《工程流體力學(xué)3》課程教學(xué)大綱

《工程流體力學(xué)3》教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱工程流體力學(xué)EngineeringFluidMechanics課程編碼SPE410511040開(kāi)課院部石油工程學(xué)院課程團(tuán)隊(duì)（未設(shè)置）學(xué)分4.0課內(nèi)學(xué)時(shí)68講授56實(shí)驗(yàn)8上機(jī)4實(shí)踐0課外學(xué)時(shí)68適用專業(yè)工程力學(xué)授課語(yǔ)言中文先修課程高等數(shù)學(xué)（2-1）、高等數(shù)學(xué)（2-2）、大學(xué)物理（2-1）、理論力學(xué)（2-1）、大學(xué)物理（2-2）、理論力學(xué)（2-2）課程簡(jiǎn)介（必修）工程流體力學(xué)是工程力學(xué)、建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程等專業(yè)的一門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。本課程的主要教學(xué)內(nèi)容包括：流體的概念及其物理性質(zhì)、靜止流體內(nèi)的壓強(qiáng)分布規(guī)律及靜水總壓力問(wèn)題、運(yùn)動(dòng)流體的研究方法、基本概念、質(zhì)量守恒定律、能量守恒定律以及動(dòng)量定律、層流和紊流流態(tài)、流動(dòng)阻力和水頭損失、壓力管路串并聯(lián)的水力計(jì)算、孔口管嘴泄流計(jì)算、邊界層理論基礎(chǔ)以及氣體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)等。本課程的教學(xué)目標(biāo)是通過(guò)各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)使學(xué)生掌握和理解流體平衡和運(yùn)動(dòng)的基本概念、基本理論和一般規(guī)律，掌握流體力學(xué)的常用計(jì)算方法和基本實(shí)驗(yàn)技能，提高分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，為今后學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)、從事專業(yè)工作和科學(xué)研究打下良好基礎(chǔ)。結(jié)合流體力學(xué)科學(xué)家事跡和工程案例，開(kāi)展愛(ài)國(guó)主義教育，幫助學(xué)生建立正確的人生觀和價(jià)值觀。EngineeringFluidmechanicsisanimportantprofessionalbasiccourseforengineeringmechanics,architecturalenvironmentandenergyapplicationengineering.Themainteachingcontentsofthiscourseinclude:theconceptoffluidanditsphysicalproperties,thepressuredistributionlawinstaticfluidandthetotalpressureprobleminstillwater,theresearchmethodsofmovingfluid,basicconcepts,thelawofconservationofmass,energyConservationLawandmomentumLaw,laminarflowandturbulentflowpattern,flowresistanceandheadloss,hydrauliccalculationofseriesandparallelconnectionofpressurepipelines,calculationoforificenozzledischarge,theoreticalbasisofboundarylayerandbasisofgasdynamics,etc.Theteachinggoalofthiscourseistoenablestudentstomasterandunderstandthebasicconcepts,basictheoriesandgenerallawsoffluidbalanceandmovementthrougheachteachinglink,andmasterthecommoncalculationmethodsandbasicexperimentalskillsoffluidmechanics,improvetheabilitytoanalyzeandsolvepracticalproblems,andlayagoodfoundationforfuturestudyofprofessionalknowledge,professionalworkandscientificresearch.Combiningthedeedsoffluidmechanicsscientistsandengineeringcases,carryoutpatrioticeducationtohelpstudentsestablishcorrectoutlookonlifeandvalues.