流体力学_教学大纲.doc

《流体力学》教学大纲

一、课程性质与任务
1.课程性质：本课程是安全工程专业的主要专业基础课程之一。该课程的主要任务是使学生掌握流体运动的一般规律和有关的基本概念、基本原理、基本方法和一定的数值计算及实验技能，注意培养学生较好地分析和解决本专业中涉及流体力学问题的能力，为学习专业课程、从事专业技术工作或进行科学研究打下坚实的基础
2.课程任务：本课程的目的是为安全工程专业学生提供学习专业课之前的重要的基础理论课程。通过本课程的学习，要求学生能够掌握流体力学的一些基本原理，并要求能够学会理论联系实际分析和解决工程中各种流体力学方面的有关问题。
二、课程教学内容及要求
注重基本理论、基本概念、基本方法的理解和掌握，只有这样才能对专业范围内的流体力学现象做出合乎实际的定性判断，进行足够精确的定量估计，正确地解决专业范围内的流体力学的设计和计算问题。
第一章 绪论 (2学时)
·流体力学的研究对象、任务和方法，流体力学的发展概况
·作用在运动流体上的力，流体的主要力学性质，流体力学模型。
基本要求:
掌握质量力、表面力、粘滞力的物理含义，研究流体力学的主要方法，流体力学模型。
重 点：
粘滞力的物理含义、牛顿内摩擦定律、流体的力学模型。
难 点：
惯性力是质量力，牛顿内摩擦定律的应用计算。
第二章 流体静力学(4学时)
·流体的静压强及其特性、流体静压强的分布规律、压强的计算基准和量度单位
·流体平衡微分方程、液体的相对平衡
·作用于平面的液体压力、作用于曲面的液体压力
基本要求:
流体静压强的概念、特性、分布规律；两种计算基准、量度单位；液柱测压计；作用在平面上的流体压力；作用在曲面上的流体压力；流体的平衡微分方程和相对平衡。
重 点：
等压面的概念，流体静压强的计算，作用在平面上的流体压力的计算。
难 点：
绝对压强和相对压强，作用在平面上的流体压力的计算，流体的平衡微分方程和相对平衡。

第三章 流体运动学(2学时)
·描述流体运动的两种方法，恒定流动和非恒定流动、流线和迹线、一元流动模型
·连续性方程
基本要求:
描述流体运动的两种方法，基本概念，流动分类；连续性方程，
重 点：
流线和迹线、一元流动模型
难 点：
流线和迹线的区别，
第四章 流体动力学基础（6学时）
流体运动微分方程、元流伯努利方程、总流能量方程及其应用
·总水头线和测压管水头线 总流动量方程
基本要求:
连续性方程，能量方程及其应用，动量方程，总水头线和测压管水头线，气流的能量方程，总压线和全压线。
重 点：
能量方程及其应用，动量方程的应用，总水头线和测压管水头线。
难 点：
能量方程及其应用，动量方程的应用，总水头线和测压管水头线。

第五章 相似性原理和因次分析(4学时)
·流体力学相似性原理：几何、运动和动力学相似及它们之间的关系；欧拉数、弗洛得数
·模型律、因次分析
·因次分析----白金汗л理论
·相似的基本概念
·相似准则
·重力和粘滞力同时作用下的相似值
基本要求：
掌握量纲的分类，熟练掌握л定理的分析方法，流动相似的概念，相似准则中的无量纲数的表达式及物理意义。
重 点：
л定理，Re模型及Fr模型。
难 点：
Re模型及Fr模型。

第六章 流动阻力和能量损失(6学时)
·沿程损失和局部损失、层流紊流和雷诺数、均匀流动方程式
·圆管中的层流运动、紊流脉动与时均法、紊流半径经验理论、尼古拉兹实验、紊流阻力系数的半经验公式、工业管道和柯列勃洛克公式、非圆管的沿程损失、管道流动的局部损失、减少阻力的措施。
基本要求:
两种流动阻力损失；两种流态及其判定，雷诺数，圆管中的层流运动，时均法和紊流半径经验理论的基本概念，尼古拉兹实验，莫迪图，非圆管的沿程损失；管道流动的局部损失。
重 点：
层流向紊流的转变过程，雷诺数，尼古拉兹实验，莫迪图（紊流三区），管道流动的局部损失。
难 点：
时均法和紊流半径经验理论的基本概念，局部损失产生的位置和原因。

