《流體力學(xué)2》課程教學(xué)大綱

1、大學(xué)本科專業(yè)培養(yǎng)方案課程教學(xué)大綱編 碼：ME04022 Code: ME04022課程名稱：流體力學(xué) Course Title: Fluid Mechanics課程類別：學(xué)類核心 Course category: Core Courses in General Category學(xué) 分：2 Credit(s): 2開課單位：機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院 Offering College/School: College of Mechanical & Vehicle Engineering課程描述：本課程是為機(jī)自專業(yè)學(xué)生開設(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

2、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)。Course description:This is a fundamental course for majors of mechanical engin

3、eering, vehicle engineering. The duties of this course are to systematic introduce the mechanical characteristics of fluid, basic concepts and theories, common analysis method and engineering application of fluid. The study of this course develops the students ability to analyze and solve practical

4、fluid problems, to grasp necessary experiment skills, and to apply the basic fluid knowledge in engineering practice and scientific research, thus laying a solid foundation for their study of follow-up courses and research work. The main contents of this course are the definition and characteristics

5、 of fluid, fluid statics, fluid kinematics, fluid dynamics, similarity theory and dimensional analysis, ideal fluid analysis, internal flow of uncompressible viscous flow, hydraulic pipe analysis etc. Prerequisites: Advanced Mathematics；Theoretical Mechanics；Mechanics of Materials課程內(nèi)容（一）課程教學(xué)目標(biāo)通過本課程的

6、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)）。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

7、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

8、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

9、。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)

10、 (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

11、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

12、：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、無量綱量、量綱的和諧原理及其分析方法；掌握定理；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)

13、相似原理；基本相似準(zhǔn)則數(shù)。?；瘜?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，

14、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)。考核方式本課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%l 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

15、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。教材及參考書教材： 工程流體力學(xué)（楊小龍），中國水利水電出版社 工程流體力學(xué)（歸柯庭），科學(xué)出版社參考書： 工程流體力學(xué)（侯國祥、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)問題以及工程中的流體力學(xué)問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)的工程問題為基礎(chǔ)，圍繞一個(gè)或