《工程流体力学》教学大纲.doc

工程流体力学教学大纲英文名称：Engineering Fluid Dynamics学 时：64 学时 （其中实验8学时）先修课程：工程热力学、高等数学、普通物理教学对象：热能动力工程及相关专业本科生教 材：工程流体力学（山东工业大学 孔珑主编）（中国电力出版社） 工程流体力学（归柯庭等编）（科学出版社）教学目的： 本课程是热能动力工程专业本科生必修的三大专业基础课之一，是学生学习后继专业课程和从事本专业的科研、生产工作所必备的理论基础。通过本课程的学习，使学生掌握各种热力和其它设备中的流体平衡和流动的基本规律，深入了解流体绕过物体或流过某种通道时的速度分布、压强分布、能量损失及流体同固体间的相互作用，为以后从事相应的科学研究、工程应用和实际操作提高分析问题和解决问题的能力，提供坚实的理论基础。教学要求： 本课程的教学与学习侧重于掌握流体力学的基本概念、基本规律、基本的计算方法和实验技能，会推导一些基本的公式和方程，明确这些公式的物理意义，同时结合课后的习题练习和实验操作，学会熟练应用这些基本公式，加深对流体平衡和流动的理解，为进一步研究特殊流体的流动和流体在热力设备中的特殊流动规律及相应的工程应用服务。本课程的前三章内容是整个课程的基础，必须重点掌握，第四章是流体力学试验研究的理论基础，第五、六章是热能动力工程中常见的管流计算，必须熟练应用，最后三章是前述内容的更深入化，为分析和进一步研究工程实际中的复杂流动奠定基础。教学内容：第一章 绪论（4学时）1、 流体的定义和特征2、 流体连续介质的假设3、 作用在流体上的力4、 流体的特性及主要物性参数（粘性、密度等）5、 液体的表面性质 基本要求： 掌握流体连续介质的假设，了解作用在流体上的力和流体的主要物理性质、液体的表面性质。重 点： 流体的定义和特征、连续介质的假设、作用在流体上的力、流体的主要物理性质、液体的表面性质。难 点：流体的连续介质的假设、流体的粘性和液体的表面张力等都是以前未曾接触过的新概念，必须准确理解。第二章 流体静力学（6学时）1、 流体的静压强及特性2、 流体平衡微分方程式3、 流体静力学基本方程式4、 绝对压强、计示压强、液柱式测压计5、 液体的相对平衡6、 静止液体作用在平面和曲面上的总压力7、 静止液体作用在物体上的浮力 基本要求： 掌握流体的静压强及特性、流体平衡微分方程式和流体静力学基本方程式的主要推导过程。了解工程上常用的压强的计示及测量方法。了解静止液体作用在平面和曲面上的总压力和静止液体作用在物体上的浮力。重 点： 掌握流体处于平衡状态的条件和压强的分布规律、平衡微分方程式、静力学基本方程式。难 点：流体处于平衡状态的条件和压强的分布规律、平衡微分方程式、静力学基本方程式。第三章 流体运动的基本概念和基本方程（8学时）1、 研究流体流动的方法2、 流动的分类3、 迹线与流线4、 流管、流束、流量5、 系统与控制体6、 连续方程、动量方程与动量矩方程、能量方程7、 伯努利方程及其应用8、 沿流线主法线方向压强和速度的变化9、 粘性流体总流的伯努利方程 基本要求： 掌握流体运动的基本概念和基本方程以及研究流体流动的方法。广泛地深入地理解连续方程、动量方程与动量矩方程、能量方程。熟练掌握伯努利方程及其应用。重 点： 连续方程、动量方程与动量矩方程、能量方程、伯努利方程及其应用。难 点： 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。第四章 相似原理和量纲分析（4学时）1、 流动的力学相似2、 动力相似准则3、 流动相似条件4、 近似的模型试验5、 量纲分析法 基本要求： 掌握流体流动的力学相似性、动力相似准则、流动相似条件。熟练应用量纲分析法。重 点： 流体流动的力学相似性、动力相似准则、流动相似条件。熟练应用量纲分析法。几个重要的准则数（雷诺数、欧拉数、马赫数、柯西数、韦伯数等）的物理意义及其表达式。难 点：相似原理和量纲分析法是以前未曾接触过的，但它们是最基本的试验研究的理论处理方法，必须熟练掌握。第五章 管流损失和水力计算（6学时）1、 管内流动的能量损失2、 粘性流体的两种流动状态、层流流动与紊流流动3、 管道入口段中的流动4、 沿程损失与局部损失5、 管道水力计算6、 液体的出流7、 水击、气穴、气蚀简介 基本要求： 熟练掌握工程上常见的和基本的流体流动的能量损失（沿程损失与局部损失）的计算过程，熟练应用莫迪图。