《工程流体力学》教学大纲

《工程流体力学》教学大纲课程英文名EngineeringFluidMechanics课程代码06M0062学分3总学时48理论学时42实验/实践学时6课程类别学科基础课课程性质选修先修课程《高等数学》、《大学物理》、《工程力学》适用专业安全工程开课学院质量与安全工程学院注：课程类别是指公共基础课/学科基础课/专业课；课程性质是指必修/限选/任选。一、课程地位与课程目标（一）课程地位工程流体力学是安全工程专业学生必修的一门学科基础课程，是研究流体平衡、运动及能量间内在联系与相互转换规律的一门学科。课程主要讲授流体的基本性质；流体静力学；流体动力学的基础知识如连续性方程式、流体微团的运动分析、实际流体的运动微分方程式、伯努利方程式及其应用等；相似原理和量纲分析；流体在管道中的流动、圆管中的层流和湍流、管路中的沿程阻力，孔口出流；黏性流体绕过物体的流动等内容。本课程为学生学习安全工程方面的专业课程提供了有关的基础理论知识；同时也是数学、物理及工程力学等课程所讲授知识的巩固和强化，提供了应用实践的机会。（二）课程目标1.培养学生的流体力学分析思维，了解流体力学与安全工程的关系，能在比较经典的实际工程中提炼流体力学问题并且能进行简化和求解。2.使学生掌握流体力学的基本概念、基本原理和研究方法和手段，为后续专业课的学习提供充分的理论准备，为将来从事相关专业技术工作、科学研究及管理工作打下坚实的理论基础。3.通过课堂教学和实验课使学生对工程实践中有关的流体力学问题有较广泛而系统的理论知识、必要的实验技能和一定的分析和解决问题的实际能力。（三）思政教育目标1.通过学习流体力学的发展历史，了解中国在流体力学发展中的地位和贡献，培养学生的爱国情怀，并为学生树立饱满的文化自信和科学的世界观奠定基础；2.通过学习工程应用的流场案例，理解流场参数特征与生活生产的密切关系，培养学生主动参与、积极进取、崇尚科学、探究科学的学习态度和思想意识；3.能够基于科学原理并采用科学方法和现代工具对流场相关复杂工程问题进行研究，包括理论分析、设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。在研究、分析过程中体现科学精神和社会责任，并能够理解所用方法和工具的局限性。二、课程目标达成的途径与方法1.本课程涉及较多的物理概念和现象，注重培养学生从最基本的流动现象出发去理解和把握物理概念，在受力分析及应用过程中注意结合以往课程的知识，帮助学生更好地理解概念。2.实验是研究和学习流体力学的方法和途径，本课程强调实验设计和实验操作，要求学生综合运用专业理论知识，每个小组独立完成实验，并由实验指导教师指导。本课程的实验充分考虑实验性质和要求，分为验证性和演示性实验，具体分类见学时分配表。3.本课程结合实际工程案例，使学生能够理论联系实际，加深对基础理论知识的理解，培养学生的动手能力和实际问题分析能力，逐步建立将所学知识与工程实际相结合的思维习惯。三、课程目标与相关毕业要求的对应关系课程目标课程目标对毕业要求的支撑程度（H、M、L）毕业要求1毕业要求4课程目标1HL课程目标2HL课程目标3HL注：支撑强度分别填写H、M或L（其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低）。毕业要求指标点分解支撑权重毕业要求1：工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决安全工程领域的复杂工程问题。1-1掌握安全工程领域所需的数学与自然科学知识，并能解决该领域所涉及的数学与自然科学问题。1-2掌握工程图学、热工基础、工程力学等工程基础知识，并能用于解决安全工程领域的相关问题。0.21-3掌握安全管理、安全系统工程、安全人机工程、安全法学等专业知识，并用于解决安全工程领域的复杂工程问题。