負(fù)責(zé)人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標(biāo)序號(hào)代號(hào)課程目標(biāo)OBE畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)任務(wù)自選1M1目標(biāo)1：具有良好的流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，掌握流體力學(xué)基本原理與方法，并能用于分析和解決工程中的流體力學(xué)問(wèn)題。是1.42M2目標(biāo)2：能夠基于流體力學(xué)試驗(yàn)的學(xué)習(xí)，掌握流動(dòng)模型試驗(yàn)的基本原理，了解流動(dòng)模型試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程，能夠?qū)W習(xí)并掌握分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基本方法、基本步驟。是3.13M3目標(biāo)3：能夠通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)模擬軟件的初步學(xué)習(xí)，掌握使用流動(dòng)模擬軟件進(jìn)行流動(dòng)模擬的基本方法、基本步驟。是5.2三、課程內(nèi)容序號(hào)章節(jié)號(hào)標(biāo)題課程內(nèi)容/重難點(diǎn)支撐課程目標(biāo)課內(nèi)學(xué)時(shí)教學(xué)方式課外學(xué)時(shí)課外環(huán)節(jié)1緒論緒論流體力學(xué)的任務(wù)，流體力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史，流體力學(xué)的研究方法M11講授/討論1自學(xué)2第1章第1章流體及其主要物理性質(zhì)本章重點(diǎn)難點(diǎn)：連續(xù)介質(zhì)假設(shè)，粘性，牛頓內(nèi)摩擦定律////31.11.1流體的概念流體的概念，連續(xù)介質(zhì)假設(shè)M11講授/討論1自學(xué)41.21.2流體的主要物理性質(zhì)流體的密度、重度、相對(duì)密度、壓縮性、膨脹性、粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律M12講授/討論2作業(yè)51.31.3作用在流體上的力質(zhì)量力與表面力M11講授/討論1自學(xué)6第2章第2章流體靜力學(xué)本章重點(diǎn)難點(diǎn)：流體靜壓強(qiáng)的基本特性，流體平衡微分方程，等壓面，靜力學(xué)基本方程，平面總壓力和曲面總壓力的計(jì)算////72.12.1流體靜壓強(qiáng)的概念及其特性流體靜壓強(qiáng)的概念、兩個(gè)特性及其證明。M11講授/討論1自學(xué)82.22.2流體平衡微分方程流體平衡微分方程，平衡微分方程的積分，等壓面的概念及其特性，等壓面微分方程M11.5講授/討論1.5自學(xué)92.32.3重力作用下的流體平衡靜力學(xué)基本方程及其幾何、物理意義，壓強(qiáng)的不同表示方法，壓強(qiáng)分布圖M11講授/討論1作業(yè)102.42.4測(cè)壓計(jì)測(cè)壓管，水銀測(cè)壓計(jì)、組合水銀測(cè)壓計(jì)，比圧計(jì)M10.5講授/討論0.5作業(yè)11實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)1：靜水壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)掌握靜止液體內(nèi)部某點(diǎn)壓強(qiáng)的量測(cè)方法M22實(shí)驗(yàn)2撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告122.52.5靜止流體作用在平面上的總壓力靜止流體作用在平面上總壓力的三要素（大小、方向及作用點(diǎn)）M12講授/討論2作業(yè)132.62.6靜止流體作用在曲面上的總壓力靜止流體作用在曲面上總壓力的三要素（大小、方向及作用點(diǎn)）M12講授/討論2作業(yè)142.72.7幾種質(zhì)量力作用下的流體平衡等加速水平直線運(yùn)動(dòng)、等角速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)M11講授/討論1作業(yè)15習(xí)題1習(xí)題1：第1、2章習(xí)題點(diǎn)評(píng)點(diǎn)評(píng)課后習(xí)題總體情況、主要存在問(wèn)題及錯(cuò)誤的知識(shí)點(diǎn)M11講授/討論1自學(xué)16第3章第3章流體運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)本章重點(diǎn)難點(diǎn)：連續(xù)性方程、伯努利方程、動(dòng)量方程及其工程應(yīng)用////173.13.1研究流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法歐拉法、拉格朗日法，歐拉法中加速度場(chǎng)M11講授/討論1作業(yè)183.23.2流體運(yùn)動(dòng)的基本概念定常流和非定常流，流線和跡線，流束和總流，有效斷面、流量和斷面平均流速M(fèi)12講授/討論2自學(xué)193.33.3連續(xù)性方程一元流體運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性方程，空間流體運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性方程M11講授/討論1作業(yè)203.43.4理想流體運(yùn)動(dòng)微分方程理想流體運(yùn)動(dòng)微分方程（歐拉方程），理想流體沿流線的伯努利方程M11講授/討論1自學(xué)213.53.5實(shí)際流體總流的伯努利方程及其應(yīng)用實(shí)際流體總流的伯努利方程，緩變流斷面和動(dòng)能修正系數(shù)，水頭線及水力坡降，伯努利方程的應(yīng)用M14講授/討論4作業(yè)22實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)2：流量計(jì)實(shí)驗(yàn)掌握孔板流量計(jì)和文丘里流量計(jì)的工作原理，測(cè)定孔板流量計(jì)的流量系數(shù)M22實(shí)驗(yàn)2撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告233.63.6泵對(duì)液流能量的增加泵的揚(yáng)程，功率和效率M11講授/討論1作業(yè)243.73.7定常流的動(dòng)量方程及其應(yīng)用定常流動(dòng)量方程的推導(dǎo)及應(yīng)用M12講授/討論2作業(yè)25習(xí)題2習(xí)題2：第3章習(xí)題點(diǎn)評(píng)點(diǎn)評(píng)課后習(xí)題總體情況、主要存在問(wèn)題及錯(cuò)誤的知識(shí)點(diǎn)M11講授/討論1自學(xué)26第4章第4章流動(dòng)阻力與水頭損失本章重點(diǎn)難點(diǎn)：流動(dòng)狀態(tài)，圓管層流運(yùn)動(dòng)規(guī)律，圓管湍流運(yùn)動(dòng)規(guī)律，實(shí)際流體運(yùn)動(dòng)微分方程，因次分析，相似原理，沿程水頭損失和局部水頭損失計(jì)算////274.14.1管路中流動(dòng)阻力產(chǎn)生的原因及分類(lèi)濕周、水力半徑、粗糙度等基本概念，流動(dòng)阻力產(chǎn)生原因，水頭損失的分類(lèi)M11講授/討論1自學(xué)284.24.2兩種流動(dòng)狀態(tài)及判別標(biāo)準(zhǔn)層流、湍流的定義，雷諾數(shù)及其物理意義M11講授/討論1自學(xué)29實(shí)驗(yàn)3實(shí)驗(yàn)3：流動(dòng)狀態(tài)實(shí)驗(yàn)測(cè)定沿程水頭損失hf與斷面平均流速v，繪制流態(tài)曲線，計(jì)算下臨界雷諾數(shù)M22實(shí)驗(yàn)2撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告304.34.3實(shí)際流體運(yùn)動(dòng)微分方程實(shí)際流動(dòng)運(yùn)動(dòng)微分方程式（N-S方程）的推導(dǎo)思路及其應(yīng)用M12講授/討論2作業(yè)314.44.4圓管層流分析圓管層流的流速分布、流量、切應(yīng)力分布及沿程水頭損失M12講授/討論2作業(yè)324.54.5因次分析和相似原理因次分析的雷利法及π定理，流動(dòng)幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似和動(dòng)力相似，相似準(zhǔn)數(shù)M11講授/討論1作業(yè)334.64.6圓管湍流分析水力光滑、水力粗糙的定義，沿程水頭損失的達(dá)西公式，沿程水力摩阻系數(shù)λ的實(shí)驗(yàn)分析M12講授/討論2作業(yè)34實(shí)驗(yàn)4實(shí)驗(yàn)4：沿程阻力實(shí)驗(yàn)掌握沿程阻力系數(shù)(λ)的測(cè)定方法，理解λ與Re之間的關(guān)系并繪制λ-Re關(guān)系曲線M22實(shí)驗(yàn)2撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