工程流体力学教学日历.docx
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工程流体力学教学日历
课程编号：
023210164
课程学分：
4学分
总学时数：
68学时＝17周×4学时／周，其中实验10学时
工程流体力学
ENGINEERINGFLUIDMECHANICS
教学日历
COURSEAGENDA
第一章工程流体力学导论
本章包括4节，10学时（9个知识点）
教学重点：
连续介质概念、液体的主要物理性质。
教学难点：
运用牛顿内摩擦定律进行粘性切应力的计算。
Ø第一节流体力学的任务及发展概况
知识点1 流体力学的任务
✉工程流体力学的任务；
✉工程流体力学的基础理论；
✉流体的流动形式分类举例。
本课为1学时的课堂教学，第1教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
知识点2 流体力学的发展概况
✉工程流体力学国外的发展概况
✉工程流体力学国内的发展概况
本课为1学时的课堂教学，第1教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
Ø第二节流体的特征和连续介质假设
知识点1流体的特征
✉流体的定义
✉流体的特征
✉固、气、液三种流态的区别
本课为1学时的课堂教学，第1教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
知识点2连续介质假设
✉连续介质假设的内容
✉连续介质假设的必要性
✉连续介质假设的合理性
本课为1学时的课堂教学，第1教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
Ø第三节流体的主要物理性质
知识点1流体的密度
✉流体的密度定义
✉流体的相对密度定义
✉流体的密度差在工程实际中的应用（火电厂烟囱、冷水塔）
本课为1学时的课堂教学，第2教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
知识点2流体的压缩性和膨胀性
✉流体的压缩性定义及压缩系数公式
✉流体的膨胀性定义及膨胀系数公式
✉不可压缩流体的假设（模型）
本课为1学时的课堂教学，第2教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
知识点3流体的粘性
✉流体黏性的定义
✉流体黏性产生的效应
✉牛顿内摩擦定律
✉影响黏性的因素
✉理想流体的假设
本课为1学时的课堂教学，第2教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
知识点4表面张力
✉表面张力产生的原因
✉常用流体的表面张力
本课为1学时的课堂教学，第2教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
Ø第四节作用在流体上的力
知识点质量力和表面力
✉表面力的定义及举例
✉质量力的定义及举例
本课为1学时的课堂教学，第3教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
习题解析本课为1学时的课堂教学，第3教学周（授课方式：
板书）
第一章课外作业：
思考题
Ü现实生活中哪些现象和流体力学相关？
Ü沙漏的问题，能否用水代替沙子？
Ü工程实际与现实生活中哪些现象和流体的粘性力相关？
粘性是否一定会表现出来？
Ü课后习题中概念与计算题。
第二章流体静力学
本章包括6节，共13学时（11个知识点）
教学重点：
静压强特性、静力学基本方程、平面和曲面上的静水总压力。
教学难点：
压强的表示方法、压力体。
Ø第一节 流体静压力及其特性
知识点流体静压力及其特性
✉流体静压力的定义
✉流体静压力的特性及证明
本课为1学时的课堂教学，第3教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
Ø第二节流体平衡微分方程
知识点流体平衡微分方程
✉流体平衡微分方程的推导
✉方程的物理意义
✉方程的适用范围
✉压强差公式的推导
✉流体平衡条件
本课为1学时的课堂教学，第3教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
Ø第三节重力作用下的流体平衡
知识点1静力学基本方程式
✉流体静力学基本方程的推导
✉方程的物理意义
✉方程的应用
本课为1学时的课堂教学，第4教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
知识点2压强的度量
✉绝对压强
✉相对压强
✉真空
本课为1学时的课堂教学，第4教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
Ø第四节液体的相对平衡
知识点1等加速水平运动容器中液体的相对平衡
✉压强分布
✉等压面方程
✉自由液面方程
本课为1学时的课堂教学，第4教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
知识点2等角速旋转容器中液体的相对平衡
✉压强分布
✉等压面方程
✉自由液面方程
本课为1学时的课堂教学，第4教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
Ø第五节流体静力学基本方程的应用
