《流体力学》土木工程专业教学大纲

1、流体力学课程教学大纲（Fluid Mechanics）一、课程概况课程代码：0401009学 分：1.5学 时：24（其中：讲授学时 20， 实验学时4，上机学时0）先修课程：高等数学、理论力学适用专业：土木工程建议教材：应用流体力学，毛根海主编，高等教育出版社，2006年第一版课程归口：土木建筑工程学院课程的性质与任务：本课程是土木工程专业的专业基础必修课，也可作为工程管理类专业的选修课。通过本课程的学习，培养学生掌握连续性方程、能量方程等基础理论和毕托管实验、孔口管嘴出流等基本操作技能，为后续交通、市政相关课程及实习实践环节奠定基础。二、课程目标目标1. 具备一般分析流体力学问题的能力。目

2、标2. 具备设计流体力学试验解决实际问题的能力。目标3. 具备一般流体力学实验仪器的操作能力。目标4. 掌握流体平衡和流动的基本规律。目标5. 熟悉流体力学在实际孔口出流、管嘴出流、管流中的流动规律。目标6. 有较强的团队合作精神。本课程支撑专业人才培养方案中毕业要求的对应关系如表所示。毕业要求指标点课程目标目标1目标2目标3目标4目标5目标6毕业要求1毕业要求4毕业要求5毕业要求9三、课程内容及要求（一）概述1. 内容(1)流体力学的任务及发展简史，流体力学的研究范围、对象。(2)流体的连续介质模型：连续介质模型的提出，相应引出的流体质点和流体微团的物理意义。(3)流体的主要物理性质： 密度

3、和重度、粘性及牛顿内摩擦定律、压缩性、表面张力、气化压强。(4)作用在流体上的力：表面力、质量力。(5)工程流体力学的研究方法：理论分析、实验研究和数值研究2. 要求(1)掌握：流体质点和流体微团的物理意义；流体的物理性质：密度、重度、粘性、牛顿内摩擦定律(2)熟悉：作用在流体上的力：表面力、质量力(3)了解：流体力学的研究范围、对象；连续介质模型；压缩性、表面张力、气化压强(4)了解：工程流体力学学的研究方法3. 重点(1)流体连续介质模型(2)流体的物理性质(3)作用在流体上的力4. 难点(1)连续介质模型数学表述（二）流体静力学1. 内容(1)流体静压强及其特性压强的定义、特性流体静压强

4、是空间坐标的连续函数(2)流体平衡的微分方程及其积分流体平衡的微分方程及积分；帕斯卡定律；等压面(3)重力作用下流体静压强的分布规律流体静力学基本方程(质量力仅为重力)：绝对压强，相对压强，真空值；流体静压强分布图；侧压管高度、侧压管水头及真空度(4)流体压强的测量各类侧压管的构造应用(5)流体的相对平衡质量力包含简单惯性力及重力的简单情况(6)静止液体作用在平面上的总压力解析法及图解法两种计算方法(7)静止液体作用在曲面上的总压力总压力的大小、方向和作用点；压力体的概念及应用(8)潜体及浮体的平衡与稳定性物体的沉浮一重力与浮力的关系；潜体的平衡及稳定性；浮体的平衡及稳定性2. 要求(1)掌握

5、：流体静压强的两个特性；等压面；绝对压强，相对压强，真空值；静压强分布图的绘制；侧压管高度、侧压管水头及真空度；静止液体作用在平面及曲面上的总压力(2)掌握：静压强的数学定义；侧压管，U形侧压计、U型压差计的构造、使用原理；(3)了解：流体平衡的微分方程及其积分；液体的相对平衡；潜体、浮体的平衡及稳定性3. 重点(1)流体静力学基本方程的推导及应用；压力体图的绘制；静止液体作用在平面上的总压力4. 难点(1)流体平衡的微分方程及其积分；静止液体作用在曲面上的总压力（三）流体运动基本原理1. 内容(1)描述流体运动的方法拉格朗日法；欧拉法(2)研究流体运动的若干基本概念：恒定流与非恒定流、一元流

