流體力學教學大綱

1、流體力學教學大綱流體力學教學大綱一、課程名稱1. 中文名：流體力學2. 英文名： Fluid Mechanics二、課程管理院（系）三、大綱說明1.適用專業(yè)、層次環(huán)境工程專業(yè)，本科。2.學時與學分數(shù)總學時為 64 學時，總學分為3 學分。3.課程的性質、目的與任務流體力學是環(huán)境工程專業(yè)及其相近專業(yè)的一門學科基礎課程 ，屬工程科學， 是用自然科學的原理考察、 解釋和處理工程實際問題。 研究方法主要是因次論指導下的實驗研究法、數(shù)學模型法、參數(shù)歸并和過程分解與組合。本課程強調(diào)工程觀點、定量運算、實驗技能、設計能力和模擬優(yōu)化能力的訓練，強調(diào)在理論和實際的結合中，提高分析問題、解決問題的能力。本課程理論

2、教學主要研究連續(xù)性方程、 能量方程和動量方程的基礎理論及具體的工程應用。通過本課程的學習， 使學生熟悉流體力學的基本概念和基本方程， 掌握在環(huán)境工程和科學領域中的應用途徑和處理方法， 具備解決環(huán)境工程中流體力學問題的能力。4. 先行、后續(xù)課程本課程是學生在具備了必要的高等數(shù)學、 物理、理論力學等基礎知識之后必修的技術基礎課，是水污染控制工程、大氣污染控制工程、給排水工程、水控課程設計、畢業(yè)設計的基礎。5.考試方式與成績評定考試方式：筆試（閉卷）。成績評定：筆試70，平時成績 30。四、綱目（上冊）1 緒論（ 3 學時）教學目的 了解流體力學的研究內(nèi)容及發(fā)展簡史， 掌握流體的主要物理性質和流體的

3、連續(xù)介質模型， 掌握流體的主要物理性質和作用在流體上的力。 教學重點與難點 流體的物理性質；流體的連續(xù)介質模型。 教學時數(shù) 3 學時 教學方法與手段 在多媒體教室采用電子課件進行課堂講授。本章內(nèi)容是學生學習流體力學這門課的基礎， 是流體力學的“門檻” 。因此，必須聯(lián)系生產(chǎn)及生活實際，使學生首先在思想上明確認識， 對這門課產(chǎn)生興趣，使學生認識到流體力學理論在生產(chǎn)和生活實際中的應用是無所不在的。教學內(nèi)容 1.1 工程流體力學的任務及其發(fā)展簡史1.2 連續(xù)介質假設，流體的主要物理性質連續(xù)介質假設；流體的主要物理性質 1.3 作用在流體上的力表面力；質量力1.4 工程流體力學的研究方法2 流體靜力學教

4、學目的 理解和掌握流體靜壓強及其特性； 了解流體平衡微分方程式， 理解其物理意義； 掌握流體的絕對和相對平衡； 掌握流體靜壓強的分布規(guī)律及點壓強的計算（利用等壓面） ，掌握流體靜壓強的量測和表示方法； 熟練掌握作用于平面壁和曲面壁上流體總壓力的計算。教學重點與難點 靜壓強及其特性，點壓強的計算，靜壓強分布圖，壓力體圖，作用于平面上的流體總壓力，作用于曲面上的流體總壓力。教學時數(shù) 10 學時。教學方法與手段 本章內(nèi)容是學生學習后面流體動力學的基礎，以前在物理學中接觸到一些如壓力、總壓力等概念，因此，主要應注意聯(lián)系生活中的實際，培養(yǎng)學生的學習興趣， 選擇合適的作業(yè)題， 培養(yǎng)學生分析實際問題，解決實

5、際問題的能力。在多媒體教室采用電子課件進行課堂講授。教學內(nèi)容 2.1 流體靜壓強及其特性流體靜壓強的定義； 流體靜壓強有兩個重要特性2.2 流體平衡的微分方程歐拉平衡的微分方程； 流體平衡微分方程的積分；等壓面2.3 流體靜力學基本方程重力作用下的流體平衡微分方程； 壓強的計量單位和表示方法； 流體靜力學基本方程的幾何意義與能量意義；靜壓強分布圖；測壓計2.4 液體的相對平衡等加速直線運動中液體的相對平衡； 繞直軸等角速度旋轉容器中液體的相對平衡2.5 作用在平面上的液體總壓力圖解法；解析法2.6 作用在曲面上的液體總壓力總壓力的大小； 總壓力的作用點； 總壓力的方向3 流體運動學教學目的 了

6、解描述流體運動的兩種方法。 理解描述流體流動的一些基本概念，如恒定流與非恒定流、流線與跡線、流管、流束與總流、過水斷面、流量及斷面平均流速等。掌握連續(xù)性方程。教學重點與難點 流體流動中的幾個基本概念，連續(xù)性方程。教學時數(shù) 5 學時。教學方法與手段 本章講述流體運動學基本理論及工程應用，概念多，容易混淆，而且與實際聯(lián)系密切。 所以，必須講清楚每一概念及各概念之間的聯(lián)系和區(qū)別，注意講清分析問題和解決問題的方法， 選擇合適的例題和作業(yè)題。在多媒體教室采用電子課件進行課堂講授。教學內(nèi)容 3.1描述流體運動的兩種方法拉格朗日法；歐拉法；流線、跡線3.2描述流體運動的一些基本概念元流、總流、流量、斷面平均