知识点1测压管
✉测压管结构、原理以及优缺点
本课为1学时的课堂教学，第5教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
知识点2U形管测压计和差压计
✉U形测压计结构、原理以及特点
本课为1学时的课堂教学，在第5教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
知识点3微压计
✉倾斜微压计的原理
✉倾斜角度对测量精度的影响
本课为1学时的课堂教学，第5教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
习题解析（静力学基本方程）本课为1学时的课堂教学，第5教学周（授课方式：
板书）
Ø第六节平面及曲面静水总压力
知识点1 平面静水总压力
✉总压力大小的计算
✉总压力作用点的计算
本课为1学时的课堂教学，第6教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
知识点2 曲面静水总压力
✉总压力大小的计算
✉总压力作用方向的计算
✉曲面静水压力体的画法介绍
本课为1学时的课堂教学，第6教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
习题解析（平面及曲面静水总压力）本课为1学时的习题课，第6教学周（授课方式：
板书）
第二章课外作业：
思考题
Ü为什么在证明流体静力学第二个特性时采用直角四面体作为数学模型？
Ü怎样确定等压面？
并举例说明？
Ü真空的概念，炉膛和烟筒底部为什么是负压？
Ü几何体的重心是如何确定的？
投影面积是如何计算的？
Ü压力体内一定有液体吗？
压力体的划分原则是什么？
Ü课后习题中概念与计算题。
第三章流体动力学基础
本章包括9节，共14学时（10个知识点）
教学重点：
流体运动基本概念和分类、连续性方程、伯努利方程、动量方程及其工程应用。
教学难点：
动量方程的应用。
Ø第一节描述流体运动的两种方法
知识点欧拉法和拉格朗日法
✉拉格朗日法的着眼点
✉应用拉格朗日法求解速度与加速度
✉欧拉法的着眼点
✉应用欧拉法求解速度与加速度
本课为1学时的课堂教学，第6教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
Ø第二节流体运动的一些基本概念
知识点1流动的分类
✉定常流动
✉非定常流动
本课为1学时的课堂教学，安排在第7教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
知识点2流动基本概念
✉迹线与流线
✉流管、流束、总流
✉流量与平均流速
✉一维、二维、三维流动
✉均匀流、非均匀流
本课为1学时的课堂教学，安排在第7教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
Ø第三节 流体流动的连续性方程
知识点1直角坐标系下连续性微元方程式
✉直角坐标系下连续性微元方程式推导
✉不同情况下流体流动连续性方程的变化情况
本课为1学时的课堂教学，第7教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
知识点2微元流束和总流的连续性方程式
✉可压情况下的一维总流连续性方程
✉不可压情况下的一维总流连续性方程
本课为1学时的课堂教学，第7教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
Ø第四节理想流体的运动微分方程
知识点理想流体的运动微分方程
✉理想流体的运动微分方程
本课为1学时的课堂教学，第8教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
Ø第五节 理想流体微元流束的伯努利方程
知识点理想流体微元流束的伯努利方程
✉理想流体微元流束的伯努利方程
✉伯努利方程每一项的物理意义
✉伯努利方程每一项的几何意义
本课为1学时的课堂教学，第8教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
Ø第六节伯努利方程的应用
知识点1皮托管
✉皮托管测速原理
本课为1学时的课堂教学，第8教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
知识点2文丘里流量计
✉文丘里测量流量原理
本课为1学时的课堂教学，第8教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
Ø第七节皮托管实验
✉实验目的：
研究皮托管测流速的原理
✉实验成果：
提交实验报告
本课为2学时的实验课，第9教学周（授课方式：
演示型和验证型实验）
Ø第八节文丘里管流量计实验
✉实验目的：
通过测定流量系数，掌握文丘里流量计测量的技术和压力计的应用
✉实验成果：
提交实验报告
本课为2学时的实验课，第9教学周（授课方式：
演示型和验证型实验）
Ø第九节定常流动的动量方程及应用
知识点定常流动的动量方程及应用
✉定常流动的动量方程推导
✉应用动量方程的注意事项
✉应用动量方程解题
本课为1学时的课堂教学，第10教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
第三章课外作业：
思考题
Ü如何用欧拉法求解加速度？
