《工程流體力學》課程教學大綱

1、工程流體力學課程教學大綱英文名稱：Engineering Fluid Mechanics課程編號：學時數(shù)：72其中實驗學時數(shù)：12 課程性質(zhì)：必修課先修課程：高等數(shù)學，理論力學等適用專業(yè)：建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)一、 課程的性質(zhì)、目的和任務(wù)本課程的性質(zhì)：流體力學是建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)的一門主要技術(shù)基礎(chǔ)課。是該專業(yè)工程技術(shù)人員必須掌握的知識。它是研究流體平衡、運動及能量間內(nèi)在聯(lián)系與相互轉(zhuǎn)換規(guī)律的一門學科，是一門以流體基礎(chǔ)理論為主，結(jié)合一般工程技術(shù)的課程。學生通過本課程的學習后，能夠獲得流體力學方面基礎(chǔ)理論的系統(tǒng)知識，實驗技能和一定的分析、解決問題的能力。是后續(xù)專業(yè)課程學習的基礎(chǔ)。課程教學所要

2、達到的目的是：1、使學生掌握流體靜止及運動時的規(guī)律以及流體與固體之間的相互作用，并掌握這些規(guī)律在工程實際當中的應(yīng)用，為后續(xù)專業(yè)課程的學習打下堅實的理論基礎(chǔ)。2、通過課堂教學和實驗課使學生對工程實踐中有關(guān)的流體力學問題有較廣泛而系統(tǒng)的理論知識、必要的實驗技能和一定的分析和解決問題的實際能力。本課程的任務(wù)：通過本課程的學習，學生應(yīng)掌握流體力學的基本概念，基本理論，以及水力計算的基本方法。使學生具備必要的基礎(chǔ)理論和一定的分析、解決實際工程中問題的能力，為學習后繼專業(yè)課程及從事專業(yè)技術(shù)工作和進行科學研究奠定必要的基礎(chǔ)。二、 課程教學內(nèi)容及基本要求第1章 緒論1.1 作用于流體上的力1.2 流體的主要力

3、學性質(zhì)1.3 牛頓內(nèi)摩擦定律1.4 流體的力學模型基本要求：了解本課程在專業(yè)及工程中的應(yīng)用；掌握流體主要物理性質(zhì)，特別是粘性和牛頓內(nèi)摩擦定律；作用在流體上的力；連續(xù)介質(zhì)、不可壓縮流體及理想流體的概念。第2章 流體靜力學2.1 流體靜壓強及其特性2.2 流體靜壓強的分布規(guī)律 2.3 流體靜壓平衡微分方程及其積分形式 2.4 重力作用下流體靜壓分布規(guī)律2.5 壓強的測量、計算與應(yīng)用2.6 作用于平面的流體靜壓力2.7 作用于曲面的流體靜壓力2.8 重力與其它慣性力作用下的流體相對平衡基本要求：理解掌握流體靜壓強、等壓面的概念及其性質(zhì)；流體平衡微分方程及其在相對平衡中的應(yīng)用；掌握平面和曲面受壓力的計

4、算方法。第3章 一元流體動力學基礎(chǔ)3.1 流場，流動參數(shù)3.2 描述流體運動的兩種方法3.3 流體微元和控制體3.4 連續(xù)性方程3.5 伯努利方程的建立及其意義3.6 伯努利方程的應(yīng)用3.7 一元氣流伯努利方程3.8 動量方程及其應(yīng)用3.9 一元流動模型3.10 流線與跡線，流線方程，流線性質(zhì)基本要求：了解描述流體運動的兩種方法；理解建立以流場為對象的描述流體運動的概念；掌握流體微團運動的基本形式；流體運動的微元分析法；掌握一元流動模型的有關(guān)概念；流體運動的總流分析法，能綜合運用連續(xù)性方程、總流能量方程或氣流能量方程和動量方程計算總流問題。第4章 流動阻力與能量損失 4.1 流體流態(tài)的劃分，層

5、流與紊流，雷諾實驗 4.2 圓管中的層流運動4.3 流動阻力與能量損失4.4紊流運動及其特征4.5 紊流沿程阻力系數(shù)的確定4.6 局部阻力損失4.7 減少阻力的措施基本要求：了解附加切應(yīng)力及混合長度的概念；掌握圓形管道中層流的運動規(guī)律；紊流的特性、紊流時均化概念；沿程能量損失的成因和阻力系數(shù)的變化規(guī)律；局部能量損失的成因；熟練掌握流體運動的兩種流態(tài)及其判別；沿程、局部能量損失的計算方法。第5章 孔口、管嘴及管路流動5.1 孔口自由出流、孔口淹沒出流5.2 孔口出流的力學原理、流速系數(shù)，收縮系數(shù)，流量系數(shù)5.3 管嘴出流及其特征，力學原理5.4 簡單管路的水力計算原理 5.5 管網(wǎng)水力計算基礎(chǔ)5