7、流速3.3流體運動的類型恒定流和非恒定流；均勻流和均勻流3.4流體運動的連續(xù)性方程微小流束的連續(xù)性方程； 總流的連續(xù)性方程4 理想流體動力學和平面勢流教學目的 掌握理想流體的運動微分方程； 熟練掌握元流的伯努利方程。教學重點與難點 歐拉運動微分方程； 元流的伯努利方程； 理想流體。教學時數(shù) 3 學時。教學方法與手段 熟悉運動方程和平衡方程之間的聯(lián)系， 掌握伯努利積分的前提條件、 伯努利方程及其意義。教學內(nèi)容 4.1 理想流體的運動微分方程歐拉運動微分方程； 理想流體的運動微分方程的積分；4.2 理想流體元流的伯努利方程理想流體元流的伯努利方程； 理想流體元流的伯努利方程的物理意義和幾何意義；皮

8、托管5 實際流體動力學基礎教學目的 熟練掌握恒定總流能量方程的應用條件和注意事項，用能量方程進行水力計算；熟練掌握恒定總流動量方程的應用條件和注意事項，用恒定總流的連續(xù)方程、能量方程和動量方程聯(lián)解，進行水力計算。教學重點與難點 恒定總流能量方程；恒定總流動量方程。教學時數(shù) 5 學時。教學方法與手段 本章講述流體動力學的基本理論伯努利方程、定常流動總流動量方程及工程應用， 與實際聯(lián)系密切。 所以，必須講清楚運動方程和平衡方程之間的聯(lián)系、 伯努利積分的前提條件、 伯努利方程及其意義， 定常流動總流動量方程幾種應用情況的不同特點， 注意講清分析問題和解決問題的方法，選擇合適的例題和作業(yè)題。在多媒體教

9、室采用電子課件進行課堂講授。教學內(nèi)容 5.2 實際流體元流的伯努利方程實際流體元流的伯努利方程； 實際流體元流的伯努利方程的物理意義和幾何意義5.3 實際流體總流的伯努利方程實際流體總流的伯努利方程； 總流伯努利方程的應用條件和應用方法； 文丘里管；有能量輸入和輸出的伯努利方程5.5 總流的動量方程總流的動量方程； 總流動量方程的應用條件和應用方法6 量綱分析和相似原理教學目的 掌握瑞利法和 定理；熟悉流動相似原理；掌握相似理論及其應用 （相似準則、 模型實驗設計）教學重點與難點 量綱分析方法； Re模型和 Fr 模型的實驗設計教學時數(shù) 6 學時教學方法與手段 定性分析和定量計算推導相結合；

10、在多媒體教室采用電子課件進行課堂講授。教學內(nèi)容 6.1 量綱分析量綱和單位；量綱和諧原理； 瑞利法； 定理6.2 流動相似原理幾何相似；運動相似；動力條件相似；初始條件與邊界條件相似6.3 相似準則重力相似準則； 粘滯力相似準則； 壓力相似準則；表面張力相似準則6.5 模型實驗Re模型； Fr 模型7 流動阻力和能量損失教學目的 了解雷諾實驗過程及層流、紊流的流態(tài)特點，熟練掌握流態(tài)判別標準； 掌握圓管層流基本規(guī)律，了解紊流的機理和脈動、 時均化以及混合長度理論；了解尼古拉茲實驗和莫迪圖的使用，掌握阻力系數(shù)的確定方法； 理解流動阻力的兩種形式，掌握管路沿程損失和局部損失的計算。教學重點與難點 雷

11、諾數(shù)及流態(tài)判別， 圓管層流運動規(guī)律， 沿程阻力系數(shù)的確定，沿程損失和局部損失計算，紊流流速分布和紊流阻力分析。教學時數(shù) 9 學時教學方法與手段 主要采用理論講解和例題分析的方法。用對比的方法講清什么是均勻流動， 什么是不均勻流動。講清什么是沿程損失、什么是局部損失，以及絕對粗糙度、 相對粗糙度等概念， 進而通過實驗法講清楚上下臨界速度、 流動狀態(tài)與雷諾數(shù)之間的關系、流速與沿程損失的關系， 講清楚在什么樣的前提條件下得出什么樣的結論， 進而解決什么樣的問題。在多媒體教室采用電子課件進行課堂講授。教學內(nèi)容 7.1 流體的兩種流動形態(tài)雷諾實驗；層流和湍流；雷諾數(shù)7.2 恒定均勻流基本方程均勻流基本方

