流体力学教案土木类.docx

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流体力学教案土木类

中原工学院教案（章节备课）

院（系）：

土木建筑工程系

课程名称

流体力学

（水力学）

课程代码

总学时：

30学时

讲课：

24学时

上机：

0学时

实验：

6学时

学分

3

课程类别

必修课考试课

授课专业

土木工程

授课班级

土木071、072

任课教师

潘洪科

职称

副教授

教学目的和要求

•“水力学”是一门重要的专业基础课；是工程管理专业的主干课程。

本课程的主要任务是使学生掌握水流运动的基本规律、基本理论、基本概念及分析方法，对水利工程中涉及到的一般水力学问题能够分析和计算。

为今后学习专业课，从事专业技术工作打下基础。

•本课程主要包括液体的主要物理性质、水静力学，水运动学，水动力学基本原理，液体型态及水头损失、有压管中的恒定流、明渠中的恒定流、堰流及闸孔出流、流体运动的流场的基本理论等内容。

•通过本课程的学习，达到以下要求：

1.掌握水力学的基本概念、基本定律。

2.对水利工程中的一般水流问题能够分析和计算。

3.能够正确选择使用各种实验科研成果及基本图表，并能正确进行数字计算。

教学重点、难点

静水总压力的求解，水动力学三大方程——连续性方程、能量方程和动量方程的应用，水头损失的计算等。

教材和参考书

教材：

《水力学》吴持恭主编，高等教育出版社，第三版。

主要参考书：

《水力学》李建中主编，陕西科学技术出版社。

《水力学》河海大学，李家星、陈立德主编，河海大学出版社。

0绪论（共0.5学时）

1.本章的教学目的及基本要求

A、教学目的：

使学生了解从事水利工程的科技工作者为什么要学习水力学？

激发学生学习水力学的兴趣，学习水力学的方法以及对上课、作业等的要求。

使学生了解水力学的任务及应用领域。

B、基本要求：

了解水力学的定义、研究对象，研究内容。

了解水力学的应用，了解水力学在水利建设中的作用。

2.本章教学内容的重点和难点

A、重点：

流体的连续介质模型、密度与重度、粘性与理想流体模型、牛顿内摩擦定律、压缩性与不可压模型、质量力与表面力。

B、难点：

连续介质模型、牛顿内摩擦定律、质量力与表面力

3.本章教学进程

A、教学内容及学时分配

水力学课程总体安排，学习要求；水力学的定义、研究对象和研究内容；学习水力学的意义；（25分钟）

B、教学方法

多媒体教学

C、辅助手段

教师讲授

４.本章思考题

无

1液体的主要物理性质（共1.5学时）

1.本章的教学目的及基本要求

A、教学目的：

使学生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。

B、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、粘性与理想流体模型、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.本章教学内容的重点和难点

