工程流體力學教案

/合肥學院流體力學教案授課時間班級授課順序第1次課課題緒論、流體的物理性質(zhì)目的要求了解流體力學工程及歷史背景；了解流體力學的研究方法；明確理解流體的概念及連續(xù)介質(zhì)假設、流體的主要物理參數(shù)；掌握牛頓內(nèi)摩擦定律。教學內(nèi)容要點工程流體力學的研究任務和研究方法流體的概念及連續(xù)介質(zhì)假設流體的主要物理參數(shù)流體的粘性重點難點重點：流體的概念及連續(xù)介質(zhì)假設、流體的粘性、牛頓內(nèi)摩擦定律。難點：連續(xù)介質(zhì)假設、牛頓內(nèi)摩擦定律。教學思路及教法設計通過經(jīng)典力學的知識引入本門課程，結(jié)合大量的實例講解流體力學的發(fā)展過程及其重要性，增加學生對本課程的學習積極性。本此課以講述為主，結(jié)合多媒體手段。1導論1.1工程流體力學的研究任務和研究方法講清工程流體力學的研究對象、研究內(nèi)容、發(fā)展歷程和研究方法，重點介紹流體力學的發(fā)展歷程和研究方法。說明工程流體力學在工程實踐中的具體應用范圍，有重點地介紹流體力學新的發(fā)展方向及在生產(chǎn)生活中的作用。（20分鐘）通過及固體力學的比較，引出流體力學各物理參數(shù)的概念，以及連續(xù)介質(zhì)假設和牛頓內(nèi)摩擦定律。把抽象的概念具體化。1.2流體的概念及連續(xù)介質(zhì)假設首先介紹流體的概念，并對物質(zhì)的基本屬性進行總結(jié)，突出介紹流體及固體之間的差別所在。（8分鐘）講清流體質(zhì)點概念、流體連續(xù)介質(zhì)模型的主要物理意義。（12分鐘）1.2流體的密度、重度、比體積及相對密度講清流體幾個基本物理量，使學生掌握流體的密度、重度、比體積及相對密度的基本定義和公式，并對常見的水和空氣的一些參數(shù)有所了解。（10分鐘）講解流體的熱膨脹性和可壓縮性定義及計算公式，使學生掌握體積膨脹系數(shù)、體積壓縮率和體積模量的概念和物理意義。（10分鐘）1.3流體的粘性本節(jié)為重點，詳細向?qū)W生介紹粘性的定義和牛頓內(nèi)摩擦定律以及粘性的表示方法和單位，應使學生掌握動力粘度、運動粘度和恩氏粘度三者之間的區(qū)別和變換關(guān)系。最后向?qū)W生介紹粘度的變化規(guī)律，理想流體和實際流體。（25分鐘）小結(jié)。布置作業(yè)：習題：1-9；1-10；（5分鐘）課后分析通過生活中有趣的流體現(xiàn)象分析，學生對課程產(chǎn)生了一定的興趣。合肥學院流體力學教案授課時間班級授課順序第2次課課題流體靜力學目的要求明確理解流體靜壓強及基本特性；掌握流體靜力學基本方程；掌握靜壓強的計算；掌握靜壓強的表示方法。教學內(nèi)容要點作用于靜止流體上的力流體靜壓強及其特性靜止流體的平衡微分方程重力作用下靜止流體中的壓強分布規(guī)律靜壓強的表示方法及其單位重點難點重點：靜止流體的平衡微分方程的建立及應用。難點：靜止流體的平衡微分方程的建立及應用。教學思路及教法設計2流體靜力學介紹流體靜力學定義以及流體靜止狀態(tài)的兩種形式：相對靜止和絕對靜止。（5分鐘）2.1作用于靜止流體上的力畫圖講解靜止流體所受作用力的種類以及質(zhì)量力和表面力的性質(zhì)。重點講清質(zhì)量力及慣性力之間的關(guān)系。