6、.6 有壓管路中的水擊基本要求：理解孔口、管道、管嘴流動的特點；掌握孔口、管嘴的基本公式及其應(yīng)用；簡單管路、串聯(lián)管路和并聯(lián)管路的水力計算；了解有壓管路中的水擊現(xiàn)象及防治措施。第6章 氣體射流6.1 紊流射流、自由射流、受限射流6.2 紊流射流的結(jié)構(gòu)、特征6.3 紊流射流運動分析及結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定與計算6.4 平面射流6.5 濃差或溫差射流的運動分析與參數(shù)計算6.6 有限空間射流基本要求：了解氣體射流產(chǎn)生的流場及特點；理解無限空間紊流射流的基本特性；掌握紊流射流、溫差、濃差射流的計算方法；了解有限空間射流流場特點。第7章 不可壓縮流體動力學基礎(chǔ)8.1 納維斯托克斯方程的建立及意義8.2 管流和槽流

7、流動8.3 動力學方程方程組的建立8.4 數(shù)值求解簡介8.5 圓柱繞流、繞流阻力，懸浮速度基本要求：了解納維斯托克斯方程的建立、使用條件及求解方法；掌握管流和槽流流動的解的推導(dǎo)過程；數(shù)值求解方法；繞流阻力和升力；懸浮速度的計算方法。第8章 繞流運動7.1 不可壓縮流體連續(xù)性方程7.2 歐拉方程和能量方程7.3 有旋流動7.4 渦量連續(xù)性方程，渦量守恒定律，斯托克斯定理，湯姆遜定理7.5 無旋流動與流函數(shù)7.6 平面無旋流、流網(wǎng)及其性質(zhì)7.7 幾種簡單的平均無旋流7.8 勢流的迭加7.9 三元理想流體運動微分方程的建立及意義基本要求：勢流迭加原理；理解速度勢函數(shù)、流函數(shù)和流網(wǎng)；理解納維 斯托克斯

8、方程及其各項的物理意義；不可壓縮粘性流體紊流運動的基本方程；有勢流動和有旋流動；連續(xù)性微分方程；掌握流函數(shù)、勢函數(shù)的求解方法。第9章 一元氣體動力學基礎(chǔ)9.1 理想氣流一元恒定流動的運動微分方程9.2 理想氣流一元恒定流動的連續(xù)性方程9.3 理想氣流一元恒定流動的運動微分方程積分：定容流動方程，定溫流動方程，絕熱流動方程9.4 音速，馬赫數(shù)，滯止參數(shù)，臨界參數(shù)9.5 理想氣流一元恒定流動的運動分析9.6 絕熱管流方程的建立與應(yīng)用9.7 等溫管路方程的建立與應(yīng)用基本要求：理解可壓縮流體的基本參數(shù)、流動分類及基本方程；熱力過程對流動的作用；掌握漸縮噴管、拉法爾噴管斷面參數(shù)變化的規(guī)律；等熵流動，有沿

9、程損失的圓管等溫流動和絕熱流動的計算方法。第10章 相似性原理與因次分析10.1 力學相似原理10.2 相似準數(shù)10.3 定性量，決定性準數(shù)與被決定性準數(shù)、準數(shù)方程10.4 相似三定理及模型律10.5 相似的自?；Ｐ吐?0.6 因次分析法基本要求：了解相似原理有關(guān)理論；理解力學相似概念、相似準則數(shù)的物理意義及應(yīng)用；自?；Ｐ吐杉捌鋺?yīng)用。三、 課程實踐環(huán)節(jié)內(nèi)容及基本要求序 號實 驗 名 稱實 驗 內(nèi) 容學時實驗1雷諾實驗、觀察水處于層流、紊流流動現(xiàn)象并測量上下臨界雷諾數(shù)； 2實驗2伯努利方程測量實驗水流動壓、靜壓之間轉(zhuǎn)換2實驗3靜力學實驗驗證P/r+Z為常數(shù)及油的密度2實驗4一元流動量方程驗證實驗用平板法驗證一元流動量方程實驗3實驗5局部水頭損失觀測實驗利用自循環(huán)水觀測儀觀察彎管、閥門及圓柱周圍的流動情況3四、 幾點說明1. 學習本課以前，先學高等數(shù)學，普通物理等相關(guān)課程。2. 本課程詣在闡明與專業(yè)有關(guān)的流體力學的基本概念和基本理論，不應(yīng)過分強調(diào)專業(yè)需要而削弱基本內(nèi)容。3.參考書目蔡增基，龍?zhí)煊?，流體力學泵與風機，中國建筑工業(yè)出版社（第四版），張兆順，崔桂香，流體力學，清華大學出版社，1999王致清，流體力學基礎(chǔ)，高等教育出版社，1987.五、 學時分配章節(jié)主要內(nèi)容總時