《流體力學(xué)2》課程教學(xué)大綱

流體力學(xué)2編碼：ME04022Code:ME04022課程名稱：流體力學(xué)CourseTitle:FluidMechanics課程類別：學(xué)類核心 Coursecategory:CoreCoursesinGeneralCategory學(xué)分：2 Credit（s）:2開(kāi)課單位：機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院OfferingCollege/School:CollegeofMechanical&VehicleEngineering課程描述：本課程是為機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生開(kāi)設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。本課程的任務(wù)是系統(tǒng)介紹流體的力學(xué)性質(zhì)、流體力學(xué)的基本概念、基本理論、基本定律和常用分析方法，以及流體力學(xué)的工程應(yīng)用等，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決簡(jiǎn)單流體力學(xué)工程問(wèn)題的能力，掌握一定的流體實(shí)驗(yàn)技能，為學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)后續(xù)專業(yè)課程和從事相關(guān)的工程技術(shù)和科研工作奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；其主要內(nèi)容為流體的定義與性質(zhì)，流體靜力學(xué)，流體運(yùn)動(dòng)學(xué)，流體動(dòng)力學(xué)，相似原理與量綱分析，理想流體運(yùn)動(dòng)分析，不可壓縮粘性流體的內(nèi)部流動(dòng)及管道流動(dòng)分析與計(jì)算，不可壓縮粘性流體的外部流動(dòng)，可壓縮流體的流動(dòng)等。本課程的先修課程：高等數(shù)學(xué)，理論力學(xué)，材料力學(xué)。Coursedescription:Thisisafundamentalcourseformajorsofmechanicalengineering,vehicleengineering.Thedutiesofthiscoursearetosystematicintroducethemechanicalcharacteristicsoffluid,basicconceptsandtheories,commonanalysismethodandengineeringapplicationoffluid.Thestudyofthiscoursedevelopsthestudents’abilitytoanalyzeandsolvepracticalfluidproblems,tograspnecessaryexperimentskills,andtoapplythebasicfluidknowledgeinengineeringpracticeandscientificresearch,thuslayingasolidfoundationfortheirstudyoffollow-upcoursesandresearchwork.Themaincontentsofthiscoursearethedefinitionandcharacteristicsoffluid,fluidstatics,fluidkinematics,fluiddynamics,similaritytheoryanddimensionalanalysis,idealfluidanalysis,internalflowofuncompressibleviscousflow,hydraulicpipeanalysisetc.Prerequisites:AdvancedMathematics；TheoreticalMechanics；MechanicsofMaterials課程內(nèi)容（一）課程教學(xué)目標(biāo)通過(guò)本課程的教學(xué)，使學(xué)生具備以下能力：1.具有分析和解決復(fù)雜機(jī)械工程問(wèn)題所需的流體力學(xué)知識(shí)及其工程應(yīng)用的能力（畢業(yè)要求（1）（2））。