（10分鐘）2.2流體靜壓強及其特性介紹壓強的概念，說明流體靜壓強的兩個重要特性。詳細推導特性二，并給出流體靜壓強全微分公式，說明流體靜壓強是標量的具體含義。（15分鐘）2.3靜止流體的平衡微分方程式畫圖推導靜止流體的平衡微分方程式，并說明其物理意義。（10分鐘）綜合平衡微分方程，得出壓強差公式。介紹力勢函數(shù)、有勢力的定義以及相應的物理意義。（10分鐘）給出等壓面定義，并由壓強差公式引出等壓面方程，介紹等壓面的三個性質(zhì)，由此說明判斷等壓面的原則和方法。（10分鐘）2.4重力作用下靜止流體中的壓強分布規(guī)律說明重力場中流體的基本特征，并推出流體靜力學基本方程，詳細分析流體靜力學基本方程的能量意義和幾何意義。集中介紹概念：位置水頭、壓強水頭、靜力水頭和淹深的概念。（15分鐘）2.5靜壓強的表示方法及其測量介紹概念大氣壓強、表壓強、絕對壓強和真空度，并對它們之間的關(guān)系畫圖詳細說明。（5分鐘）講解壓強測量的三種主要方式，并說明每一種的具體應用場合。詳細介紹測壓管、測壓計、差壓計和微壓計的主要原理和具體測量方法。（10分鐘）課后分析教學內(nèi)容安排恰當，課堂節(jié)奏緊湊，學生對本次課內(nèi)容理解較好。合肥學院流體力學教案授課時間班級授課順序第3次課課題流體靜力學目的要求掌握相對平衡的問題。教學內(nèi)容要點流體的相對靜止重點難點重點：流體的相對靜止。難點：流體的相對靜止。教學思路及教法設計2.7流體的相對靜止再次強調(diào)流體的相對靜止意義，簡單說明靜止流體在容器作等速直線運動時遵守流體靜力學基本規(guī)律。（10分鐘）分析靜止流體在容器作等加速直線運動時的平衡規(guī)律，重點說明對此類問題的具體分析方法：先寫出流體的單位質(zhì)量力，再列出等壓面方程，而后推導出流體靜壓強分布規(guī)律，得出最終的流體壓強分布公式。（25分鐘）由此再推導出三種特例情況下流體靜壓強分布規(guī)律。（20分鐘）分析靜止流體在容器作等角速度旋轉(zhuǎn)運動時的平衡規(guī)律，重點說明對此類問題的具體分析方法：先寫出流體的單位質(zhì)量力，再列出等壓面方程，而后推導出流體靜壓強分布規(guī)律，得出最終的流體壓強分布公式。（20分鐘）由此再推導出兩種特例情況下流體靜壓強分布規(guī)律。（10分鐘）小結(jié)。（5分鐘）課后分析應該多結(jié)合具體實例講解該部分內(nèi)容。合肥學院流體力學教案授課時間班級授課順序第4次課課題流體靜力學目的要求掌握靜止流體對平壁和曲壁合力的計算；教學內(nèi)容要點靜止流體對壁面作用力的計算重點難點重點：靜止流體對平壁和曲壁的合力計算。難點：靜止流體對平壁和曲壁的合理計算。教學思路及教法設計2.6靜止流體對壁面作用力的計算總壓力概念。介紹本節(jié)主要內(nèi)容。（10分鐘）講解靜止流體對平面壁總壓力的計算，之中介紹面積矩、慣性矩和壓力中心等概念。（20分鐘）講解靜止流體對曲面壁總壓力的計算，重點說明壓力體定義及其具體確定方法，并由此簡述阿基米德原理。（25分鐘）講解實例。（15分鐘）小結(jié)，布置本章習題：習題：2-4；2-10；2-13；2-15；2-18。（10分鐘）課后分析學生對壓力體的理解有一定難度。合肥學院流體力學教案授課時間班級授課順序第5次課課題流體運動學基礎(chǔ)目的要求理解描述流體運動的方法；理解流體運動中的基本概念；掌握連續(xù)性方程的意義和作用。