告354.74.7非圓管沿程水頭損失當(dāng)量直徑M11講授/討論1自學(xué)364.84.8局部水頭損失局部阻力系數(shù)，局部水頭損失計(jì)算M12講授/討論2作業(yè)37第5章第5章壓力管路的水力計(jì)算本章重點(diǎn)難點(diǎn)：簡(jiǎn)單長(zhǎng)管的水力計(jì)算，串聯(lián)和并聯(lián)管路的水力計(jì)算、孔口與管嘴出流，水擊現(xiàn)象////385.15.1簡(jiǎn)單長(zhǎng)管的水力計(jì)算簡(jiǎn)單長(zhǎng)管水力計(jì)算的三類(lèi)問(wèn)題M11講授/討論1自學(xué)395.25.2復(fù)雜長(zhǎng)管的水力計(jì)算串聯(lián)管路、并聯(lián)管路和分支管路的水力特性及水力計(jì)算M11講授/討論1作業(yè)405.35.3短管的水力計(jì)算綜合阻力系數(shù)，流量計(jì)算公式M11講授/討論1自學(xué)415.45.4孔口和管嘴泄流孔口、管嘴泄流特點(diǎn)，孔口和管嘴自由出流、淹沒(méi)出流的流量計(jì)算公式M12講授/討論2作業(yè)425.55.5壓力管路中的水擊現(xiàn)象水擊的定義及產(chǎn)生原因，水擊波的傳播過(guò)程，水擊分類(lèi)M11講授/討論1自學(xué)43第6章第6章邊界層理論基礎(chǔ)本章重點(diǎn)難點(diǎn)：邊界層概念，邊界層厚度，邊界層微分方程，邊界層分離////446.16.1邊界層概念邊界層概念，邊界層流態(tài)，邊界層厚度M11講授/討論1作業(yè)456.26.2邊界層微分方程邊界層連續(xù)性微分方程，邊界層運(yùn)動(dòng)微分方程M12講授/討論2作業(yè)466.56.5邊界層分離現(xiàn)象邊界層分離機(jī)理，分離條件，銳緣效應(yīng)M11講授/討論1作業(yè)476.66.6繞流物體的阻力物體繞流的壓差阻力和摩擦阻力，繞流阻力系數(shù)M11講授/討論1作業(yè)48習(xí)題3習(xí)題3：第4、5章習(xí)題點(diǎn)評(píng)點(diǎn)評(píng)課后習(xí)題總體情況、主要存在問(wèn)題及錯(cuò)誤的知識(shí)點(diǎn)M11講授/討論1自學(xué)49第7章第7章氣體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)本章重點(diǎn)難點(diǎn)：氣體動(dòng)力學(xué)基本方程，音速和馬赫數(shù)、馬赫錐，氣體的滯止?fàn)顟B(tài)、臨界狀態(tài)和極限速度狀態(tài)，拉瓦爾噴管計(jì)算，摩擦對(duì)氣流運(yùn)動(dòng)的影響////507.17.1氣體動(dòng)力學(xué)諸方程氣體運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)方程，連續(xù)性方程，能量方程及動(dòng)量方程M11講授/討論1作業(yè)517.27.2微弱擾動(dòng)在可壓縮流動(dòng)中的傳播微弱擾動(dòng)在氣體中的傳播，音速，馬赫數(shù)，馬赫錐M11講授/討論1作業(yè)527.37.3氣體運(yùn)動(dòng)的三種參考狀態(tài)滯止?fàn)顟B(tài)和滯止參數(shù)，臨界狀態(tài)和臨界參數(shù)，極限速度狀態(tài)和速度系數(shù)M11講授/討論1作業(yè)537.47.4變斷面管道內(nèi)流動(dòng)分析斷面變化對(duì)流動(dòng)參數(shù)的影響，臨界斷面，拉瓦爾噴管M10.5講授/討論0.5作業(yè)547.57.5有摩擦的絕熱管流摩擦對(duì)氣流流動(dòng)速度的影響，有摩擦的絕熱穩(wěn)定流動(dòng)氣流參數(shù)與馬赫數(shù)的關(guān)系M10.5講授/討論0.5作業(yè)55上機(jī)上機(jī)：Gambit+Fluent軟件學(xué)習(xí)學(xué)會(huì)應(yīng)用Gambit軟件進(jìn)行流場(chǎng)幾何建模，應(yīng)用Fluent軟件進(jìn)行流場(chǎng)數(shù)值模擬，并針對(duì)實(shí)際工程案例，進(jìn)行模擬計(jì)算和結(jié)果分析，獲得流場(chǎng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律M34講授/上機(jī)4作業(yè)四、考核方式序號(hào)考核環(huán)節(jié)操作細(xì)節(jié)總評(píng)占比1平時(shí)作業(yè)1.每周布置2-3道題目，平均每次課1道題以上。2.成績(jī)采用百分制，根據(jù)作業(yè)完成準(zhǔn)確性、是否按時(shí)上交、是否獨(dú)立完成評(píng)分。3.考核學(xué)生對(duì)工程流體力學(xué)基本知識(shí)的掌握能力，學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。