A、重点：

流体的连续介质模型、粘性与理想流体模型、牛顿内摩擦定律、质量力与表面力，单位质量力。

B、难点：

连续介质模型、牛顿内摩擦定律、质量力与表面力

3.本章教学进程

A、教学内容及学时分配

§1-1液体的基本特征及连续介质的概念；（10分钟）

§1-2液体的密度和容重；（5分钟）

§1-3液体的粘滞性；（35分钟）

§1-4液体的压缩性和膨胀性；（5分钟）

§1-7作用在液体上的力；（20分钟）

B、教学方法

多媒体教学

C、辅助手段

教师提问——学生思考——教师讲授

４.本章思考题

1-1，1-2，1-3

2水静力学（共6学时）

1.本章的教学目的及基本要求

A、教学目的：

使学生理解静水压强的两个重要特性、液体平衡微分方程，等压面，掌握重力作用下水静力学的基本方程、绝对压强与相对压强。

压强的测量、表示方法，水头、势能。

平面上的静水总压力。

作用在曲面上的静水总压力。

最终能熟练计算作用在平面、曲面上的静水总压力。

B、基本要求：

要明确流体静力学是研究液体平衡的规律及其在工程中应用的学科。

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、相对压强和真空度的概念及三者间关系。

掌握压强的度量与量测原理。

掌握静止液体作用在平面和曲面上的总压力计算。

2.本章教学内容的重点和难点

A、重点：

静水压强的特性、液体平衡微分方程、水静力学的基本方程、压强的量测、作用在平面、曲面上的静水总压力。

B、难点：

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。

3.本章教学进程

A、教学内容及学时分配

§2-1静水压强及其特性；（25分钟）

§2-2液体的平衡方程；（40分钟）

§2-3重力作用下静水压强的基本公式；（35分钟）

§2-5压强的度量与量测；（50分钟）

§2-6作用于平面上的静水总压力；（50分钟）

§2-7作用于曲面上的静水总压力；（65分钟）

本章小节（35分钟）

B、教学方法

多媒体教学与板书教学相结合。

C、辅助手段

教师提问——学生思考——教师讲授——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。

４.本章思考题

2-1、2-2、2-8、2-18、2-19、2-20

3水运动学（共3学时）

1.本章的教学目的及基本要求

A、教学目的：

使学生理解并掌握描述液体运动的两种方法—拉格朗日法、欧拉法，恒定流、非恒定流、迹线、流线、元流、总流等基本概念，理解并能熟练流体运动的连续性方程。

B、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，这是学习后续知识及其它专业课的基础，应重点掌握。

2.本章教学内容的重点和难点

A、重点：

恒定流与非恒定流的概念，迹线与流线的概念及性质、恒定一元流的连续性方程。

B、难点：

应用连续方程解决液体流动的流速（或流量）计算问题。

流线的性质。

3.本章教学进程

A、教学内容及学时分配

§3-1描述液体运动的两种方法；（50分钟）

§3-2恒定流与非恒定流；（20分钟）

§3-3迹线与流线；（30分钟）

§3-5一元流动法；（20分钟）

§3-6恒定元流和总流的连续性方程；（30分钟）

B、教学方法

多媒体教学与板书教学相结合。

C、辅助手段

教师提问——学生思考——教师讲授——习题

注意问题：

概念、原理、计算方法的理解、记忆

４.本章思考题

3-1、3-2、3-8

4水动力学的基本原理（共7学时）

1.本章的教学目的及基本要求

A、教学目的：

使学生理解并掌握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。

B、基本要求：

本章主要讨论理想流体运动的基本规律，掌握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；还应掌握流速的测量原理。

2.本章教学内容的重点和难点

A、重点：

均匀流与非均匀流的概念；实际液体恒定流微小流束的能量方程式；实际液体恒定总流的动量方程式。

B、难点：

应用连续方程、伯努里方程及动量方程式联立解决液体流动的流速（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。

3.本章教学进程

A、教学内容及学时分配

§4-4均匀流与非均匀流；（50分钟）

§4-5实际液体恒定总流的能量方程；（120分钟）

§4-6恒定总流的动量方程；（130分钟）

其他（50分钟）

B、教学方法

多媒体教学与板书教学相结合。

C、辅助手段

教师提问——学生思考——教师讲授——习题

注意问题：

概念、原理、计算方法的理解、记忆。

４.本章思考题

4-1,4-2,4-4,4-6,4-8,4-9,4-12,4-14,4-17,4-18,4-19,4-21,4-22

5液流型态及水头损失（共4学时）

1.本章的教学目的及基本要求

A、教学目的：

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。

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。

B、基本要求：

本章是在第二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），并考虑粘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，掌握粘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。

2.本章教学内容的重点和难点

A、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。

B、难点：

圆管层流与紊流的沿程阻力系数的计算。

3.本章教学进程

A、教学内容及学时分配

§5-1水头损失及其分类；（20分钟）

§5-2均匀流沿程水头损失与水流阻力的关系；（30分钟）

§5-3流动的两种型态、雷诺实验；（40分钟）

§5-4层流运动；（10分钟）

§5-5紊流运动；（30分钟）

§5-6紊流的沿程水头损失；（40分钟）

§5-7局部水头损失；（30分钟）

B、教学方法

多媒体教学与板书教学相结合。

C、辅助手段

教师提问——学生思考——教师讲授——习题

注意问题：

概念、原理的理解、记忆，在紊流光滑区、过渡区、粗糙区注意采取课堂提问等方式加强学生理解。

４.本章思考题

5-1，5-2，5-6，5-14，5-19，5-20

补充题：

某隧洞直径d=10m，长度l=2km，糙率n=0.014，水流属阻力平方区。

在满流条件下，为了保证沿程水头损失hf不大于25m，试求洞内流量qv。

6有压管中的恒定流（共3学时）

1.本章的教学目的及基本要求

A、教学目的：

使学生掌握有压管道、无压管道、短管、简单长管的概念，掌握简单管道的水力计算方法。

B、基本要求：

理解恒定自由出流、淹没出流的基本计算方法，能熟练计算短管、简单长管的水力计算。

理解掌握测压管水头线、总水头线的绘制及其物理意义。

2.本章教学内容的重点和难点

A、重点：

短管、简单长管的水力计算；测压管水头线、总水头线的绘制。

B、难点：

测压管水头线、总水头线的绘制。

3.本章教学进程

A、教学内容及学时分配

§4-1简单管道水力计算的基本公式

有压管道，无压管道，长管，短管等基本概念。

（20分钟）

自由出流水力计算（30分钟）

淹没出流水力计算（25分钟）

例题（25分钟）

测压管水头线、总水头线的绘制方法（50分钟）

B、教学方法

多媒体讲授。

C、辅助手段

教师提问——学生思考——教师讲授——习题

注意问题：

由于本章内容主要应用前一章所学内容，可鼓励学生自主

思考解题，给学生一定的独立思考时间。

也可根据学生解题中的普遍错误

在分析时进行强调。

４.本章思考题

6-1,6-2,6-3,6-4,6-7

8明渠中的恒定流（共4学时）

1.本章的教学目的及基本要求

A、教学目的：

使学生理解水力最优断面及允许流速的基本概念，掌握明渠均匀流各类问题的水力计算方法。

B、基本要求：

理解水力最优断面及允许流速的基本概念，牢固掌握明渠均匀流各类问题的水力计算方法。

2.本章教学内容的重点和难点

A、重点：

明渠均匀流的基本计算公式，水力最优断面及允许流速，明渠均匀流的水力计算。

B、难点：

水力最优断面条件。

3.本章教学进程

A、教学内容及学时分配

§8-1概述（50分钟）

§8-2明渠恒定均匀流（150分钟）

B、教学方法

多媒体讲授。

C、辅助手段

教师讲授——习题

４.本章思考题

8-2,8-3,8-4,8-5,8-6,8-8