12、程；沿程損失的普遍表達式7.3 層流沿程損失的分析與計算哈根 -泊肅葉公式；圓管層流的沿程阻力系數(shù)7.4 湍流理論基礎湍流的脈動和時均法； 半經(jīng)驗理論； 粘性底層，光滑壁面，粗糙壁面7.5 湍流沿程損失的分析與計算尼古拉茲實驗；湍流不同區(qū)域沿程阻力系數(shù)的確定；實用管道沿程阻力系數(shù)的確定； 非圓形管道沿程損失的計算； 計算沿程損失的經(jīng)驗公式7.6 局部損失的分析與計算局部損失的分析；局部損失的計算（下冊）9 有壓管流和孔口、管嘴出流教學目的 理解孔口自由、 淹沒出流的概念； 掌握恒定流孔口出流的計算方法； 了解管嘴出流； 熟練掌握短管水力計算；熟練掌握長管水力計算。教學重點和難點 綜合運用連續(xù)性

13、方程、 能量方程、沿程水頭損失、局部水頭損失等知識點進行恒定流孔口出流、管嘴出流，短管、長管水力計算。教學時數(shù) 6 學時。教學方法和手段 從孔口、管嘴、有壓管道的概念著手，進行恒定流孔口出流、管嘴出流，短管、長管水力計算，配合例題講授。在多媒體教室采用電子課件進行課堂講授。教學內(nèi)容 9.1 簡單短管中的恒定有壓流自由出流；淹沒出流；簡單短管中有壓流計算的基本問題和方法9.2 簡單長管中的恒定有壓流舍維列夫公式；曼寧公式；海澄威廉公式9.3 復雜長管中的恒定有壓流串聯(lián)管道；并聯(lián)管道；9.4 沿程均勻泄流管道中的恒定有壓流沿程連續(xù)均勻泄流9.7 恒定薄壁孔口出流孔口出流分類； 薄壁小孔口自由出流；

14、 薄壁大孔口自由出流；薄壁孔口淹沒出流9.8 管嘴出流的水力計算圓柱形外管嘴自由出流； 圓柱形外管嘴淹沒出流10 明渠流和閘孔出流及堰流教學目的 了解明渠的分類； 掌握明渠恒定均勻流特征及產(chǎn)生條件；掌握謝才公式、曼寧公式；掌握水力最優(yōu)斷面和允許流速； 熟練掌握渠道輸水能力水力計算，會確定渠道底坡和渠道斷面尺寸； 理解明渠恒定非均勻流特征及產(chǎn)生條件； 了解水躍和水跌；理解斷面單位能量、臨界水深，掌握急流、緩流、臨界流及其判別標準；掌握水面曲線定性分析。教學重點和難點 無壓恒定均勻流特征、 斷面單位能量、 臨界水深、急流、緩流、臨界流的概念及判別標準、明渠恒定非均勻漸變流的基本微分方程、 水面曲線

15、定性分析。教學時數(shù) 9 學時教學方法和手段 定性分析、定量計算相結合。 在多媒體教室采用電子課件進行課堂講授。教學內(nèi)容 10.1 恒定明渠均勻流明渠流的分類；明渠均勻流特性及其發(fā)生條件；謝才公式；明渠的水力最優(yōu)斷面和允許流速；明渠均勻流水力計算的基本問題和方法10.2 恒定明渠流的流動型態(tài)和若干基本概念緩流和急流； Fr 數(shù)；斷面單位能量、臨界水深、臨界底坡10.3 恒定明渠流流態(tài)轉換時的局部水力現(xiàn)象-水躍和跌水水躍；跌水10.4 恒定明渠非均勻流漸變流動的基本微分方程假設；公式10.5 棱柱體渠道中恒定明渠非均勻漸變流水面曲線形式的分析棱柱體渠道中恒定明渠非均勻漸變流動的微分方程； N-N

16、線；K-K 線；各種底坡渠道中水面曲線的分析；水面曲線的特點和分析方法10.8 閘孔出流無底坎閘孔出流流動現(xiàn)象的分析； 無底坎閘孔自由出流的基本公式； 無底坎閘孔淹沒出流的基本公式10.9 堰流堰流的分類；薄壁堰溢流；實用堰溢流；寬頂堰溢流11 滲流教學目的 了 解滲流運動特點； 理解滲流模型的概念和建立的條件； 掌握滲流達西公式 v=kJ 及適用范圍和 k 的確定方法。教學重點和難點 達西公式。教學時數(shù) 2 學時。教學方法和手段 在多媒體教室采用電子課件進行課堂講授。教學內(nèi)容 11.1 滲流模型11.2 滲流基本定律達西定律；達西定律的適用范圍； 滲透系數(shù)及其確定方法。五、課程學時分配表 1課程學時分配表教學內(nèi)容 ( 章)學習題、案例及時其它1.緒論322.流體靜力學103.流體運動學524.理想流體動力學和平3面勢流5.實際流體動力學基礎56.量綱分析和相似原理627.流動阻力和能量損失99. 有壓管流和孔口、管嘴 6出流10. 明渠流和閘孔出流及 9堰流11.