6、、二元流与三元流、流线与迹线、流管元流、总流、过流断面、流量与断面平均流速、均匀流与非均匀、渐变流与急变流、系统与控制体。(3)流体运动的连续性方程连续性微分方程；恒定不可压缩总流的连续性方程(4)理想流体的运动微分方程理想流体的运动微分方程；欧拉运动微分方程的积分(5)伯努力方程理想流体恒定元流的伯努力方程；实际流体恒定元流的伯努力方程；实际流体恒定总流的伯努力方程(6)动量方程欧拉型积分形式的动量方程；恒压不可压缩总流的动量方程；恒定不可乐缩总流的动量方程应用(7)动量矩方程2. 要求(1)掌握：欧拉法：恒定流与非恒定流、一元流、二元流与三元流、流线与迹线、流管、元流、总流、过流断面、流量

7、与断面平均流速、均匀流与非均匀流、渐变流与急变流、系统与控制体；实际流体恒定总流的伯努力方程。(2)了解：拉格朗日法；各类方程的微分公式的推导(3)了解：动量矩方程；流体微团的速度分解公式3. 重点(1)欧拉法：恒定流与非恒定流；流线与迹线；元流、总流、过流断面；流量与断面平均流速；连续性方程；实际流体恒定总流的伯努力方程。4. 难点(1)欧拉法：恒定不可压缩总流的连续性方程：实际流体恒定思流的伯努力方程；恒定不可压缩总流的动量方程。（四）恒定总流基本方程1. 内容（1）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（2）实际流体总流的伯努利方程

8、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（3）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2. 要求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。3. 重点能量方程及其应用，动量方程及其应用。4. 难点能量方程、动量方程以及与连续性方程的联合应用。（五）流体阻力及能量损失1. 内容（1）流体的两种流动形态雷诺实验；层流和湍流；雷诺数（2）恒定均匀流基本方程均匀流基本方程；沿程损失的普遍表达

9、式（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（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（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（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2. 要求（1）知道雷诺实验过程，了解层流与紊流流态的特点，熟练掌握流态判别标准。（2）知道边界层理论。（3）理解流动阻力的两种形式，掌握沿程损失和局部损失的计算方法。（4）了解圆管中层流运动的流速分布，熟练掌握层流沿程损失的计算公式。（5）

10、知道紊流运动的分析方法，知道摩阻速度。（6）理解尼古拉兹实验，了解莫迪图，掌握阻力系数的确定方法，会使用阻力系数计算公式解决工程问题。（7）掌握管道流动中局部阻力计算方法，知道局部阻力减阻措施。3. 重点(1)雷诺数，尼古拉兹实验，紊流的阻力系数，沿程损失，局部损失。4. 难点(1)紊流流速分布和紊流阻力分析。（六）孔口出流及管嘴出流1. 内容（1）恒定薄壁孔口出流孔口出流分类；薄壁小孔口自由出流；薄壁大孔口自由出流；薄壁孔口淹没出流（2）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2. 要求（1）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。（2）了解管嘴出流。

11、（3）熟练掌握短管水力计算和相关工程问题的计算方法。3. 重点(1)恒定流孔口出流、管嘴出流，短管、长管水力计算。4. 难点(1)短管水力计算。教学内容与课程目标的对应关系及学时分配如表所示。序号教学内容支撑的课程目标支撑的毕业要求指标点讲授学时实验学时1绪 论6、81、7、822流体静力学1、2、3、4、6、7、82、3、4、5、6、9、10、12313流体运动基本原理3、4、6、7、82、3、4、5、6、9、10、12614恒定总流基本方程1、2、3、4、6、7、82、3、4、5、6、9、10、12315流体阻力及能量损失1、2、3、4、6、7、82、3、4、5、6、9、10、12316孔

