《流体力学及设备》课程教学大纲

PAGEPAGE6流体力学及设备课程教学大纲课程名称：流体力学及设备英文名称：FluidMechanicsandEquipment课程编号：x2030351学时数：64其中实践学时数：6课外学时数：0学分数：4.0适用专业：环境工程专业一、课程简介《流体力学及设备》是环境工程专业的一门必修专业基础课。课程将系统地讲授流体力学的基本概念、基本原理及其在工程实际中的应用，内容包括流体及其物理性质、流体静力学、理想流体动力学基本方程、粘性流体的一维流动、流体的二维流动、量纲分析、泵与风机。既包含自然科学的基础理论，又涉及工程技术科学方面的应用。着重于阐明流体处于平衡和运动时的基本规律、流体力学问题的建立过程和数学处理方法，注重培养学生使用流体力学的三种基本分析方法（控制体法、微分分析法、量纲分析法）的能力。该课程在环境工程专业本科生培养体系中具有举足轻重的作用，是连接前期基础理论课程和后续专业课程的桥梁，是学生学好后续专业课程的重要理论基础。通过本课程的学习使学生掌握流体力学的基本概念、流体平衡和运动时的基本规律、理想流体流动、粘性流体一维流动、相似原理及量纲分析的基本理论，学会必要的流体力学分析、计算方法，为学生在以后学习专业课程提供必备的理论基础知识；掌握流体与固体间的相互作用，流体在管道中流动时的速度分布、能量损失、流体输送设备选型的基本知识，初步具备应用所学基本理论知识进行工程设计、分析和解决实际工程设计中所面临的流体储存和输送问题的能力；掌握流体力学实验原理、相关实验仪器及设备的使用方法、数据采集及分析方法，具备基本的流体力学实验技能；二、课程目标与毕业要求关系表课程目标毕业要求掌握流体力学的基本概念、流体平衡和运动时的基本规律、理想流体流动、粘性流体一维流动、相似原理及量纲分析的基本理论，学会必要的流体力学分析、计算方法，为学生在以后学习专业课程提供必备的理论基础知识；4-1能够基于环境工程领域的基本原理和相关文献，调研和分析环境污染控制系统中的复杂工程问题，能够进行工艺设计，提出解决方案；掌握流体与固体间的相互作用，流体在管道中流动时的速度分布、能量损失、流体输送设备选型的基本知识，初步具备应用所学基本理论知识进行工程设计、分析和解决实际工程设计中所面临的流体储存和输送问题的能力；1-3掌握相关工程基础知识（包括工程制图、工程力学、计算机与信息技术基础、电工与电子技术、工程管理、土建基础等领域的基本知识），能将其用于解决工程设计、施工和装备设计等工程问题；2-2能够应用工程基础知识对研究对象进行正确的表达、分析工程问题；掌握流体力学实验原理、相关实验仪器及设备的使用方法、数据采集及分析方法，具备基本的流体力学实验技能；4-4能够对实验结果进行关联、建模、分析和解释，获得合理有效的结论；三、课程教学内容、基本要求、重点和难点（一）流体及其物理性质（6）1.教学内容：流体力学的研究内容和方法；流体力学的发展简史及工程应用；流体的定义、特性和连续介质假设；流体的密度、相对密度及比容；流体的压缩性和膨胀性；流体的粘性；液体的表面性质；作用在流体上的力；2.基本要求：了解表面张力和毛细现象；正确理解流体的特性及连续介质模型、流体的密度、流体的压缩性和膨胀性等基本概念；熟练掌握流体的粘性。3.重点：牛顿粘性定律的应用。4.难点：流体的粘性。（二）流体静力学（12）1.教学内容：流体静压强及其特性；静止流体平衡微分方程；静止液体的压强分布；绝对压强、计示压强和真空度；液柱式测压计；静止液体作用在固体壁面上的总压力；液体的相对静止；2.基本要求：正确理解静止流体的应力特征、液体的压强分布、绝对压强、计示压强和真空度等概念；掌握静止流体平衡微分方程式；熟练掌握液柱式测压计、作用在平面和曲面上的总压力、液体的相对静止等计算问题。3.重点：平面和曲面上的压力计算。4.难点：静止流体平衡微分方程式的建立与求解。（三）理想流体动力学基本方程（10）1.