准确理解粘性流体的两种流动状态（层流流动与紊流流动）的基本概念、分类。熟练计算管道中流体的水力过程。重 点： 基本的流体流动的能量损失（沿程损失与局部损失）的计算过程，莫迪图的应用。粘性流体的两种流动状态（层流流动与紊流流动）的基本概念、分类。熟练计算管道中流体的水力过程。难 点： 流体流动的能量损失的计算。粘性流体的层流流动与紊流流动的基本概念、分类。管道中流体的水力计算。第六章 气体的一维流动（6学时）1、 微弱扰动的一维传播、声速、马赫数2、 气流的特定状态和参考速度、速度系数3、 正激波4、 变截面管流5、 等截面摩擦管流、换热管流 基本要求： 掌握流体一维流动中的声速和马赫数的基本概念和计算过程。了解气流的特定状态和参考速度、速度系数，以及正激波的概念。掌握变截面管流、等截面摩擦管流、换热管流中相应的一些定义量的概念和计算。重 点： 微弱扰动的一维传播、声速、马赫数是本章的基本点。变截面管流、等截面摩擦管流、换热管流中相应的一些定义量的概念和计算是以后工程上经常碰到的基本工程问题的处理，必须深刻理解和掌握。难 点： 微弱扰动的一维传播过程。变截面管流、等截面摩擦管流、换热管流中相应的一些定义量的概念和计算。第七章 理想流体的有旋流动和无旋流动（10学时）1、 微分形式的连续方程、有旋流动、无旋流动2、 理想流体的运动微分方程、伯努利方程、定解条件3、 涡线、涡管、涡束、涡通量的介绍4、 速度环量、斯托克斯定理等5、 有势流动、速度势和流函数6、 几种简单的不可压缩流体的平面流动、平面无旋流动的叠加7、 平行流绕过圆柱体无环流的平面流动、有环流的平面流动8、 叶栅的库塔儒可夫斯基公式、库塔条件 基本要求： 掌握流体理想流体的有旋流动和无旋流动、相应运动微分方程和伯努利方程及其定解条件。了解有势流动、速度势和流函数的概念。了解简单的不可压缩流体的平面流动、平面无旋流动的叠加，以及平行流绕过圆柱体无环流的平面流动、有环流的平面流动。重 点：理想流体的有旋流动和无旋流动、相应的运动微分方程和伯努利方程及其定解条件。有势流动、速度势和流函数的概念。简单的不可压缩流体的平面流动、平面无旋流动的叠加，以及平行流绕过圆柱体无环流的平面流动、有环流的平面流动。难 点：有旋流动和无旋流动、相应的运动微分方程和伯努利方程及其定解条件。有势流动、速度势和流函数的概念。简单的不可压缩流体的平面流动、平面无旋流动的叠加，以及平行流绕过圆柱体无环流的平面流动、有环流的平面流动。第八章 粘性流体绕过物体的流动（10学时）1、 不可压缩粘性流体的运动微分方程2、 不可压缩粘性流体的层流流动3、 边界层、层流边界层及其微分和积分方程4、 边界层的位移厚度和动量损失厚度5、 平板的层流边界层、紊流边界层、混合边界层的近似计算6、 曲面边界层的分离现象7、 绕过圆柱体的流动、卡门涡街；物体的阻力及阻力系数、边界层的控制8、 小雷诺数时绕过静止圆球的定常平行流9、 自由淹没射流 基本要求： 掌握不可压缩粘性流体的运动微分方程，明确边界层的概念与分类及其微分方程和积分方程，熟悉流过平板的层流边界层、紊流边界层及混合边界层的近似计算。了解边界层的分离现象、绕过圆柱体的流动和卡门涡街的概念、以及流体的阻力和阻力系数的计算。了解边界层的控制方法。重 点： 边界层是粘性流体绕过物体流动时最基本的现象，而不可压缩粘性流体的运动微分方程，建立边界层的微分方程和积分方程是最基本的分析方法。必须熟悉流过平板的层流边界层、紊流边界层及混合边界层的近似计算。了解边界层的分离现象、绕过圆柱体的流动和卡门涡街的概念、以及流体的阻力和阻力系数的计算，了解边界层的控制方法，为进一步分析工程实际和深入的试验研究时出现的边界层问题提供基本的理论基础。难 点： 不可压缩粘性流体的运动微分方程、边界层的微分方程与积分方程和流过平板的层流边界层、紊流边界层及混合边界层的近似计算是本章的难点。第九章 气体的二维流动（2学时）1、 微弱扰动在空间的传播、马赫锥2、 微弱扰动波3、 斜激波4、 激波的反射和相交5、 激波与边界层的相互干扰 基本要求： 本章为超音速流动过程中出现的一些主要现象的描述和计算，只作一般了解。实验安排（8学时）1， 流线演示 2学时2， 沿程阻力的测定