教學內(nèi)容要點研究流體運動的兩種方法流體運動中的基本概念連續(xù)性方程重點難點重點：流線和跡線的求法、連續(xù)性方程的意義和作用。難點：流線和跡線的求法。教學思路及教法設計3流體運動學基本方程流體運動學定義，描述流體運動的幾個基本運動規(guī)律。（10分鐘）3.1研究流體運動的兩種方法流場的概念，介紹研究流體運動的兩種方法：拉格朗日法和歐拉法。主要說明兩種方法的異同點，重點介紹歐拉法。（15分鐘）3.2流體運動中的基本概念講解歐拉法分析流體運動時的幾個基本概念：定常流動、非定常流動、均勻流動、一維流動、跡線、流線（重點）、流管、流束、過流斷面、流量、平均速度。（35分鐘）3.3連續(xù)性方程式說明流體運動遵循的質(zhì)量守恒定律就是連續(xù)性方程。（25分鐘）小結(jié)，布置本章習題：3-1；3-5。（5分鐘）課后分析達到了預期的教學效果。合肥學院流體力學教案授課時間班級授課順序第6次課課題伯努利方程目的要求理解不可壓縮理想流體的運動方程掌握伯努利方程的意義及應用教學內(nèi)容要點理想流體的運動微分方程式理想流體的伯努利方程式實際流體總流的伯努利方程式伯努利方程的應用重點難點重點：伯努利方程的意義及應用。難點：伯努利方程的意義及應用。教學思路及教法設計3流體運動學基本方程流體動力學定義及研究內(nèi)容。（5分鐘）3.4理想流體的運動微分方程式畫圖推導理想流體的歐拉運動微分方程式，并說明各部分物理意義。（15分鐘）3.5理想流體的伯努利方程式利用外力做功的能量關(guān)系，推導理想流體沿流線的伯努利方程式。（10分鐘）引進幾個基本概念：動能修正系數(shù)、緩變流動、緩變過流斷面。（10分鐘）畫圖推導理想流體總流的伯努利方程式，并聯(lián)系流體靜力學基本方程說明各部分參量的能量意義和幾何意義。（10分鐘）3.7實際流體總流的伯努利方程式及其應用根據(jù)對理想流體總流的伯努利方程的修正得到實際流體總流的伯努利方程形式，并說明其應用條件。（15分鐘）介紹畢托管、文丘里流量計的分析過程。（25分鐘）課后分析通過數(shù)學函數(shù)的推導，學生能更好理解伯努利方程。合肥學院流體力學教案授課時間班級授課順序第7次課課題伯努利方程的應用目的要求掌握伯努利方程的意義及應用教學內(nèi)容要點伯努利方程的應用重點難點重點：伯努利方程的建立。難點：伯努利方程的建立。教學思路及教法設計3.8實際流體總流的伯努利方程式及其應用講解伯努利方程的物理意義，伯努利應用的條件，以及如何建立伯努利方程式。（15分鐘）介紹孔板流量計和射流泵原理及分析過程。（35分鐘）最后，結(jié)合幾道具體的例題講解，并做隨堂練習。（40分鐘）課后分析教學內(nèi)容和方法安排得當，學生對此部分內(nèi)容找我較好。合肥學院流體力學教案授課時間班級授課順序第8次課課題動量定理及其應用目的要求掌握動量方程及其應用；了解動量矩方程。教學內(nèi)容要點動量定理及其應用動量矩定理及其應用重點難點重點：動量定理及其應用。難點：教學思路及教法設計3.11動量定理及其應用詳細推導流體的動量守恒原理，并對動量定理的幾種不同形式進行分析，說明其各部分含義。利用動量方程對流體運動的幾種典型情況進行求解。（70分鐘）簡單介紹動量矩定理，以及它應用的方面。