教学内容：研究流体运动的两种方法；流体动力学的基本概念；流体流动的连续性方程；理想流体的运动微分方程；理想流体微元流束的伯努利方程；伯努利方程的应用；动量和动量矩方程；2.基本要求：正确理解研究流体运动的两种方法、流体流动的连续性方程、流线和流管等基本知识；掌握理想流体的运动微分方程的建立与求解；熟练掌握伯努利方程和动量与动量矩方程的应用，了解叶轮机械内相对运动的伯努利方程。3.重点：伯努利方程的应用。4.难点：流体的运动微分方程。（四）粘性流体的一维流动（16）1.教学内容：粘性流体总流的伯努利方程；流体流动状态；流体流动的能量损失与流动阻力；圆管中流体的层流流动；圆管中流体的紊流流动；沿程阻力系数的实验研究；局部损失计算；非圆形管道沿程损失的计算；管路水力计算；孔口管嘴出流；管流中的水击；空化和空蚀简介；2.基本要求：正确理解粘性流体总流的伯努利方程、流体流动状态、流体流动的能量损失与流动阻力等基本知识；掌握圆管中流体的层流与紊流流动的规律；熟练掌握沿程损失和局部损失的计算方法，一般了解明渠中的层流流动、管流中的水击等。3.重点：管路计算。4.难点：圆管中两种流动状态特性分析。（五）不可压缩流体的二维流动（6）1.教学内容：流体微团运动分析；速度环量和旋涡强度；速度势和流函数；基本的平面有势流动；平面势流动的叠加流动2.基本要求：正确理解流体微团运动分析、速度环量和旋涡强度等基本知识；熟练掌握速度势和流函数的特性及求解方法；掌握基本的平面有势流动知识。3.重点：速度势和流函数。4.难点：基本的平面有势流动。（六）量纲分析与相似理论（4）1.教学内容：流体的力学相似；动力相似准则；动力相似条件；近似模拟试验；量纲分析；2.基本要求：正确理解单位和量纲、量纲分析法、相似概念等基本知识；熟练掌握动力相似准则的应用。3.重点：相似概念、动力相似准则。（七）泵与风机（4）1.教学内容：离心式泵；往复泵；7-3流体输送机械；2.基本要求：正确理解离心泵、离心泵的基本方程式等基本知识；掌握离心泵性能参数、特性曲线知识；熟练掌握离心泵的选型与计算。一般了解往复泵、流体输送机械、离心式通风机、真空泵。3.重点：离心泵的选择计算。4.难点：离心泵的性能参数及特性曲线。四、教学方式及学时分配序号主要内容主要教学方式学时分配辅导答疑比例一1流体及其物理性质1.1流体力学的研究内容和方法；1.2流体力学的发展简史及工程应用；1.3流体的定义、特性和连续介质假设；1.4流体的密度、相对密度及比容；1.5流体的压缩性和膨胀性；

1.6流体的粘性；1.7液体的表面性质；1.8作用在流体上的力；讲授62:1二2流体静力学2.1流体静压强及其特性；2.2静止流体平衡微分方程；2.3静止液体的压强分布；2.4绝对压强、计示压强和真空度；2.5液柱式测压计；2.6静止液体作用在固体壁面上的总压力；2.7液体的相对静止；讲授122:1三3理想流体动力学基本方程3.1研究流体运动的两种方法；3.2流体动力学的基本概念；3.3流体流动的连续性方程；3.4理想流体的运动微分方程；3.5理想流体微元流束的伯努利方程；3.6伯努利方程的应用；3.7动量和动量矩方程；讲授102:1四4粘性流体的一维流动4.1粘性流体总流的伯努利方程；4.2流体流动状态；4.3流体流动的能量损失与流动阻力；4.4圆管中流体的层流流动；4.5圆管中流体的紊流流动；4.6沿程阻力系数的实验研究；4.7局部损失计算；4.84.9管路水力计算；4.10孔口管嘴出流；4.11管流中的水击；4.12空化和空蚀简介；实验一流动类型实验（雷诺实验）实验二阻力系数测定实验讲授/讨论/实验16/6(3+3)2:1五5不可压缩流体的二维流动5.1流体微团运动分析；5.2速度环量和旋涡强度；5.3速度势和流函数；5.4基本的平面有势流动；5.5平面势流动的叠加流动讲授62:1六6相似原理与量纲分析6.1流体的力学相似；6.2动力相似准则；6.3动力相似条件；6.4近似模拟试验；6.5量纲分析；讲授42:1七7泵与风机7.1离心式泵7.2往复泵；7-3流体输送机械；讲授/讨论42:1五、课程其他教学环节要求1.