題型主要有計(jì)算、推導(dǎo)和證明題。15%2平時(shí)表現(xiàn)1.隨機(jī)檢查學(xué)生上課精神狀態(tài)、回答問(wèn)題情況。2.開(kāi)展隨堂測(cè)試，實(shí)時(shí)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況。15%3模擬作業(yè)1.本課程4個(gè)學(xué)時(shí)、2次軟件教學(xué)與上機(jī)實(shí)踐。2.成績(jī)采用百分制，根據(jù)軟件學(xué)習(xí)課堂表現(xiàn)及模擬作業(yè)完成情況評(píng)分。3.考核學(xué)生對(duì)計(jì)算流體力學(xué)模擬軟件的學(xué)習(xí)表現(xiàn)及模擬方法的掌握情況。5%4實(shí)驗(yàn)1.本課程8個(gè)學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)，共四次實(shí)驗(yàn)。2.成績(jī)采用百分制，根據(jù)實(shí)驗(yàn)完成情況評(píng)分。3.考核學(xué)生對(duì)流體力學(xué)知識(shí)的應(yīng)用能力、實(shí)驗(yàn)操作能力以及分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。10%5期末考試1.閉卷考試，成績(jī)采用百分制，卷面成績(jī)總分100分。2.主要考核學(xué)生對(duì)流體力學(xué)基本知識(shí)的掌握能力，學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，題型主要有選擇題、填空、簡(jiǎn)答題、證明題、推導(dǎo)題、計(jì)算題等。50%五、評(píng)分細(xì)則序號(hào)課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)大致占比評(píng)分等級(jí)1M1平時(shí)作業(yè)30%A-獨(dú)立思考、按時(shí)完成，作圖規(guī)范，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、答案正確。B-獨(dú)立思考、按時(shí)完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、答案基本正確。C-獨(dú)立思考、按時(shí)完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、答案部分正確。D-作業(yè)抄襲，未能按時(shí)完成，作圖不規(guī)范，解題思路混亂。2M1平時(shí)表現(xiàn)30%A-參與不同形式的教學(xué)活動(dòng)3次以上；章測(cè)試或隨堂測(cè)試答案正確。B-參與不同形式的教學(xué)活動(dòng)2次以上；章測(cè)試或隨堂測(cè)試答案基本正確。C-參與不同形式的教學(xué)活動(dòng)1次以上；章測(cè)試或隨堂測(cè)試答案部分正確。D-不參與教學(xué)活動(dòng)，章測(cè)試或隨堂測(cè)試答案不正確。3M1期末考試40%（見(jiàn)試卷評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)）4M2實(shí)驗(yàn)100%A-實(shí)驗(yàn)過(guò)程中認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)要求，得到正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式正確，步驟敘述清楚，正確分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，獲得有效結(jié)論。B-實(shí)驗(yàn)過(guò)程中認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)要求，得到正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式正確，步驟敘述比較清楚，正確分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，獲得比較有效的結(jié)論。C-實(shí)驗(yàn)過(guò)程中認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)要求，不能得到正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式正確，步驟敘述清楚，沒(méi)有正確分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，但是結(jié)合理論分析獲得有效的結(jié)論。D-實(shí)