毕业要求4：研究：能够基于科学原理并采用科学方法对安全工程领域复杂工程问题进行研究，包括理论分析、设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。4-1能够对安全工程相关的各类物理、化学现象进行理论分析，明确问题涉及的参数、变量及其相互关系0.14-2能基于科学原理和专业理论，根据对象特征，设计可行的实验方案。4-3能够根据实验方案选用或搭建实验装置，采用科学的实验方法，安全开展实验并正确采集数据。0.24-4能够分析实验结果，并通过信息综合以获得合理有效的结论。四、课程主要内容与基本要求第一章流体的基本物理性质了解工程流体力学的研究对象、任务和方法，了解工程流体力学在工程技术中的地位。掌握流体质点与连续介质概念，流体密度、比体积和相对密度，掌握流体的压缩性和膨胀性，流体的粘性；理解平衡流体上的作用力；了解流体的表面张力和汽化压强。第二章流体静力学流体平衡的微分方程式；掌握重力场中的平衡流体静压强的计算与测量，流体对壁面的作用力的计算；掌握液体的相对平衡的计算方法。第三章流体动力学基础了解描述流体运动的两种方法，流体运动中的几个基础概念；掌握连续方程式，掌握伯努利方程式及其应用；掌握动量方程式及其应用；了解动量矩方程式。第四章黏性流体运动及其阻力计算了解雷诺实验；理解圆管中的层流和湍流现象；了解水力半径、沿程阻力、局部阻力、水力光滑管、水力粗糙管、当量直径；掌握沿程阻力损失计算、局部阻力损失计算、尼古拉兹曲线与莫迪图的应用，以及管路计算方法。掌握黏性流体微分形式的运动方程（N-S方程），理解边界层概念、边界层微分方程、边界层动量积分方程；掌握平板层流和湍流边界层近似计算；了解边界层分离现象。第五章有压管流与孔口、管嘴出流了解孔口及机械中的气穴现象；了解变水头作用下的孔口出流问题；了解管中水击现象；掌握薄壁孔口出流和厚壁孔口出流计算方法。第六章相似原理和量纲分析理解相似原理，定理和量纲分析的应用。与课程目标的对应关系通过学习《工程流体力学》课程，使学生掌握工程流体力学的基本原理和流体的基本性质，以及相关压力和方程的计算，旨在使学生能够建立工程流体力学实验模型，采用理论分析、实验等手段对工程流体力学中的问题进行具体分析。（课程目标1、2、3）五、课程学时安排章节号教学内容学时数学生任务对应课程目标第1章流体的基本物理性质6习题1.5、习题1.6课程目标1、2第2章流体静力学8习题2.15、习题2.16、习题2.23课程目标1、2第3章流体动力学基础10习题3.1、习题3.4、习题3.9、习题3.17、习题3.20、习题3.21、习题3.31课程目标1、2、3第4章黏性流体运动及其阻力计算10习题4.8、习题4.9课程目标1、2、3第5章有压管流与孔口、管嘴出流4习题5.3、习题5.6课程目标1、2第6章相似原理与量纲分析4习题9.2、习题9.14课程目标1、2六、实践环节及基本要求序号实验项目名称学时基本要求学生任务实验性质实验类别1雷诺实验2了解管道流动雷诺数测定方法，以及实验操作、调节方法。实验报告验证必做2毕托管测速实验\文丘里流量测定实验2掌握测量流速、流量的常规方法和常见仪表的使用要求。实验报告验证必做3沿程阻力实验\局部阻力实验2掌握沿程（局部）阻力和沿程（局部）阻力系数的定义，了解沿程阻力系数的测量方法。实验报告验证必做七、考核方式及成绩评定考核内容考核方式评定标准（依据）占总成绩比例过程考核到课率、课堂讨论发言、平时作业、实验出勤、课堂表现、作业完成情况、实验表现及报告30%期末考核闭卷考试试卷参考答案和评分标准70%考核类别考试成绩登记方式百分制八、推荐教材与主要参考书（一）推荐教材：工程流体力学，谢振华，冶金工业出版社，2013年8月，第4版（二）主要参考书：1.《工程