流体力学课程教学大纲

《流体力学》课程教学大纲课程名称：流体力学FluidMechanics课程编号：020060150课程性质：R必修□选修课程类别：□通识课程R专业课程£实践教学适用专业：新能源科学与工程课程学时：总学时32，其中：理论28、实验4课程学分：2应开课学期：第四学期先修课程：工程力学、工程热力学任课学院、系部：能源科学与工程学院新能源科学与工程系一、课程简介本课程为能源动力类相关专业的一门非常重要的专业基础课，课程性质为必修。本课程主要讲授流体平衡、运动与能量间内在联系与相互转换规律的一门学科，是一门以流体基础理论为主，结合一般工程技术的课程，是能源动力类相关专业工程技术人员必须掌握的基础技术知识。通过本课程的学习后，学生能够获得流体力学方面基本概念、基本理论和基本计算方法的系统知识，实验技能和一定的分析问题、解决问题的能力。是后续专业课程学习的基础。二、课程教学的目标及与毕业要求的关系（一）课程目标课程总目标：使学生掌握流体静止及运动时的规律以及流体与固体间的相互作用，并掌握这些规律在工程实际中的应用。课程目标1：正确理解流体力学的基本概念，掌握连续性方程、能量方程和动量方程的应用，掌握流体运动的分析方法，掌握一定的流体力学实验技能和方法。课程目标2：针对新能源科学与工程中的深部地热能开发、风力发电等工程实际中的流体力学问题，具有发现问题、分析问题和解决问题的综合能力。（二）课程目标与毕业要求的对应关系本课程目标支持的主要毕业要求如下表：课程目标毕业要求1．正确理解流体力学的基本概念，掌握连续性方程、能量方程和动量方程的应用，掌握流体运动的分析方法，掌握一定的流体力学实验技能和方法。毕业要求1：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决新能源勘查、开发与综合利用中的工程问题，具备工程科学思维和工程管理意识。毕业要求2：能够应用新能源科学与工程理论与技术，并结合数学、自然科学等基本原理，通过理论分析和文献研究，对新能源勘查、开发、利用过程中遇到的问题进行综合分析。具备独立思考、善于发现和提出问题并独立分析工程问题的能力，掌握基本的分析问题和总结归纳的方法。2．针对新能源科学与工程中的深部地热能开发、风力发电等工程实际中的流体力学问题，具有发现问题、分析问题和解决问题的综合能力。毕业要求1：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决新能源勘查、开发与综合利用中的工程问题，具备工程科学思维和工程管理意识。毕业要求2：能够应用新能源科学与工程理论与技术，并结合数学、自然科学等基本原理，通过理论分析和文献研究，对新能源勘查、开发、利用过程中遇到的问题进行综合分析。具备独立思考、善于发现和提出问题并独立分析工程问题的能力，掌握基本的分析问题和总结归纳的方法。三、课程教学的基本内容及教学安排（一）课程教学的内容及学时安排知识单元知识点学时数课程目标线下授课线上授课实验/实践1.绪论知识点1.1：流动及流体力学；知识点1.2：作用在流体上的力；知识点1.3：流体的主要物理性质。2课程目标12.流体静力学知识点2.1：静止流体的应力特性；知识点2.2：流体平衡微分方程；知识点2.3：重力场中流体静压强分布规律；知识点2.4：液体作用在平面上的总压力。6课程目标23.流体运动学知识点3.1：流体运动的描述；知识点3.2：欧拉法的基本概念；知识点3.3：连续性方程4课程目标24.流体动力学基础知识点4.1：流体运动微分方程；知识点4.2：元流的伯努利方程；知识点4.3：恒定总流的伯努利方程；知识点4.4：无黏性流动的无旋流动。62课程目标15.流动阻力和水头损失知识点5.1：黏性流体的两种流态；知识点5.2：沿程水头损失与剪应力的关系；知识点5.3：圆管中的层流运动；知识点5.4：紊流运动；知识点5.5：紊流的沿程水头损失；知识点5.6：局部水头损失；知识点5.7：边界层概念与绕流阻力。102课程目标2合计284（二）课堂实验/实践教学内容及要求序号项目名称内容、要求学时实验/实践类别实验/实践类型每组人数必做/选做课程目标1不可压缩流体恒定流能量方程（伯努利方程）实验理解实际流体恒定总流的伯努利方程与能量损失间的关系；掌握有压管流中动水力学的能量转换特性；掌握流速、流量、压强等水力要素的实验量测技能。2专业综合型5必做课程目标22雷诺实验掌握层流、紊流的流态及其转换特征；掌握下临界雷诺数的测定方法；掌握圆管流态的判别准则。2专业综合型5必做课程目标2基本要求1．严格按辅导教师及实验指导书上所讲的操作步骤进行实验；2．每次实验前，学生应认真预习有关的实验内容；3．学生完成实验后须撰写实验报告。注：实验/实践类别：专业、上机等实验/实践类型：操作型、验证型、演示型、综合型等。四、本课程与其他课程的联系本课程的预修课程为《高等数学》、《工程力学》和《工程热力学》，这些课为本课程的学习提供了必须的数学和力学基础知识。本课程是新能源科学与工程专业学生学习地热能和非常规天然气开发等相关专业课的基础。五、教材与其他教学资源（含教学参考书或在线资源）（一）建议教材（建议选用新出版的国家级规划教材）[1]刘鹤年.流体力学[M].中国建筑工业出版社,2016.[2]闻建龙.工程流体力学[M].机械工业出版社,2018.（二）其他教学资源[1]李玉柱,贺五洲.工程流体力学（上册）[M].清华大学出版社,2006.[2]禹华谦,莫乃榕.工程流体力学[M].高等教育出版社,2017.[3]中国大学MOOC:流体力学/course/sjtu-1206313839?tid=1468708516[4]中国大学MOOC:流体力学/spoc/course/WHU-1464597185?tid=1468741454六、教学方法与学习建议授课方式：教学过程中采用多媒体课件、自学与讨论等相结合的启发式、互动式、讨论式和研究式相结合的教学方式，可以充分发挥学生在学习中的主体作用，充分调动学生的主动性、积极性，让学生能在课堂中主动参与，使课堂成为积极互动的、高质高效的课堂，使学生和教师一道成为课堂的主人。多媒体课件主要用于课程要点、难点的讲解，图形图像资料和模拟演示等。自学与讨论通过网络课堂、资料阅读、习题练习、课堂讨论等形式来完成非重点难点和描述性内容的学习；鼓励学生通过阅读参考文献、撰写课程论文、开展课堂讨论来调动主动学习的积极性。课程教学中强调基本理论、基本方法的教授与实践能力培养并举，且注重素质教育，培养创新型人才。重点：岩石和岩体的区别和联系、岩石的物理性质、岩石的强度、岩石的变形、岩石动力学、岩体结构面分析、岩体结构面的变形特性、岩体结构面的剪切强度特性、初始应力及其分布规律、初始应力测试方法、高地应力地区主要岩石力学问题。流体的黏性、牛顿内摩擦定律、连续介质假设、压强的特征及分布规律、流体静压微分方程、压强的测量、流体作用在平面和曲面上的力、拉格朗日法和欧拉法、连续性方程、伯努利方程、动量方程、层流和紊流、雷诺试验和雷诺数、沿程阻力和局部阻力、圆管层流的运动规律、紊流的特性及时均化概念、边界层的概念。难点：流体的黏性、物质导数、动量方程、紊流的特性及时均化概念、紊流时流场分布特征、边界层后续自主学习建议：相似理论与量纲分析原理、量纲分析法在流体力学和传热学中的重要作用、平板边界层的相关理论、工程湍流及其在传热学等其他学科中的应用七、课程考核及成绩评定方式（一）课程考核本课程成绩评定包括平时考核（课堂出勤率）、过程考核（随堂问答、课堂测验、课后作业和实验报告）和终结性评价（期末考试）三部分，其中平时成绩占课程总成绩的10％，过程成绩占课程总成绩的30％，终结性评价成绩占课程总成绩的60％。具体要求及评分方法如下：平时成绩：出勤成绩采用扣分制，每缺勤一次扣平时成绩1分，每迟到或早退一次扣平时成绩0.5分，无故旷课4次以上者取消本次课程成绩，占总成绩的10%。过程成绩：课堂测验、课后作业要求学生必须独立完成，未按时提交作业或作业有抄袭（雷同）现象的，该次作业成绩按零分计，占总成绩的10%。课程回答问题与课堂讨论采用鼓励方式进行，积极主动回答问题且回答正确的一次加4分、积极主动回答问题但回答错误的一次加2分、不积极主动回答问题的0分，占总成绩的10%。未按时完成实验并提交实验报告或实验报告有抄袭（雷同）现象的，该次实验成绩按零分计，占总成绩的10%。终结性评价：形式为闭卷考试，其成绩占总成绩的60%。（二）课程目标与考核内容的关系课程具体目标与知识单元和考试内容的关系如下：课程目标知识单元考试内容1．正确理解流体力学的基本概念，掌握连续性方程、能量方程和动量方程的应用，掌握流体运动的分析方法，掌握一定的流体力学实验技能和方法。1.流动及流体力学2.作用在流体上的力；3.流体的主要物理性质考核知识点：流体流动的概念、流体力学、黏度、牛顿内摩擦定律、连续介质假设、流体的压缩性。考核要求：掌握流体流动的概念、黏性及牛顿内摩擦定律；掌握连续介质假设的基本内容和流体压缩性的基本概念。2．针对新能源科学与工程中的深部地热能开发、风力发电等工程实际中的流体力学问题，具有发现问题、分析问题和解决问题的综合能力。1.流体静力学2.流体运动学3.流体动力学基础4.流动阻力和水头损失考核知识点：流体静压强的特征及分布规律、流体静压平衡微分方程、压强的测量、流体作用在平面和曲面上的力、拉格朗日法和欧拉法、连续性方程、伯努利方程、动量方程、层流和紊流、雷诺试验和雷诺数、沿程阻力和