流动、滞止状态、临界状态及极限速度；了解可压缩流体在变截面管中的流动。

教学重点：

音速、马赫数的概念，微弱扰动波的传播、气体一元等熵流动的特性，滞止参数、临界参数；激波。

教学难点：

气体一元等熵流动的特性、流动的基本方程及其特征参数

教学内容：

气体动力学基本方程组；音速与马赫数；微弱扰动波的空间流场中的传播；气体一维定常等熵流动；气流参数与通道面积的关系；膨胀波的形成与其特点；正冲波的形成与其前后气流参数关系；斜冲波的形成与其前后气流参数关系。

学时分配：

4学时。

第十章、管路水力计算

教学目的与要求：

掌握水力计算概述及管路的分类；重点掌握管路的串联、并联的分析计算，了解管网和水击现象，理解管路性能分析曲线。

教学重点：

管路的性能分析；管路的串并联分析与计算；水击现象的形成及计算。

教学难点：

管路串并联分析与计算。

教学内容：

水力计算概述及简单管路；管路的串联与并联；管网；管路性能分析；水击现象。

学时分配：

2学时

四、考核方式

《工程流体力学》考核及成绩评定方式最终成绩由平时作业成绩与出勤、平时测验成绩、期中考试、实验成绩和期末成绩等组合而成。

各部分所占比例如下：

平时作业成绩与出勤：

15%。

主要考核对每堂课知识点的复习、理解和掌握程度。

平时测验成绩、期中考试：

20%。

期末考试成绩：

50%。

题型：

1、填空题；2、计算题等。

实验成绩：

15%。

由实验老师评定给分。

五、教材及参考书

教材：

工程流体力学（杨小龙），中国水利水电出版社、工程流体力学（归柯庭），科学出版社

参考书：

工程流体力学（侯国祥、孙江龙等），机械工业出版社

工程流体力学（孙文策），大连理工大学出版社

流体力学（周光坰），高等教育出版社

水力学（清华大学水力学教研组编），高等教育出版社

6、授课手段

课堂讲授、小班讨论以及实验。

说明：

根据教学实际情况，学时分配可适当调整。