如何利用复合函数求导法则推导欧拉法加速度？
Ü利用流线微分方程解题应该注意哪些问题？
Ü流动截面上的流速实际是如何分布的？
Ü在实际应用中急变流和缓变流有何意义？
Ü连续性方程和流量方程之间的关系？
判断流动是否连续时应该用宏观的还是微观的？
Ü理想流体微元流束的伯努利方程推导的前提如何去理解？
Ü泰勒级数还在流体力学的哪些方程推导里起到作用？
Ü流动流体的全压与静压之差是动压，它与流速有什么关系？
Ü伯努利方程和连续性方程如何联立求解？
Ü如何防止气蚀的发生？
Ü利用三大方程求解实际问题？
Ü课后习题中概念与计算题。
第四章不可压缩流体的有旋流动和二维无旋流动
本章包括6节，共7学时（7个知识点）
教学重点：
有旋和无旋流动，流函数、势函数，基本有势流动及其叠加。
教学难点：
流体微团运动分解，螺旋流、偶极流、绕圆柱无环量流动的求解。
Ø第一节 流体微团运动分析
知识点移动、转动和变形
✉表示流体微团运动特征的速度表达式
✉变形运动（线变形、角变形、旋转运动）
本课为1学时的课堂教学，第10教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
Ø第二节有旋流动和无旋流动
知识点有旋流动和无旋流动
✉流体微团流动分类
✉速度环量和旋涡强度
本课为1学时的课堂教学，第10教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
Ø第三节 无旋流动的速度势函数
知识点无旋流动的速度势函数
✉速度势函数的引入
✉速度势函数的性质
本课为1学时的课堂教学，第10教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
Ø第四节 二维平面流动的流函数
知识点二维平面流动的流函数
✉流度势函数的引入
✉流度势函数的性质
✉流函数与势函数的关系
本课为1学时的课堂教学，第11教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
Ø第五节 基本平面有势流动
知识点基本平面有势流动
✉均匀直线流
✉点源和点汇
✉点涡
本课为1学时的课堂教学，第11教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
Ø第六节 平面势流的叠加流动
知识点1势流叠加原理及螺旋流
✉势流叠加原理
✉点涡和点汇叠加的流动——螺旋流
本课为1学时的 课堂教学，第11教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
知识点2偶极流及绕圆柱体无环量流动
✉点源和点汇叠加的流动——偶极流
✉绕圆柱体无环量流动——均匀直线流与偶极流叠加
本课为1学时的 课堂教学，第11教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
第四章课外作业：
思考题
Ü角变形运动和线变形及粘性力的关系是什么？
Ü速度环量和判断有旋流动的关系是什么？
Ü旋涡强度与旋转角速度的关系是什么？
Ü如何利用流函数和速度势函数的性质求解实际问题？
Ü流线与等势线的正交的条件是什么？
Ü绕圆柱体无环量流动的叠加是如何形成的？
Ü课后习题中概念与计算题。
第五章不可压缩流体二维边界层概述
本章包括4节，共5学时（5个知识点）
教学重点：
边界层概念、特征，曲面边界层分离，工程实际问题中绕流阻力的计算。
教学难点：
边界层分离的控制，减小黏性流体绕流阻力的方法。
Ø第一节 边界层的基本概念
知识点边界层的定义和特征
✉边界层的概念
✉层流边界层和紊流边界层
✉边界层的基本特征
本课为1学时的课堂教学，第12教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
Ø第二节边界层的动量积分关系式
知识点边界层的动量积分关系式
✉边界层的动量积分方程的推导
✉应用动量积分方程对层流与紊流边界层求解
本课为1学时的课堂教学，第12教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
Ø第三节 曲面边界层分离现象卡门涡街
知识点1曲面边界层分离现象
✉曲面边界层分离现象
✉分离的原因
✉分离的条件
✉分离的实际发生
本课为1学时的课堂教学，第12教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
知识点2 卡门涡街
✉圆柱绕流问题
✉涡街脱落频率与斯特罗哈数
本课为1学时的课堂教学，第12教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
Ø第四节 绕流阻力和阻力系数
知识点绕流阻力和阻力系数
✉摩擦阻力与压差阻力
✉不同形状物体的阻力系数
✉减小阻力的措施
本课为1学时的课堂教学，第13教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
第五章课外作业：
思考题
Ü为什么说边界层理论是把流体力学的两个分支有机的结合在一起？
Ü引起压差阻力的因素有哪些？
Ü课后习题中概念与计算题。
第六章黏性流体的一维定常流动
本章包括14节，共17学时（9个知识点）
教学重点：
黏性流体总流伯努利方程，层流、紊流状态与雷诺数之间的关系，沿程损失、局部损失的计算和实验，管道水力计算。
教学难点：
黏性流体总流伯努利方程的工程应用，复杂管路的水力计算。