能夠?qū)⒘黧w力學(xué)的基本理論和基本原理應(yīng)用復(fù)雜機(jī)械工程問(wèn)題的識(shí)別、表達(dá)與分析（畢業(yè)要求（2）（3））。（二）基本教學(xué)內(nèi)容緒論&第一章流體及其物理性質(zhì)教學(xué)目的：緒論主要介紹流體力學(xué)的研究對(duì)象、研究方法，流體力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史以及在現(xiàn)代科學(xué)中的應(yīng)用。第一章主要涉及到流體的力學(xué)定義和特征、流體的基本物理性質(zhì)和液體的表面性質(zhì)；要求學(xué)生了解流體力學(xué)在工程技術(shù)中的地位和作用，培養(yǎng)同學(xué)們對(duì)流體力學(xué)的興趣與愛(ài)好，掌握流體與固體的典型區(qū)別，深刻理解連續(xù)介質(zhì)模型，了解流體的主要物理性質(zhì)，掌握不可壓縮流體和可壓縮流體、流體粘性的概念，理想流體與粘性流體的區(qū)別，能夠正確應(yīng)用牛頓內(nèi)摩擦定律分析解決流固液膜條件下流體的運(yùn)動(dòng)與固體間的相互作用問(wèn)題。相應(yīng)畢業(yè)要求：（1）教學(xué)重點(diǎn)：流體的三大特征；流體的連續(xù)介質(zhì)假設(shè)；液體的特性及主要物理參數(shù)；粘性和牛頓內(nèi)摩擦定律的有關(guān)概念。教學(xué)難點(diǎn)：連續(xù)介質(zhì)的模型；流體的粘性的定義、原因及影響因素；牛頓內(nèi)摩擦定律；表面張力。教學(xué)內(nèi)容：流體的定義和特征；流體的連續(xù)介質(zhì)模型；流體的密度、重度、比體積與相對(duì)密度；流體的熱膨脹性和可壓縮性；流體的粘性。學(xué)時(shí)分配：2學(xué)時(shí)。第二章、流體靜力學(xué)教學(xué)目的：了解液柱測(cè)壓計(jì)的工作原理，掌握作用在平面和曲面上的流體總壓力的特性和計(jì)算。

準(zhǔn)確分析作用在流體上的力，掌握流體靜壓強(qiáng)及其特性，流體靜壓強(qiáng)的分布規(guī)律，壓強(qiáng)的計(jì)量基準(zhǔn)和計(jì)量單位；利用流體平衡微分方程、靜力學(xué)基本方程，求解重力作用下任意點(diǎn)的流體靜壓強(qiáng)；了解等壓面、水頭與單位勢(shì)能等基本概念、壓強(qiáng)測(cè)量的計(jì)式及測(cè)量方法；掌握流體在非慣性坐標(biāo)系統(tǒng)中液面等壓面的形狀和內(nèi)部的壓強(qiáng)分布的規(guī)律；能利用基本公式求解作用于平面上和曲面上的靜水總壓力的大小，方向及其作用點(diǎn)。相應(yīng)畢業(yè)要求：（2）（3）教學(xué)重點(diǎn)：流體處于平衡狀態(tài)的條件和流體靜壓強(qiáng)及其特性、流體平衡微分方程式、流體靜力學(xué)基本方程及其應(yīng)用、液體在非慣性坐標(biāo)系中的相對(duì)平衡、靜止液體作用在平面和曲面上的總壓力。教學(xué)難點(diǎn)：靜止流體平衡微分方程的建立、靜力學(xué)基本方程的推導(dǎo)和應(yīng)用、流體的相對(duì)平衡、平面和曲面上的流體總壓力計(jì)算。教學(xué)內(nèi)容：作用在流體上的力和流體靜壓強(qiáng)及其特性；流體平衡微分方程式；流體靜力學(xué)基本方程式；液柱式測(cè)壓計(jì)；流體在非慣性坐標(biāo)系中的相對(duì)平衡；靜止流體對(duì)壁面的壓力。學(xué)時(shí)分配：4學(xué)時(shí)。第三章、流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)目的：理解流體的流動(dòng)特性，掌握描述流體運(yùn)動(dòng)的方法與相應(yīng)的描述參數(shù)以及粘性流體的流動(dòng)形態(tài)分類和流體流動(dòng)的分類等基本概念，了解流場(chǎng)的概念及其描述方法、流體運(yùn)動(dòng)的基本概念及其區(qū)別；能夠根據(jù)雷諾數(shù)來(lái)對(duì)流體流動(dòng)形態(tài)進(jìn)行判定；掌握流體的定常、非定常和不同維度的流動(dòng)狀態(tài)的劃分。