12、口出流及管嘴出流1、2、4、5、7、82、3、4、5、6、10、123合计204四、课内实验（实践）序号实验项目名称实验内容及要求学时对毕业要求的支撑类型备注1流体静力学实验利用U形管测量液体密度。测定矩形平面上的静水总压力等。12、3、9、10验证性必做2能量方程实验测量急变流、渐变流、均匀流过水断面压强分布；绘制测压管水头线和总水头线。12、3、9、10验证性必做3雷诺实验测定水流的雷诺数；判别层流紊流的流态。12、3、9、10验证性必做4沿程水头损失实验测定各种流态下管道的沿程水头损失系数。 12、3、9、10综合型必做五、课程实施（一）传统与现代教学手段相结合。随着科技的发展，多媒体技

13、术在教学中得到了广泛的应用并越来越受到重视。但是单纯的多媒体课件教学效果并不理想，学生反映虽然课堂信息量大，但讲课速度偏快，接受起来比较困难，尤其是公式推导和例题讲解方面更加明显。在传统教学方式中，教师只能凭口述和板书进行讲解，对于抽象的概念学生很难理解。因此，根据不同教学方式的特点，进行合理运用，寻找最佳的结合方式，可以达到取长补短的效果。例如以传统的板书形式来进行公式推导和讲解例题，而对理论部分和工程应用部分较多地采用多媒体课件。在对自然界中的流体流动现象分析、流体力学实验教学等方面用多媒体课件讲解将更加直观、生动和易于理解。（二）主动学习与被动传授相结合。在课堂讲授的基础上，可以提出一些

14、当前的热点话题、学科前沿鼓励学生自主学习并去发现问题、提出问题和尝试解决问题，激发学生学习的主观能动性，培养和提升创造性思维能力。如提出学科前沿问题“微尺度流动问题”，要求学生通过去图书馆查阅资料，学习运用网络科技文献数据库搜索最新的科技论文，培养学生的自主学习能力。长此以往有利于培养学生敢于独立思考，敢于提问，敢于猜想，敢于探索的精神，达到“授之以渔”的目的。（三）考核方式改革。合理的考核机制有利于客观、公正地对学生的学习情况进行考核。对于多数工科课程来说，学生对大量无规律的经验公式死记硬背是没有意义的，是否能够综合运用所学知识分析解决问题才是考试的目的和核心。对于流体力学课程，传统考核方式

15、是闭卷考试，对于教材中大量由实验得到的经验公式要求学生全部死记硬背是不切实际的，也是没有意义的，而如果避开这些内容又会限制考核命题范围。因此，采用“开卷”（给出所有复杂公式）+闭卷相结合的方式是本院进行考核方式改革的行总结。这样有利于调动学生的主观能动性，提高他们的表述能力，增强他们的学习自信心。（）主要教学环节质量要求如表所示。主要教学环节质量要求1备课（1）讲授内容明确（2）课件、教案准备齐全（3）了解课程重点、难点（4）课程目标明确2讲授（1）目标明确（2）讲授清晰易懂（3）互动频繁（4）重点清晰3作业布置与批改（1）重点突出（2）内容适量（3）考察明确4课外答疑（1）时间充裕（2）清晰

16、明确（3）详细确切5成绩考核（1）符合教学目标（2）考核公平公正（3）突出重点、难点六、课程考核（一）课程考核包括期末考试、平时及作业考核和实验（实践）考核等，期末考试采用闭卷方式。（二）课程总评成绩=平时成绩30% +实验（实践）成绩10%+期末考试成绩60%。具体内容和比例如表所示。成绩组成考核/评价环节权重考核/评价细则对应的毕业要求指标点平时成绩课堂出勤课后作业课堂互动30 %课堂出勤考察次数不少于上课次数的50%，占平时成绩的30%；课后作业重点考察学生对知识点的掌握和重点公式的使用，弱化最终答案的正确率，占平时成绩的30%；课堂互动主要考察学生上课的效率，对知识的掌握程度，占平时成绩的40%。1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12实验（实践）成绩实验出勤实验报告10% 实验课均考察学生出勤情况，占实验成绩的