第七章 孔口管嘴流动(4学时)
·孔口自由和淹没出流的计算，管嘴出流的计算
·简单管路、串联，并联管路的计算；管网计算基础；有压管中的水击现象
基本要求:
了解孔口自由和淹没出流的计算方法，掌握串、并联管路的计算原则，能进行简单的管网计算，能够定量地作出水头线。
重 点：
简单管路计算方法，记住常用的局部损失的局部阻力系数，定量地作水头线。
难 点：
简单管路上由于阀门动作对流量影响的动态分析。

第八章 明渠流动 （4学时）
·明渠均匀流的水力特征及计算公式
无压圆管均匀流
·明渠流动流态
水跃和水跌
·明渠渐变流水面曲线定性分析
·渐变流水面曲线定量计算
基本要求：
掌握明渠均匀流的特点及均匀流的基本公式，水力最优断面的概念，复式断面渠道的水力计算方法，不满流管道水力计算方法。掌握断面比能、缓流、急流的概念及判别方法，水跃方程及共轭水深的计算，水面曲线的连接形式。

重 点：
明渠均匀流的特点，水力最优断面计算。断面比能，流态的判别方法，水跃方程求解，水面曲线连接
难 点：
水力最优断面计算。水跃方程、水面曲线连接。

第九章 堰流（不讲）
·堰流的定义及其分类
·宽顶堰
·实用堰与薄壁堰
·小桥孔径计算
·堰下游水流衔接与消能
基本要求：
掌握堰流的分类及特点，宽顶堰、实用堰与薄壁堰的计算方法，堰下游水流衔接方式。
重 点：
宽顶堰、实用堰与薄壁堰的计算方法，堰下游水流衔接方式。
难 点：
堰下游水流衔接方式。
第十章 渗流（不讲）
·概述
·渗流的基本定律---达西定律
·单井
·井群
·流网
基本要求：
掌握渗流的基本定律---达西定律，了解单井、井群的计算方法，了解流网的绘制方法。
重 点：
达西定律。
难 点：
流网绘制。
第十一章 一元气体动力学基础(2学时)
·理想气体一元恒定流动的运动方程，音速、滞止参数、马赫数
·等温和绝热管路中气体流动
基本要求:
掌握音速、滞止参数、马赫数的概念和计算公式，能够利用气体的运动方程和连续性方程联合求解气体的状态参数
重 点：
滞止参数、利用气体的运动方程和连续性方程联合求解气体的状态参数、超音速气流和亚音速气流随管路断面积变化的区别
难 点：
利用气体的运动方程和连续性方程联合求解气体的状态参数

三、课程的重点与难点
本课程的主要特点是：抽象概念多，理论性强，数学基础要求高，实践性强。在初学这门课时，弄清概念，掌握理论，学会运用基本理论分析解决工程中的实际问题，常常是最重要的也是学生最困难的。
主要重点内容有：欧拉静平衡方程、流体对固壁的作用力；流体运动的描述、雷诺输运定理、积分形式的动量方程、相似理论和量纲分析、平面势流叠加、伯努利方程、附面层的概念及流动分离等。
 主要难点有：流体对曲面的作用力；流体运动的描述、雷诺输运定理、积分形式的动量方程、平面势流叠加等。

四、学时分配表
序号
教学内容
学时
备注
讲授
实验
作业

第一章绪论
第二章流体静力学
第三章：流体运动学
第四章流体动力学基础
第五章 相似性原理和因次分析
第六章 流动阻力和能量损失
第七章 孔口管嘴管路流动
第八章 明渠流动
第九章 堰流
第十章 渗流
第十一章 一元气体动力学基础
2
4
2
6

4

6

4

4
不讲
不讲
2

2

4

4

4

1-4
2.5.8.11
1.3.5
2.3.8.10，12，18
1.3.6.8
2，4.8.12.20.21

3，6，8，10

1，3

2，3，4

五、教材及参考书
教材：《流体力学》 主编：刘鹤年   出版社：中国建筑工业出版社   2004.7
参考书：《流体力学》 主编：蔡增基 出版社：中国建筑工业出版社   2004.5
《流体力学习题集》武汉科技大学 出版社：武汉科技大学 2000.5