流体力学教学大纲

1、流体力学教学大纲流体力学教学大纲一、课程名称1. 中文名：流体力学2. 英文名： Fluid Mechanics二、课程管理院（系）三、大纲说明1.适用专业、层次环境工程专业，本科。2.学时与学分数总学时为 64 学时，总学分为3 学分。3.课程的性质、目的与任务流体力学是环境工程专业及其相近专业的一门学科基础课程 ，属工程科学， 是用自然科学的原理考察、 解释和处理工程实际问题。 研究方法主要是因次论指导下的实验研究法、数学模型法、参数归并和过程分解与组合。本课程强调工程观点、定量运算、实验技能、设计能力和模拟优化能力的训练，强调在理论和实际的结合中，提高分析问题、解决问题的能力。本课程理论

2、教学主要研究连续性方程、 能量方程和动量方程的基础理论及具体的工程应用。通过本课程的学习， 使学生熟悉流体力学的基本概念和基本方程， 掌握在环境工程和科学领域中的应用途径和处理方法， 具备解决环境工程中流体力学问题的能力。4. 先行、后续课程本课程是学生在具备了必要的高等数学、 物理、理论力学等基础知识之后必修的技术基础课，是水污染控制工程、大气污染控制工程、给排水工程、水控课程设计、毕业设计的基础。5.考试方式与成绩评定考试方式：笔试（闭卷）。成绩评定：笔试70，平时成绩 30。四、纲目（上册）1 绪论（ 3 学时）教学目的 了解流体力学的研究内容及发展简史， 掌握流体的主要物理性质和流体的

3、连续介质模型， 掌握流体的主要物理性质和作用在流体上的力。 教学重点与难点 流体的物理性质；流体的连续介质模型。 教学时数 3 学时 教学方法与手段 在多媒体教室采用电子课件进行课堂讲授。本章内容是学生学习流体力学这门课的基础， 是流体力学的“门槛” 。因此，必须联系生产及生活实际，使学生首先在思想上明确认识， 对这门课产生兴趣，使学生认识到流体力学理论在生产和生活实际中的应用是无所不在的。教学内容 1.1 工程流体力学的任务及其发展简史1.2 连续介质假设，流体的主要物理性质连续介质假设；流体的主要物理性质 1.3 作用在流体上的力表面力；质量力1.4 工程流体力学的研究方法2 流体静力学教

4、学目的 理解和掌握流体静压强及其特性； 了解流体平衡微分方程式， 理解其物理意义； 掌握流体的绝对和相对平衡； 掌握流体静压强的分布规律及点压强的计算（利用等压面） ，掌握流体静压强的量测和表示方法； 熟练掌握作用于平面壁和曲面壁上流体总压力的计算。教学重点与难点 静压强及其特性，点压强的计算，静压强分布图，压力体图，作用于平面上的流体总压力，作用于曲面上的流体总压力。教学时数 10 学时。教学方法与手段 本章内容是学生学习后面流体动力学的基础，以前在物理学中接触到一些如压力、总压力等概念，因此，主要应注意联系生活中的实际，培养学生的学习兴趣， 选择合适的作业题， 培养学生分析实际问题，解决实

5、际问题的能力。在多媒体教室采用电子课件进行课堂讲授。教学内容 2.1 流体静压强及其特性流体静压强的定义； 流体静压强有两个重要特性2.2 流体平衡的微分方程欧拉平衡的微分方程； 流体平衡微分方程的积分；等压面2.3 流体静力学基本方程重力作用下的流体平衡微分方程； 压强的计量单位和表示方法； 流体静力学基本方程的几何意义与能量意义；静压强分布图；测压计2.4 液体的相对平衡等加速直线运动中液体的相对平衡； 绕直轴等角速度旋转容器中液体的相对平衡2.5 作用在平面上的液体总压力图解法；解析法2.6 作用在曲面上的液体总压力总压力的大小； 总压力的作用点； 总压力的方向3 流体运动学教学目的 了

6、解描述流体运动的两种方法。 理解描述流体流动的一些基本概念，如恒定流与非恒定流、流线与迹线、流管、流束与总流、过水断面、流量及断面平均流速等。掌握连续性方程。教学重点与难点 流体流动中的几个基本概念，连续性方程。教学时数 5 学时。教学方法与手段 本章讲述流体运动学基本理论及工程应用，概念多，容易混淆，而且与实际联系密切。 所以，必须讲清楚每一概念及各概念之间的联系和区别，注意讲清分析问题和解决问题的方法， 选择合适的例题和作业题。在多媒体教室采用电子课件进行课堂讲授。教学内容 3.1描述流体运动的两种方法拉格朗日法；欧拉法；流线、迹线3.2描述流体运动的一些基本概念元流、总流、流量、断面平均