相應(yīng)畢業(yè)要求：（2）（3）教學(xué)重點(diǎn)：流動(dòng)速度流場(chǎng)及其描述、歐拉描述方法與拉格朗日描述方法、流線和跡線的概念；恒定流與非恒定流、均勻流與非均勻流、漸變流與急變流的定義及其區(qū)別、根據(jù)雷諾數(shù)來(lái)對(duì)粘性流體流態(tài)的判別。教學(xué)難點(diǎn)：運(yùn)用歐拉法、拉格朗日法對(duì)流體流動(dòng)速度場(chǎng)進(jìn)行描述；流線、跡線的定義、兩者的聯(lián)系與區(qū)別。教學(xué)內(nèi)容：流場(chǎng)及其描述方法；流體流動(dòng)的基本參數(shù)；粘性流體的流動(dòng)形態(tài)；流體的流動(dòng)狀態(tài)。學(xué)時(shí)分配：4學(xué)時(shí)。第四章、流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)目的：掌握三大守恒定律在流體力學(xué)上的應(yīng)用。要求能夠理解系統(tǒng)與控制體的區(qū)別，掌握雷諾輸運(yùn)定理；掌握連續(xù)性方程、理想流體運(yùn)動(dòng)微分方程式及其積分（歐拉運(yùn)動(dòng)方程式）的推導(dǎo)及物理意義；牢固掌握流體運(yùn)動(dòng)的總流分析法，能夠熟練靈活地綜合運(yùn)用連續(xù)方程式，能量方程式（伯努利方程式）和動(dòng)量方程式進(jìn)行計(jì)算總流問(wèn)題。相應(yīng)畢業(yè)要求：（2）（3）教學(xué)重點(diǎn)：系統(tǒng)與控制體的概念，雷諾輸運(yùn)定理的推導(dǎo)；流體力學(xué)中三大守恒方程式的微觀、積分表達(dá)式、物理意義及應(yīng)用，伯努利方程的推導(dǎo)、成立條件、各項(xiàng)的流體力學(xué)意義及其工程應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)：雷諾輸運(yùn)定理；準(zhǔn)確理解連續(xù)方程、動(dòng)量方程與動(dòng)量矩方程、能量方程的推導(dǎo)過(guò)程；熟練掌握伯努利方程及其應(yīng)用。教學(xué)內(nèi)容：系統(tǒng)與控制體；輸運(yùn)公式；流體流動(dòng)的連續(xù)性方程；理想流體的運(yùn)動(dòng)微分方程；理想流體微元流束的努伯利方程；努伯利方程的應(yīng)用；動(dòng)量方程；動(dòng)量矩方程；實(shí)際流體的運(yùn)動(dòng)微分方程。學(xué)時(shí)分配：6學(xué)時(shí)。第五章、量綱分析與相似原理教學(xué)目的：量綱分析與相似原理是指道實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重要方法，通過(guò)量綱分析和相似原理可以合理正確地組織實(shí)驗(yàn)，簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)以及整理實(shí)驗(yàn)成果。理解基本量綱、導(dǎo)出量綱、無(wú)量綱量、量綱的和諧原理及其分析方法；掌握π定理；掌握流動(dòng)相似的基本概念；動(dòng)力相似準(zhǔn)則及理解模型設(shè)計(jì)的基本方法；能應(yīng)用量綱和諧原理進(jìn)行量綱分析；理解幾何、運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力、初始與邊界條件相似的基本概念；重點(diǎn)掌握重力相似準(zhǔn)則、粘性力相似準(zhǔn)則；能靈活應(yīng)用相似原理進(jìn)行模型設(shè)計(jì)。相應(yīng)畢業(yè)要求：（2）（3）教學(xué)重點(diǎn)：量綱的概念，基本量綱及導(dǎo)出量綱；量綱分析法及π定理；流體流動(dòng)的幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似及動(dòng)力相似準(zhǔn)則；流動(dòng)相似原理；基本相似準(zhǔn)則數(shù)。模化實(shí)驗(yàn)教學(xué)難點(diǎn)：流動(dòng)的相似概念、相似準(zhǔn)則數(shù)、量綱分析及定理的應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容：量綱分析；相似的概念；相似原理及相似準(zhǔn)則數(shù)；近似?