实验环节要求学生掌握流动类型实验和阻力系数测定实验相关量测仪器的使用方法和相关实验设备的用途、基本原理，具备基本流体力学实验技能；实验过程中学生应细心观察实验现象，如实记录实验数据，养成严谨、求实的良好习惯；并能独立完成对流体力学实验数据的整理、分析和讨论，最终完成实验报告的撰写。2.课后作业每次课后留2～4道作业，主要为计算题，少量问答题，目的为加深学生对流体力学基本概念、基本方程的理解，提高学生运用已学理论知识分析问题、解决问题的能力。对课后布置的作业题学生应按时完成，教师对作业中存在的共同问题上课时统一进行讲解，并按作业每次完成情况评价，成绩计入平时成绩。3.课堂讨论根据具体授课内容设置伯努利方程在生活中和工程设计中的应用、负压抽吸技术在环境工程中的应用、能量损失计算公式及流体流动机械输送三个专题讨论，让学生自由分组进行讨论，并进行口头表述，考查学生运用所学流体力学基本理论分析问题和解决实际问题的能力，老师根据实际情况进行打分，成绩计入平时成绩。六、本课程与其他课程的联系1.先修课程：《高等数学》、《大学物理》，上述课程所学理论知识为本课程的学习奠定坚实理论基础，提供基本理论计算工具。2.后续课程：《水污染控制工程》、《大气污染控制工程》、《环境工程原理》、《给水排水工程》《水泵与水泵站》，上述课程以本课程所学流体力学基本原理为出发点，本课程的学习为污水处理系统管网设计、除尘系统管网设计、化工动力设备选型等提供理论计算依据。七、教学参考书目1.《工程流体力学》，杜广生编，中国电力出版社，2014；2.《工程流体力学》，莫乃榕编，华中理工大学出版社，2000年；3.《工程流体力学》，孙文策编，大连理工大学出版社，1998年；4.《工程流体力学》，薛祖绳编，东北电力出版社，2000年；5.《工程流体力学》，周亨达编，冶金工业出版社，1994年；八、课程考核方式与成绩评定办法课程考试方式：考试成绩评定方式：平时成绩30%+实验成绩10%+期末成绩60%=总成绩评价项目评价环节课程目标平时成绩（30分）考勤，课堂提问，随堂考试（12分）（1）掌握流体力学的基本概念、流体平衡和运动时的基本规律、理想流体流动、粘性流体一维流动、相似原理及量纲分析的基本理论，学会必要的流体力学分析、计算方法，为学生在以后学习专业课程提供必备的理论基础知识；作业（10分）（1）掌握流体力学的基本概念、流体平衡和运动时的基本规律、理想流体流动、粘性流体一维流动、相似原理及量纲分析的基本理论，学会必要的流体力学分析、计算方法，为学生在以后学习专业课程提供必备的理论基础知识；（2）掌握流体与固体间的相互作用，流体在管道中流动时的速度分布、能量损失、流体输送设备选型的基本知识，初步具备应用所学基本理论知识进行工程设计、分析和解决实际工程设计中所面临的流体储存和输送问题的能力；课堂讨论（8分）（1）掌握流体力学的基本概念、流体平衡和运动时的基本规律、理想流体流动、粘性流体一维流动、相似原理及量纲分析的基本理论，学会必要的流体力学分析、计算方法，为学生在以后学习专业课程提供必备的理论基础知识；（2）掌握流体与固体间的相互作用，流体在管道中流动时的速度分布、能量损失、流体输送设备选型的基本知识，初步具备应用所学基本理论知识进行工程设计、分析和解决实际工程设计中所面临的流体储存和输送问题的能力；考勤，课堂提问，随堂考试（12分）支撑环境工程专业培养要求（1）掌握环境工程的基本理论和基本知识；（2）掌握水污染控制工程、大气污染控制工程的设计方法；（4）具有良好工程设计、综合运用知识解决问题能力、工程综合能力；实验成绩（10）实验一、实验二（10分）（3）掌握流体力学实验原理、相关实验仪器及设备的使用方法、数据采集及分析方法，具备基本的流体力学实验技能；作业（10分）支撑环境工程专业培养要求（1）掌握环境工程的基本理论和基本知识；（2）掌握水污染控制工程、大气污染控制工程的设计方法；（4）具有良好工程设计、综合运用知识解决问题能力、工程综合能力；期末成绩（60分）试题