《流體力學(xué)》課程教學(xué)大綱

1、流體力學(xué)教學(xué)大綱一、課程基本情況英文名稱：Fluid Mechanics課程編號(hào)：F161730003032總 學(xué) 時(shí)：32 講課學(xué)時(shí)：28 實(shí)踐學(xué)時(shí)：4總 學(xué) 分：2課程性質(zhì)：必修考核方式：考試適用對(duì)象：土木工程專業(yè)先修課程：高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、理論力學(xué)參考文獻(xiàn)：流體力學(xué)(第三版)，劉鶴年、劉京，中國建筑工業(yè)出版社，2013流體力學(xué)，何川，機(jī)械工業(yè)出版社，2010流體力學(xué)(第2版)，李玉柱、苑明順，高等教育版社，2008二、課程目標(biāo)本課程是土木工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，涉及流體靜力學(xué)、流體運(yùn)動(dòng)學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)、管流等相關(guān)知識(shí)，是后續(xù)工程地質(zhì)、土力學(xué)與地基基礎(chǔ)、土木工程施工技術(shù)等專業(yè)課程的知識(shí)

2、基礎(chǔ)。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下課程目標(biāo)：1能應(yīng)用重力場(chǎng)中流體靜壓強(qiáng)基本方程計(jì)算靜壓分布，能應(yīng)用測(cè)壓計(jì)測(cè)量并進(jìn)行相應(yīng)換算；能通過實(shí)驗(yàn)解決靜止流體作用于平面壁和曲面壁上的總壓力。 支撐畢業(yè)要求1-2、4-12能應(yīng)用連續(xù)性方程、伯努利方程、動(dòng)量方程及不可壓縮黏性及理想流體運(yùn)動(dòng)微分方程解決工程流動(dòng)問題；能闡明各水頭線繪制方法。 支撐畢業(yè)要求1-2、2-2、10-13能解決孔口、管嘴、工業(yè)管路流動(dòng)中能量、速度、壓強(qiáng)的計(jì)算。 支撐畢業(yè)要求2-2表1 本課程對(duì)畢業(yè)要求及其指標(biāo)點(diǎn)的支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)支撐的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)支撐強(qiáng)度課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)的知識(shí)單元課程目標(biāo)11-2：掌握土木工程專業(yè)所需要的力學(xué)基礎(chǔ)知

3、識(shí)，能夠建立復(fù)雜土木工程問題的力學(xué)計(jì)算模型，包括荷載和邊界條件。強(qiáng)支撐知識(shí)單元一、二4-1：掌握土木工程專業(yè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)的基本原理與方法，能夠調(diào)試操作實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)備，選擇安全科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法。強(qiáng)支撐課程目標(biāo)21-2：掌握土木工程專業(yè)所需要的力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，能夠建立復(fù)雜土木工程問題的力學(xué)計(jì)算模型，包括荷載和邊界條件。強(qiáng)支撐知識(shí)單元三、四、五實(shí)踐教學(xué)2-2：能夠應(yīng)用力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)準(zhǔn)確識(shí)別復(fù)雜土木工程問題，并能選擇合適的方法進(jìn)行分析和求解。強(qiáng)支撐10-1：能夠就土木工程專業(yè)的復(fù)雜工程問題與業(yè)界同行及社會(huì)公眾進(jìn)行有效溝通和交流，包括撰寫報(bào)告和設(shè)計(jì)文稿、陳述發(fā)言、表達(dá)或回應(yīng)指令。強(qiáng)支撐課程目標(biāo)32-2：能夠應(yīng)用力學(xué)

4、基礎(chǔ)知識(shí)準(zhǔn)確識(shí)別復(fù)雜土木工程問題，并能選擇合適的方法進(jìn)行分析和求解。強(qiáng)支撐知識(shí)單元六4-4：能夠?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行科學(xué)合理的分析和解釋，通過信息的綜合分析獲得合理有效的結(jié)論。強(qiáng)支撐三、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段、學(xué)時(shí)分配知識(shí)單元一：流體力學(xué)的基本概念 支撐課程目標(biāo)1（建議4學(xué)時(shí)）教與學(xué)要求：本知識(shí)單元要求學(xué)生能描述流體力學(xué)在本學(xué)科及相關(guān)工程技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的地位和作用；能辨析流體與固體的典型區(qū)別，能解釋連續(xù)介質(zhì)模型、不可壓縮流體和理想流體的定義；能列舉流體的主要物理性質(zhì)，掌握流體的受力分析方法。教師通過多媒體展示流體力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史及在本學(xué)科及相關(guān)工程技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，用具體的案例講解流體的力學(xué)性質(zhì)、受力分析