7、流速3.3流体运动的类型恒定流和非恒定流；均匀流和均匀流3.4流体运动的连续性方程微小流束的连续性方程； 总流的连续性方程4 理想流体动力学和平面势流教学目的 掌握理想流体的运动微分方程； 熟练掌握元流的伯努利方程。教学重点与难点 欧拉运动微分方程； 元流的伯努利方程； 理想流体。教学时数 3 学时。教学方法与手段 熟悉运动方程和平衡方程之间的联系， 掌握伯努利积分的前提条件、 伯努利方程及其意义。教学内容 4.1 理想流体的运动微分方程欧拉运动微分方程； 理想流体的运动微分方程的积分；4.2 理想流体元流的伯努利方程理想流体元流的伯努利方程； 理想流体元流的伯努利方程的物理意义和几何意义；皮

8、托管5 实际流体动力学基础教学目的 熟练掌握恒定总流能量方程的应用条件和注意事项，用能量方程进行水力计算；熟练掌握恒定总流动量方程的应用条件和注意事项，用恒定总流的连续方程、能量方程和动量方程联解，进行水力计算。教学重点与难点 恒定总流能量方程；恒定总流动量方程。教学时数 5 学时。教学方法与手段 本章讲述流体动力学的基本理论伯努利方程、定常流动总流动量方程及工程应用， 与实际联系密切。 所以，必须讲清楚运动方程和平衡方程之间的联系、 伯努利积分的前提条件、 伯努利方程及其意义， 定常流动总流动量方程几种应用情况的不同特点， 注意讲清分析问题和解决问题的方法，选择合适的例题和作业题。在多媒体教

9、室采用电子课件进行课堂讲授。教学内容 5.2 实际流体元流的伯努利方程实际流体元流的伯努利方程； 实际流体元流的伯努利方程的物理意义和几何意义5.3 实际流体总流的伯努利方程实际流体总流的伯努利方程； 总流伯努利方程的应用条件和应用方法； 文丘里管；有能量输入和输出的伯努利方程5.5 总流的动量方程总流的动量方程； 总流动量方程的应用条件和应用方法6 量纲分析和相似原理教学目的 掌握瑞利法和 定理；熟悉流动相似原理；掌握相似理论及其应用 （相似准则、 模型实验设计）教学重点与难点 量纲分析方法； Re模型和 Fr 模型的实验设计教学时数 6 学时教学方法与手段 定性分析和定量计算推导相结合；

10、在多媒体教室采用电子课件进行课堂讲授。教学内容 6.1 量纲分析量纲和单位；量纲和谐原理； 瑞利法； 定理6.2 流动相似原理几何相似；运动相似；动力条件相似；初始条件与边界条件相似6.3 相似准则重力相似准则； 粘滞力相似准则； 压力相似准则；表面张力相似准则6.5 模型实验Re模型； Fr 模型7 流动阻力和能量损失教学目的 了解雷诺实验过程及层流、紊流的流态特点，熟练掌握流态判别标准； 掌握圆管层流基本规律，了解紊流的机理和脉动、 时均化以及混合长度理论；了解尼古拉兹实验和莫迪图的使用，掌握阻力系数的确定方法； 理解流动阻力的两种形式，掌握管路沿程损失和局部损失的计算。教学重点与难点 雷

11、诺数及流态判别， 圆管层流运动规律， 沿程阻力系数的确定，沿程损失和局部损失计算，紊流流速分布和紊流阻力分析。教学时数 9 学时教学方法与手段 主要采用理论讲解和例题分析的方法。用对比的方法讲清什么是均匀流动， 什么是不均匀流动。讲清什么是沿程损失、什么是局部损失，以及绝对粗糙度、 相对粗糙度等概念， 进而通过实验法讲清楚上下临界速度、 流动状态与雷诺数之间的关系、流速与沿程损失的关系， 讲清楚在什么样的前提条件下得出什么样的结论， 进而解决什么样的问题。在多媒体教室采用电子课件进行课堂讲授。教学内容 7.1 流体的两种流动形态雷诺实验；层流和湍流；雷诺数7.2 恒定均匀流基本方程均匀流基本方

