流體力學課程教學大綱

《流體力學》課程教學大綱課程名稱：流體力學FluidMechanics課程編號：020060150課程性質：R必修□選修課程類別：□通識課程R專業(yè)課程￡實踐教學適用專業(yè)：新能源科學與工程課程學時：總學時32，其中：理論28、實驗4課程學分：2應開課學期：第四學期先修課程：工程力學、工程熱力學任課學院、系部：能源科學與工程學院新能源科學與工程系一、課程簡介本課程為能源動力類相關專業(yè)的一門非常重要的專業(yè)基礎課，課程性質為必修。本課程主要講授流體平衡、運動與能量間內在聯系與相互轉換規(guī)律的一門學科，是一門以流體基礎理論為主，結合一般工程技術的課程，是能源動力類相關專業(yè)工程技術人員必須掌握的基礎技術知識。通過本課程的學習后，學生能夠獲得流體力學方面基本概念、基本理論和基本計算方法的系統知識，實驗技能和一定的分析問題、解決問題的能力。是后續(xù)專業(yè)課程學習的基礎。二、課程教學的目標及與畢業(yè)要求的關系（一）課程目標課程總目標：使學生掌握流體靜止及運動時的規(guī)律以及流體與固體間的相互作用，并掌握這些規(guī)律在工程實際中的應用。課程目標1：正確理解流體力學的基本概念，掌握連續(xù)性方程、能量方程和動量方程的應用，掌握流體運動的分析方法，掌握一定的流體力學實驗技能和方法。課程目標2：針對新能源科學與工程中的深部地熱能開發(fā)、風力發(fā)電等工程實際中的流體力學問題，具有發(fā)現問題、分析問題和解決問題的綜合能力。（二）課程目標與畢業(yè)要求的對應關系本課程目標支持的主要畢業(yè)要求如下表：課程目標畢業(yè)要求1．正確理解流體力學的基本概念，掌握連續(xù)性方程、能量方程和動量方程的應用，掌握流體運動的分析方法，掌握一定的流體力學實驗技能和方法。畢業(yè)要求1：能夠將數學、自然科學、工程基礎和專業(yè)知識用于解決新能源勘查、開發(fā)與綜合利用中的工程問題，具備工程科學思維和工程管理意識。畢業(yè)要求2：能夠應用新能源科學與工程理論與技術，并結合數學、自然科學等基本原理，通過理論分析和文獻研究，對新能源勘查、開發(fā)、利用過程中遇到的問題進行綜合分析。具備獨立思考、善于發(fā)現和提出問題并獨立分析工程問題的能力，掌握基本的分析問題和總結歸納的方法。2．針對新能源科學與工程中的深部地熱能開發(fā)、風力發(fā)電等工程實際中的流體力學問題，具有發(fā)現問題、分析問題和解決問題的綜合能力。畢業(yè)要求1：能夠將數學、自然科學、工程基礎和專業(yè)知識用于解決新能源勘查、開發(fā)與綜合利用中的工程問題，具備工程科學思維和工程管理意識。畢業(yè)要求2：能夠應用新能源科學與工程理論與技術，并結合數學、自然科學等基本原理，通過理論分析和文獻研究，對新能源勘查、開發(fā)、利用過程中遇到的問題進行綜合分析。具備獨立思考、善于發(fā)現和提出問題并獨立分析工程問題的能力，掌握基本的分析問題和總結歸納的方法。三、課程教學的基本內容及教學安排（一）課程教學的內容及學時安排知識單元知識點學時數課程目標線下授課線上授課實驗/實踐1.緒論知識點1.1：流動及流體力學；知識點1.2：作用在流體上的力；知識點1.3：流體的主要物理性質。2課程目標12.流體靜力學知識點2.1：靜止流體的應力特性；知識點2.2：流體平衡微分方程；知識點2.3：重力場中流體靜壓強分布規(guī)律；知識點2.4：液體作用在平面上的總壓力。6課程目標23.流體運動學知識點3.1：流體運動的描述；知識點3.2：歐拉法的基本概念；知識點3.3：連續(xù)性方程4課程目標24.流體動力學基礎知識點4.1：流體運動微分方程；知識點4.2：元流的伯努利方程；知識點4.3：恒定總流的伯努利方程；知識點4.4：無黏性流動的無旋流動。62課程目標15.流動阻力和水頭損失知識點5.1：黏性流體的兩種流態(tài)；知識點5.2：沿程水頭損失與剪應力的關系；知識點5.3：圓管中的層流運動；知識點5.4：紊流運動；知識點5.5：紊流的沿程水頭損失；知識點5.6：局部水頭損失；知識點5.7：邊界層概念與繞流阻力。102課程目標2合計284（二）課堂實驗/實踐教學內容及要求序號項目名稱內容、要求學時實驗/實踐類別實驗/實踐類型每組人數必做/選做課程目標1不可壓縮流體恒定流能量方程（伯努利方程）實驗理解實際流體恒定總流的伯努利方程與能量損失間的關系；掌握有壓管流中動水力學的能量轉換特性；掌握流速、流量、壓強等水力要素的實驗量測技能。2專業(yè)綜合型5必做課程目標22雷諾實驗掌握層流、紊流的流態(tài)及其轉換特征；掌握下臨界雷諾數的測定方法；掌握圓管流態(tài)的判別準則。2專業(yè)綜合型5必做課程目標2基本要求1．嚴格按輔導教師及實驗指導書上所講的操作步驟進行實驗；2．每次實驗前，學生應認真預習有關的實驗內容；3．學生完成實驗后須撰寫實驗報告。注：實驗/實踐類別：專業(yè)、上機等實驗/實踐類型：操作型、驗證型、演示型、綜合型等。