5、方法及牛頓內(nèi)摩擦定律應(yīng)用。學(xué)生在課后通過查找資料辨析牛頓流體和非牛頓流體。教與學(xué)方法：講授知識(shí)點(diǎn)1：作用在流體上的力 主要內(nèi)容：作用在流體上的兩類外力質(zhì)量力、表面力的概念、內(nèi)涵。知識(shí)點(diǎn)2：流體的主要力學(xué)性質(zhì) 主要內(nèi)容：慣性、重力特性的定義；粘滯性定義及應(yīng)用牛頓內(nèi)摩擦定律；壓縮性和熱漲性、表面張力特性的定義。知識(shí)點(diǎn)3：流體的力學(xué)模型 主要內(nèi)容：連續(xù)介質(zhì)、不可壓縮流體、理想流體等模型的內(nèi)涵及應(yīng)用。知識(shí)單元二：流體靜力學(xué) 支撐課程目標(biāo)1（建議6學(xué)時(shí)）教與學(xué)要求：本知識(shí)單元要求學(xué)生能辨析流體的靜止?fàn)顟B(tài)，會(huì)進(jìn)行不同壓強(qiáng)基準(zhǔn)的換算，掌握流體測(cè)壓原理及液柱測(cè)壓計(jì)的應(yīng)用，能應(yīng)用基本方法分析流體靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的力平

6、衡關(guān)系、靜止流體中的壓力分布規(guī)律及計(jì)算流體與固體表面之間的相互作用力。教師通過多媒體展示液柱式測(cè)壓計(jì)部分，其余知識(shí)點(diǎn)使用板書結(jié)合圖形和具體工程實(shí)例講解。學(xué)生在課后通過作業(yè)鞏固所學(xué)知識(shí)。教與學(xué)方法：講授、討論、課題研究知識(shí)點(diǎn)1：流體靜壓強(qiáng)特性及分布規(guī)律 主要內(nèi)容：流體靜壓強(qiáng)的定義、特性，液體靜壓強(qiáng)基本方程式的兩種形式及應(yīng)用、等壓面和水平面的概念和應(yīng)用。知識(shí)點(diǎn)2：壓強(qiáng)的計(jì)算基準(zhǔn)與單位 主要內(nèi)容：絕對(duì)壓強(qiáng)和相對(duì)壓強(qiáng)的概念、換算及應(yīng)用、壓強(qiáng)的國際單位、大氣壓倍數(shù)表示的壓強(qiáng)、液柱高度表示的壓強(qiáng)。知識(shí)點(diǎn)3：液柱測(cè)壓計(jì) 主要內(nèi)容：測(cè)壓管、壓差計(jì)、微壓計(jì)的原理。 知識(shí)點(diǎn)4：作用于平面上的液體壓力 主要內(nèi)容：解

7、析法和圖解法的原理及應(yīng)用其求解平面上液體壓力大小及壓力中心（重點(diǎn)）。知識(shí)點(diǎn)5：作用于曲面的液體壓力 主要內(nèi)容：水平方向壓力大小的計(jì)算及壓力中心確定、鉛直方向壓力大小的計(jì)算及方向的求解、壓力體判定準(zhǔn)則。知識(shí)單元三：流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ) 支撐課程目標(biāo)2（建議4學(xué)時(shí)）教與學(xué)要求：本知識(shí)單元要求學(xué)生能闡述描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法；能辨析恒定流動(dòng)和非恒定流動(dòng)，流線和跡線；教師通過板書并結(jié)合多媒體講解。學(xué)生在課后通過作業(yè)鞏固所學(xué)知識(shí)。教與學(xué)方法：講授、討論、課題研究知識(shí)點(diǎn)1：描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法 主要內(nèi)容：拉格朗日法、歐拉法的定義、內(nèi)涵及數(shù)學(xué)表現(xiàn)形式。知識(shí)點(diǎn)2：恒定流動(dòng)和非恒定流動(dòng) 主要內(nèi)容：恒定流動(dòng)和非恒定流