12、程；沿程损失的普遍表达式7.3 层流沿程损失的分析与计算哈根 -泊肃叶公式；圆管层流的沿程阻力系数7.4 湍流理论基础湍流的脉动和时均法； 半经验理论； 粘性底层，光滑壁面，粗糙壁面7.5 湍流沿程损失的分析与计算尼古拉兹实验；湍流不同区域沿程阻力系数的确定；实用管道沿程阻力系数的确定； 非圆形管道沿程损失的计算； 计算沿程损失的经验公式7.6 局部损失的分析与计算局部损失的分析；局部损失的计算（下册）9 有压管流和孔口、管嘴出流教学目的 理解孔口自由、 淹没出流的概念； 掌握恒定流孔口出流的计算方法； 了解管嘴出流； 熟练掌握短管水力计算；熟练掌握长管水力计算。教学重点和难点 综合运用连续性

13、方程、 能量方程、沿程水头损失、局部水头损失等知识点进行恒定流孔口出流、管嘴出流，短管、长管水力计算。教学时数 6 学时。教学方法和手段 从孔口、管嘴、有压管道的概念着手，进行恒定流孔口出流、管嘴出流，短管、长管水力计算，配合例题讲授。在多媒体教室采用电子课件进行课堂讲授。教学内容 9.1 简单短管中的恒定有压流自由出流；淹没出流；简单短管中有压流计算的基本问题和方法9.2 简单长管中的恒定有压流舍维列夫公式；曼宁公式；海澄威廉公式9.3 复杂长管中的恒定有压流串联管道；并联管道；9.4 沿程均匀泄流管道中的恒定有压流沿程连续均匀泄流9.7 恒定薄壁孔口出流孔口出流分类； 薄壁小孔口自由出流；

14、 薄壁大孔口自由出流；薄壁孔口淹没出流9.8 管嘴出流的水力计算圆柱形外管嘴自由出流； 圆柱形外管嘴淹没出流10 明渠流和闸孔出流及堰流教学目的 了解明渠的分类； 掌握明渠恒定均匀流特征及产生条件；掌握谢才公式、曼宁公式；掌握水力最优断面和允许流速； 熟练掌握渠道输水能力水力计算，会确定渠道底坡和渠道断面尺寸； 理解明渠恒定非均匀流特征及产生条件； 了解水跃和水跌；理解断面单位能量、临界水深，掌握急流、缓流、临界流及其判别标准；掌握水面曲线定性分析。教学重点和难点 无压恒定均匀流特征、 断面单位能量、 临界水深、急流、缓流、临界流的概念及判别标准、明渠恒定非均匀渐变流的基本微分方程、 水面曲线

15、定性分析。教学时数 9 学时教学方法和手段 定性分析、定量计算相结合。 在多媒体教室采用电子课件进行课堂讲授。教学内容 10.1 恒定明渠均匀流明渠流的分类；明渠均匀流特性及其发生条件；谢才公式；明渠的水力最优断面和允许流速；明渠均匀流水力计算的基本问题和方法10.2 恒定明渠流的流动型态和若干基本概念缓流和急流； Fr 数；断面单位能量、临界水深、临界底坡10.3 恒定明渠流流态转换时的局部水力现象-水跃和跌水水跃；跌水10.4 恒定明渠非均匀流渐变流动的基本微分方程假设；公式10.5 棱柱体渠道中恒定明渠非均匀渐变流水面曲线形式的分析棱柱体渠道中恒定明渠非均匀渐变流动的微分方程； N-N

16、线；K-K 线；各种底坡渠道中水面曲线的分析；水面曲线的特点和分析方法10.8 闸孔出流无底坎闸孔出流流动现象的分析； 无底坎闸孔自由出流的基本公式； 无底坎闸孔淹没出流的基本公式10.9 堰流堰流的分类；薄壁堰溢流；实用堰溢流；宽顶堰溢流11 渗流教学目的 了 解渗流运动特点； 理解渗流模型的概念和建立的条件； 掌握渗流达西公式 v=kJ 及适用范围和 k 的确定方法。教学重点和难点 达西公式。教学时数 2 学时。教学方法和手段 在多媒体教室采用电子课件进行课堂讲授。教学内容 11.1 渗流模型11.2 渗流基本定律达西定律；达西定律的适用范围； 渗透系数及其确定方法。五、课程学时分配表 1课程学时分配表教学内容 ( 章)学习题、案例及时其它1.绪论322.流体静力学103.流体运动学524.理想流体动力学和平3面势流5.实际流体动力学基础56.量纲分析和相似原理627.流动阻力和能量损失99. 有压管流和孔口、管嘴 6出流10. 明渠流和闸孔出流及 9堰流11.