；瘜?shí)驗(yàn)。學(xué)時(shí)分配：4學(xué)時(shí)第六章、不可壓縮粘性流體的內(nèi)部流動(dòng)教學(xué)目的：掌握粘性流體的能量方程；正確理解沿程阻力和局部阻力的物理概念；掌握?qǐng)A管層流運(yùn)動(dòng)規(guī)律，熟悉其流速、切應(yīng)力分布、流量計(jì)算以及沿程損失系數(shù)的計(jì)算；掌握?qǐng)A管湍流沿程阻力系數(shù)、速度分布與沿程損失計(jì)算；了解普朗特混合長(zhǎng)度理論；熟悉尼古拉茲實(shí)驗(yàn)及莫迪圖；理解局部阻力的理論推導(dǎo)及計(jì)算；掌握總能量損失與伯努利方程的聯(lián)合求解。教學(xué)重點(diǎn)：圓管層流，平板層流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，圓管湍流，普朗特混合長(zhǎng)度理論，莫迪圖，沿程損失、局部損失，管流中能量損失規(guī)律。相應(yīng)畢業(yè)要求：（2）（3）教學(xué)難點(diǎn)：圓管層流、圓管湍流的特點(diǎn)、計(jì)算；沿程損失、局部損失的理論推導(dǎo)計(jì)算及與守恒方程的聯(lián)合求解。教學(xué)內(nèi)容：管內(nèi)流動(dòng)的能量損失；流動(dòng)阻力；圓管內(nèi)流層；平板間的層流；管內(nèi)湍流；沿程阻力系數(shù)和局部阻力系數(shù)。學(xué)時(shí)分配：6學(xué)時(shí)?？己朔绞奖菊n程考核采用閉卷考試的形式期評(píng)成績(jī)占比：1.平時(shí)成績(jī)一（考勤、課堂討論）占20%2.平時(shí)成績(jī)二（作業(yè)、實(shí)驗(yàn)）占30%3.期末考試成績(jī)（閉卷）占50%實(shí)驗(yàn)成績(jī)由實(shí)驗(yàn)老師評(píng)定給分。持續(xù)改進(jìn)方法1、采用先進(jìn)的教學(xué)手段、方法和教學(xué)理念。2、各章節(jié)布置一定量的習(xí)題。3、學(xué)生自學(xué)較容易理解的章節(jié)，分組準(zhǔn)備材料并小組課堂派人主講，討論，章節(jié)自我總結(jié)。4、對(duì)重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容安排小班討論課。5、課后對(duì)疑難問(wèn)題安排答疑。6、教學(xué)環(huán)節(jié)中結(jié)合工程應(yīng)用實(shí)例講授。教材及參考書(shū)教材：工程流體力學(xué)（楊小龍），中國(guó)水利水電出版社工程流體力學(xué)（歸柯庭），科學(xué)出版社參考書(shū)：工程流體力學(xué)（侯國(guó)祥、孫江龍等），機(jī)械工業(yè)出版社流體力學(xué)（周光坰），高等教育出版社水力學(xué)（清華大學(xué)水力學(xué)教研組編），高等教育出版社授課手段（教學(xué)方法）本課程的課堂教學(xué)以課堂多媒體演示和板書(shū)結(jié)合的方式進(jìn)行講授。以課堂教學(xué)（含小班討論）為主，結(jié)合學(xué)生自學(xué)、章節(jié)自我總結(jié)、主題發(fā)言與討論、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等開(kāi)展多種方式教學(xué)。課堂教學(xué)主要講解流體力學(xué)的基本概念、基本理論以及基本分析方法，并將自然現(xiàn)象、日常生活中遇到的流體力學(xué)問(wèn)題以及工程中的流體力學(xué)問(wèn)題等融入基本理論的教學(xué)，使學(xué)生更好地熟悉或掌握流體力學(xué)的基本理論，提高學(xué)生對(duì)流體力學(xué)的學(xué)習(xí)興趣、熟悉流體力學(xué)的理論體系、思維方式和研究方法。課堂教學(xué)盡量引入互動(dòng)環(huán)節(jié)，使學(xué)生能更好地融入課堂教學(xué)，提高教學(xué)效果。小班討論主要是以與課堂教學(xué)重要內(nèi)容相關(guān)的工程問(wèn)題為基礎(chǔ)