（10分鐘）小結(jié)，布置本章習題：3-11；3-14；3-22；3-27；3-36。（10分鐘）課后分析學生對流體的受力分析理解不是很透徹。合肥學院流體力學教案授課時間班級熱動普授課順序第9次課課題習題課目的要求對所學的知識進行總結(jié)教學內(nèi)容要點作業(yè)講評重點難點教學思路及教法設計課后分析把學生沒有掌握透徹的知識，通過實例講解進行分析，達到了預期的效果。合肥學院流體力學教案授課時間班級授課順序第10次課課題流體在管路中的流動目的要求掌握流體運動分兩種類型及判別方法；正確理解層流和紊流的特征；了解沿程能量損失和局部能量損失的原因；掌握沿程能量損失的計算。教學內(nèi)容要點管路中流體流動的兩種狀態(tài)能量損失的兩種形式圓管中的層流流動重點難點重點：恒定均勻流的沿程損失。難點：恒定均勻流的沿程損失。教學思路及教法設計4流體在管路中的流動介紹流體流動的主要方式。（10分鐘）4.1管路中流體流動的兩種狀態(tài)介紹雷諾實驗裝置及實驗過程，說明流動的三種不同狀態(tài)：層流、湍流和過渡狀態(tài)。并重點解釋雷諾數(shù)和上、下臨界流速等概念。（25分鐘）4.2能量損失的兩種形式利用公式說明流動阻力的兩種形式：沿程阻力和局部阻力。并利用伯努利方程向?qū)W生解釋清楚能量損失的具體物理含義。（25分鐘）4.3圓管中的層流流動利用牛頓內(nèi)摩擦定律推導出圓管中的層流流動微分方程，并以此分別導出速度分布公式、流量公式以及切應力分布公式。（30分鐘）課后分析通過多媒體動畫演示實際流動狀態(tài)，學生很容易理解。合肥學院流體力學教案授課時間班級授課順序第11次課課題流體在管路中的流動目的要求掌握圓管中的湍流流動；掌握沿程阻力系數(shù)和局部阻力系數(shù)的確定；了解管路計算原則和基本方法。教學內(nèi)容要點圓管中的湍流流動管中流動沿程阻力系數(shù)的確定局部阻力系數(shù)的確定管路計算重點難點重點：沿程阻力系數(shù)和局部阻力系數(shù)的確定。難點：沿程阻力系數(shù)和局部阻力系數(shù)的確定。教學思路及教法設計4.5圓管中的湍流流動首先說明湍流及層流的本質(zhì)區(qū)別，而后介紹研究湍流的統(tǒng)計時均法，主要解釋概念：脈動、時均速度、時均值等。（15分鐘）由時均速度引出湍流流動的時均速度結(jié)構(gòu)，著重介紹粘性底層厚度。并根據(jù)雷諾數(shù)大小說明水力光滑流動、水力粗糙流動是湍流流動的兩種不同流動狀態(tài)，并穿插介紹水力光滑管和水力粗糙管概念。（15分鐘）根據(jù)普朗特混和長度理論，推導出湍流切應力分布規(guī)律公式和斷面速度分布公式。（15分鐘）4.8管中流動沿程阻力系數(shù)的確定由管道沿程損失引出尼古拉茲實驗，并說明參量間關(guān)系。爾后利用尼古拉茲曲線圖說明流體流動在五個區(qū)域流動中λ值的理論和經(jīng)驗公式計算方法。由此再說明莫迪圖及尼古拉茲曲線圖二者之間的關(guān)系，以及莫迪圖的使用方法。（20分鐘）4.9局部阻力系數(shù)的確定介紹局部能量損失的三種形式，并說明產(chǎn)生局部能量損失的主要原因。（5分鐘）詳細講解斷面突然擴大的局部阻力系數(shù)計算方法及過程。說明ζ1和ζ2代表的意義。（10分鐘）小結(jié)，布置習題：4-8；4-13。