8、動(dòng)概念、應(yīng)用（重點(diǎn)）。知識(shí)點(diǎn)3：流線和跡線 主要內(nèi)容：流線、跡線、流速場(chǎng)的定義和內(nèi)涵,流線的特征。 知識(shí)點(diǎn)4：一元流動(dòng)模型 主要內(nèi)容：一元流模型、流束、元流、總流、斷面流量、斷面平均流速的定義及內(nèi)涵。知識(shí)點(diǎn)5：連續(xù)性方程 主要內(nèi)容：連續(xù)性方程的推導(dǎo)及應(yīng)用（重點(diǎn)）。知識(shí)單元四：流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 支撐課程目標(biāo)2（建議4學(xué)時(shí)）教與學(xué)要求：本知識(shí)單元要求學(xué)生能夠熟練應(yīng)用總流連續(xù)性方程、伯努利方程、動(dòng)量方程分析解決一元流體動(dòng)力學(xué)問題；教師通過板書并結(jié)合多媒體講解。學(xué)生在課后通過作業(yè)鞏固所學(xué)知識(shí)。教與學(xué)方法：講授、討論知識(shí)點(diǎn)1：恒定元流能量方程 主要內(nèi)容：理想不可壓縮流體恒定元流能量方程的推導(dǎo)、各項(xiàng)意義及工

9、程應(yīng)用。知識(shí)點(diǎn)2：過流斷面的壓強(qiáng)分布 主要內(nèi)容：均勻流、不均勻流、急變流、漸變流的概念；均勻流過流斷面壓強(qiáng)分布規(guī)律。知識(shí)點(diǎn)3：恒定總流能量方程式 主要內(nèi)容：恒定總流能量方程式的推導(dǎo)、方程中各項(xiàng)意義及方程應(yīng)用（重點(diǎn)）。知識(shí)點(diǎn)4：總水頭線和測(cè)壓管水頭線 主要內(nèi)容：總水頭線和測(cè)壓管水頭線的繪制原理、方法及能量意義。知識(shí)點(diǎn)5：恒定流動(dòng)量方程 主要內(nèi)容：恒定流動(dòng)量方程推導(dǎo)及控制體概念。知識(shí)單元五：流動(dòng)阻力和能量損失 支撐課程目標(biāo)2（建議6學(xué)時(shí)）教與學(xué)要求：本知識(shí)單元主要是討論不可壓縮粘性流體在管道中的流動(dòng)規(guī)律，即流動(dòng)狀態(tài)、速度分布、流量及壓差的計(jì)算、能量損失的規(guī)律及計(jì)算等。要求學(xué)生能夠熟練應(yīng)用能量損失計(jì)

10、算式，來分析解決管內(nèi)流體的運(yùn)動(dòng)及水力計(jì)算問題。教師通過板書并結(jié)合多媒體講解。學(xué)生在課后通過作業(yè)鞏固所學(xué)知識(shí)。教與學(xué)方法：講授、課題研究知識(shí)點(diǎn)1：沿程損失和局部損失 主要內(nèi)容：兩類流動(dòng)阻力和能量損失的概念及計(jì)算公式。知識(shí)點(diǎn)2：層流與紊流、雷諾數(shù) 主要內(nèi)容：層流、紊流兩種流態(tài)的概念、判別及流態(tài)分析，雷諾數(shù)的計(jì)算。知識(shí)點(diǎn)3：圓管中的層流運(yùn)動(dòng) 主要內(nèi)容：均勻流動(dòng)方程式的推導(dǎo)、圓管中的層流運(yùn)動(dòng)規(guī)律及沿程阻力系數(shù)的計(jì)算（重點(diǎn)）。知識(shí)點(diǎn)4：紊流運(yùn)動(dòng)的特征和紊流阻力 主要內(nèi)容：紊流運(yùn)動(dòng)要素脈動(dòng)，瞬時(shí)值、時(shí)均值、脈動(dòng)值和雷諾應(yīng)力的意義；紊流阻力的簡(jiǎn)化計(jì)算。知識(shí)點(diǎn)5：管道流動(dòng)的局部損失 主要內(nèi)容：局部損失的一般分