Ø第一节粘性流体总流的伯努利方程
知识点粘性流体总流的伯努利方程
✉粘性流体总流的伯努利方程推导
✉粘性流体总流的伯努利方程应用
本课为1学时的课堂教学，第13教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
Ø第二节粘性流体的两种流动型态
知识点层流和紊流
✉雷诺实验
✉雷诺数
✉能力损失与平均流速的关系
✉紊流形成的机理
本课为1学时的课堂教学，第13教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
Ø第三节流动损失分类
知识点沿程阻力和局部阻力
✉沿程阻力与沿程损失定义及计算公式
✉局部阻力与局部损失定义及计算公式
✉总能量损失计算公式
本课为1学时的课堂教学，第13教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
Ø第四节雷诺实验
✉实验目的：
观察有压圆管内流体的两种流动状态，测定不同流动状态下流体的雷诺数
✉实验成果：
提交水头损失和断面平均流速的关系曲线
本课为2学时的实验课，安排在第14教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
Ø第五节圆管中流体的层流流动
知识点圆管中流体的层流流动
✉数学模型
✉速度分布
✉流量及平均流速
✉切应力的分布
✉沿程损失计算
✉动量修正系数
本课为1学时的课堂教学，第14教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
Ø第六节圆管中流体的紊流流动
知识点圆管中流体的紊流流动
✉紊流脉动现象与时均速度
✉紊流中的切应力
✉紊流结构、光滑管和粗糙管
✉速度分布
✉沿程损失计算
本课为1学时的课堂教学，第14教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
Ø第七节沿程阻力系数的实验研究
知识点尼古拉兹实验曲线和莫迪图
✉尼古拉兹实验曲线及拟合公式分析
✉莫迪图查找方法分析
本课为1学时的课堂教学，第15教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
Ø第八节非圆形截面管道沿程损失的计算
知识点非圆形截面管道沿程损失的计算
✉管道水力半径
✉管道当量直径
✉非圆形截面管道的沿程损失计算
本课为1学时的课堂教学，第15教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
Ø第九节沿程阻力实验
✉实验目的：
掌握管道沿程阻力系数的测定方法及影响因素
✉实验成果：
提交沿程阻力系数与雷诺数和相对粗糙度间的关系曲线
本课为2学时的实验课，第15教学周（授课方式：
演示型和验证型实验）
Ø第十节局部损失的计算
知识点局部损失的计算
✉损失产生的原因
✉局部损失的计算
本课为1学时的课堂教学，第16教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
Ø第十一节局部阻力实验
✉实验目的：
掌握局部阻力系数的测定方法及局部水头损失的产生机理和影响因素
✉实验成果：
提交圆管突然扩大和突然缩小的局部阻力系数并与理论值比较
本课为2学时的实验课，第16教学周（授课方式：
演示型和验证型实验）
Ø第十二节管道水力计算
知识点管道水力计算
✉管道的分类
✉管道水力计算的任务
✉串联管道与并联管道的水力计算
本课为1学时的课堂教学，第16教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
Ø第十三节习题解析
本课为1学时的习题课，安排在第17教学周（授课方式：
板书）
Ø第十四节 专题：
CFD方法在粘性流动分析中的应用
本课为1学时的课堂讲座，安排在第17教学周（授课方式：
多媒体，理论结合实际）
✉主要讲述应用计算机对黏性流体的流动进行模拟分析
第六章课外作业：
Ü层流和紊流中动能修正系数各为多少？
Ü层流和紊流的沿程损失和速度的曲线为什么要用对数坐标？
Ü层流流动中流量与平均流速的关系是什么，动能系数是多少？
Ü为什么尼古拉斯实验曲线要用相对粗糙度的倒数作为参考？
Ü怎样理解湿周的意义？
Ü管道水力计算在工程实际中的应用有什么简便方法？
Ü课后习题中概念与计算题。
第七章气体一维高速流动
本章包括2节，共2学时（2个知识点）
教学重点：
声速、马赫数，微弱扰动波的空间传播。
教学难点：
微弱扰动波的空间传播。
Ø第一节微弱扰动波的一维传播
知识点声速和马赫数
✉微弱扰动波的传播速度方程推导
✉马赫数的定义及公式
本课为1学时的课堂教学，第17教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
Ø第二节微弱扰动波的空间传播
知识点微弱扰动波的空间传播
✉微弱扰动波在静止流场中的传播特性
✉微弱扰动波在亚声速流场中的传播特性
✉微弱扰动波在声速流场中的传播特性
✉微弱扰动波在超声速流场中的传播特性
本课为1学时的课堂教学，第17教学周（授课方式：
多媒体结合板书，理论结合实际）
第七章课外作业：
思考题
Ü马赫角在飞机飞行问题中的应用时如何起作用？
Ü课后习题中概念与计算题。
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