（10分鐘）課后分析內(nèi)容較多，學生應該課下及時看書復習。合肥學院流體力學教案授課時間班級授課順序第12次課課題相似理論和量綱分析目的要求掌握量綱分析法及其應用；掌握力學相似概念和主要相似準則的意義及應用。教學內(nèi)容要點相似理論量綱分析及其應用重點難點重點：量綱一致原理及相似理論。難點：量綱一致原理應用。教學思路及教法設計相似理論詳細講解力學相似的概念，推倒主要的相似判據(jù)，重力相似判據(jù)、粘性力相似判據(jù)和壓力相似判據(jù)（30分鐘）量綱分析及其應用詳細講解布金漢定理。結(jié)合實例講解布金漢定理的應用（50分鐘）本章小結(jié)。（10分鐘）課后分析學生對布金漢定理的理解有一定難度。合肥學院流體力學教案授課時間班級授課順序第13次課課題壓力管路目的要求掌握壓力管路的分類；掌握壓力管路的水力計算；教學內(nèi)容要點壓力管路的分類壓力管路的水力計算重點難點重點：串并聯(lián)管路的水力計算。難點：串并聯(lián)管路的水力計算。教學思路及教法設計壓力管路介紹壓力管路在工程實際中的主要應用。（10分鐘）壓力管路的分類（10分鐘）長管的水力計算（20分鐘）復雜管路的水力計算（50分鐘）課后分析基本完成本次課的相關(guān)內(nèi)容。合肥學院流體力學教案授課時間班級授課順序第14次課課題壓力管路目的要求掌握壓力管路的水力計算；教學內(nèi)容要點壓力管路的水力計算重點難點重點：分支管路的水力計算。難點：分支管路的水力計算。教學思路及教法設計壓力管路復雜管路的水力計算（60分鐘）短管的水力計算（30分鐘）課后分析基本完成本次課的相關(guān)內(nèi)容。合肥學院流體力學教案授課時間班級授課順序第15次課課題孔口出流目的要求掌握孔口出流的分類；掌握薄壁小孔出流的特征；教學內(nèi)容要點孔口出流的分類薄壁小孔口自由出流重點難點重點：薄壁小孔出流。難點：薄壁小孔出流。教學思路及教法設計孔口出流介紹孔口出流在工程實際中的主要應用和研究方法。（10分鐘）孔口出流的分類本節(jié)主要討論孔口出流的一些基本概念：薄壁孔口、厚壁孔口、大孔口、小孔口、自由出流、淹沒出流。重點介紹薄壁孔口和厚壁孔口的主要技術(shù)特征。（20分鐘）薄壁小孔口自由出流分析推導薄壁小孔口自由出流時的各個特征參數(shù)計算公式。（60分鐘）課后分析學生獨立分析實際問題的能力還有欠缺。合肥學院流體力學教案授課時間班級授課順序第16次課課題一元不穩(wěn)定流失目的要求了解水擊的現(xiàn)象；了解水擊壓力計算和水擊的防止。教學內(nèi)容要點水擊的產(chǎn)生和水擊波的傳播水擊的分類水擊壓力的計算水擊的防止和利用重點難點重點：水擊的防止和利用難點：水擊的防止和利用教學思路及教法設計充分利用多媒體軟件的特點給學生演示水擊的這個動畫過程。結(jié)合實際的流體運動，再進行相關(guān)的理論知識分析。課后分析課堂反應較好。合肥學院流體力學教案授課時間班級授課順序第17次課課題非牛頓流體目的要求掌握非牛頓流體的流變性和流變方程；塑性流體的流動規(guī)律；了解塑性流體的水力計算。教學內(nèi)容要點非牛頓流體的流變性和流變方程；塑性流體的流動規(guī)律。重點難點重點：非牛頓流體的流變性和流變方程；塑性流體的流動規(guī)律。難點：塑性流體的流動規(guī)律教學思路及教法設計非牛頓流體介紹流變性的相關(guān)概念，以