11、析，變徑管、三通的局部損失計(jì)算。知識(shí)點(diǎn)6：減小阻力的措施 主要內(nèi)容：減小流體運(yùn)動(dòng)阻力的途徑、具體減阻措施。知識(shí)單元六：孔口管嘴管路流動(dòng) 支撐課程目標(biāo)3（建議4學(xué)時(shí)）教與學(xué)要求：本知識(shí)單元要求學(xué)生能辨析孔口自由出流、孔口淹沒出流、管嘴出流，并能應(yīng)用流量計(jì)算公式；能熟練進(jìn)行簡(jiǎn)單管路、串聯(lián)并聯(lián)管路的水力計(jì)算；教師應(yīng)通過舉例講解管道的綜合阻力系數(shù)計(jì)算，能量方程在短管中的應(yīng)用，沿程阻力系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式的選取與計(jì)算。教師通過板書并結(jié)合多媒體講解。學(xué)生在課后通過作業(yè)鞏固所學(xué)知識(shí)。教與學(xué)方法：講授、課題研究知識(shí)點(diǎn)1：孔口自由出流 主要內(nèi)容：薄壁小孔口自由出流概念、流量計(jì)算，速度系數(shù)，收縮系數(shù)和流量系數(shù)概念。知識(shí)點(diǎn)

12、2：孔口淹沒出流 主要內(nèi)容：淹沒出流概念，流量計(jì)算公式的使用；速度系數(shù)、流量系數(shù)概念；孔板流量計(jì)的原理及工程應(yīng)用（重點(diǎn)）。知識(shí)點(diǎn)3：管嘴出流 主要內(nèi)容：管嘴出流特點(diǎn)；外管嘴正常工作的條件；灌醉出流的速度計(jì)算、流量計(jì)算公式（重點(diǎn)）。知識(shí)點(diǎn)4：簡(jiǎn)單管路主要內(nèi)容：管路阻抗的概念、計(jì)算公式及物理意義；虹吸管工作原理及正常工作條件。知識(shí)點(diǎn)5：管路的串聯(lián)和并聯(lián)主要內(nèi)容：串聯(lián)和并聯(lián)管路的流動(dòng)規(guī)律、計(jì)算原則。四、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)序號(hào)實(shí)踐項(xiàng)目名稱實(shí)踐目的主要內(nèi)容支撐課程目標(biāo)實(shí)踐學(xué)時(shí)實(shí)踐類型開出要求1雷諾實(shí)驗(yàn)加深對(duì)層流和紊流的流動(dòng)特征的感性認(rèn)識(shí)；了解層流和紊流的判別標(biāo)準(zhǔn)。1.觀察層流、紊流的流態(tài)；2.測(cè)定臨界雷諾數(shù)；3.掌握?qǐng)A管流態(tài)的判斷標(biāo)準(zhǔn)；4. 測(cè)定流量。課程目標(biāo)22演示必做2有壓管內(nèi)沿程損失測(cè)定實(shí)驗(yàn)掌握流體流經(jīng)管道時(shí)沿程損失的測(cè)定方法，學(xué)會(huì)壓差計(jì)和流量計(jì)的使用，驗(yàn)證管流不同的沿程與斷面平均流速的關(guān)系、沿程水頭損失阻力系數(shù)隨雷諾數(shù)變化的規(guī)律。1.流量測(cè)定；2.測(cè)壓管與差壓計(jì)液面高度量測(cè)；3.水溫測(cè)定并計(jì)算雷諾數(shù)；4.沿程阻力與損失的測(cè)算。課程目標(biāo)22演示必做五、成績構(gòu)成和評(píng)價(jià)方法1.成績構(gòu)成總分100分，其中操行成績占20分、實(shí)驗(yàn)成績占10分、期末成績占70分，6