四、本課程與其他課程的聯系本課程的預修課程為《高等數學》、《工程力學》和《工程熱力學》，這些課為本課程的學習提供了必須的數學和力學基礎知識。本課程是新能源科學與工程專業(yè)學生學習地熱能和非常規(guī)天然氣開發(fā)等相關專業(yè)課的基礎。五、教材與其他教學資源（含教學參考書或在線資源）（一）建議教材（建議選用新出版的國家級規(guī)劃教材）[1]劉鶴年.流體力學[M].中國建筑工業(yè)出版社,2016.[2]聞建龍.工程流體力學[M].機械工業(yè)出版社,2018.（二）其他教學資源[1]李玉柱,賀五洲.工程流體力學（上冊）[M].清華大學出版社,2006.[2]禹華謙,莫乃榕.工程流體力學[M].高等教育出版社,2017.[3]中國大學MOOC:流體力學/course/sjtu-1206313839?tid=1468708516[4]中國大學MOOC:流體力學/spoc/course/WHU-1464597185?tid=1468741454六、教學方法與學習建議授課方式：教學過程中采用多媒體課件、自學與討論等相結合的啟發(fā)式、互動式、討論式和研究式相結合的教學方式，可以充分發(fā)揮學生在學習中的主體作用，充分調動學生的主動性、積極性，讓學生能在課堂中主動參與，使課堂成為積極互動的、高質高效的課堂，使學生和教師一道成為課堂的主人。多媒體課件主要用于課程要點、難點的講解，圖形圖像資料和模擬演示等。自學與討論通過網絡課堂、資料閱讀、習題練習、課堂討論等形式來完成非重點難點和描述性內容的學習；鼓勵學生通過閱讀參考文獻、撰寫課程論文、開展課堂討論來調動主動學習的積極性。課程教學中強調基本理論、基本方法的教授與實踐能力培養(yǎng)并舉，且注重素質教育，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。重點：巖石和巖體的區(qū)別和聯系、巖石的物理性質、巖石的強度、巖石的變形、巖石動力學、巖體結構面分析、巖體結構面的變形特性、巖體結構面的剪切強度特性、初始應力及其分布規(guī)律、初始應力測試方法、高地應力地區(qū)主要巖石力學問題。流體的黏性、牛頓內摩擦定律、連續(xù)介質假設、壓強的特征及分布規(guī)律、流體靜壓微分方程、壓強的測量、流體作用在平面和曲面上的力、拉格朗日法和歐拉法、連續(xù)性方程、伯努利方程、動量方程、層流和紊流、雷諾試驗和雷諾數、沿程阻力和局部阻力、圓管層流的運動規(guī)律、紊流的特性及時均化概念、邊界層的概念。難點：流體的黏性、物質導數、動量方程、紊流的特性及時均化概念、紊流時流場分布特征、邊界層后續(xù)自主學習建議：相似理論與量綱分析原理、量綱分析法在流體力學和傳熱學中的重要作用、平板邊界層的相關理論、工程湍流及其在傳熱學等其他學科中的應用七、課程考核及成績評定方式（一）課程考核本課程成績評定包括平時考核（課堂出勤率）、過程考核（隨堂問答、課堂測驗、課后作業(yè)和實驗報告）和終結性評價（期末考試）三部分，其中平時成績占課程總成績的10％，過程成績占課程總成績的30％，終結性評價成績占課程總成績的60％。具體要求及評分方法如下：平時成績：出勤成績采用扣分制，每缺勤一次扣平時成績1分，每遲到或早退一次扣平時成績0.5分，無故曠課4次以上者取消本次課程成績，占總成績的10%。過程成績：課堂測驗、課后作業(yè)要求學生必須獨立完成，未按時提交作業(yè)或作業(yè)有抄襲（雷同）現象的，該次作業(yè)成績按零分計，占總成績的10%。課程回答問題與課堂討論采用鼓勵方式進行，積極主動回答問題且回答正確的一次加4分、積極主動回答問題但回答錯誤的一次加2分、不積極主動回答問題的0分，占總成績的10%。未按時完成實驗并提交實驗報告或實驗報告有抄襲（雷同）現象的，該次實驗成績按零分計，占總成績的10%。終結性評價：形式為閉卷考試，其成績占總成績的60%。（二）課程目標與考核內容的關系課程具體目標與知識單元和考試內容的關系如下：課程目標知識單元考試內容1．正確理解流體力學的基本概念，掌握連續(xù)性方程、能量方程和動量方程的應用，掌握流體運動的分析方法，掌握一定的流體力學實驗技能和方法。1.流動及流體力學2.作用在流體上的力；3.流體的主要物理性質考核知識點：流體流動的概念、流體力學、黏度、牛頓內摩擦定律、連續(xù)介質假設、流體的壓縮性?？己艘螅赫莆樟黧w流動的概念、黏性及牛頓內摩擦定律；掌握連續(xù)介質假設的基本內容和流體壓縮性的基本概念。2．針對新能源科學與工程中的深部地熱能開發(fā)、風力發(fā)電等工程實際中的流體力學問題，具有發(fā)現問題、分析問題和解決問題的綜合能力。1.流體靜力學2.流體運動學3.流體動力學基礎4.流動阻力和水頭損失考核知識點：流體靜壓強的特征及分布規(guī)律、流體靜壓平衡微分方程、壓強的測量、流體作用在平面和曲面上的力、拉格朗日法和歐拉法、連續(xù)性方程、伯努利方程、動量方程、層流和紊流、雷諾試驗和雷諾數、沿程阻力和