《流體力學(xué)及設(shè)備》課程教學(xué)大綱

PAGEPAGE6流體力學(xué)及設(shè)備課程教學(xué)大綱課程名稱：流體力學(xué)及設(shè)備英文名稱：FluidMechanicsandEquipment課程編號：x2030351學(xué)時數(shù)：64其中實踐學(xué)時數(shù)：6課外學(xué)時數(shù)：0學(xué)分?jǐn)?shù)：4.0適用專業(yè)：環(huán)境工程專業(yè)一、課程簡介《流體力學(xué)及設(shè)備》是環(huán)境工程專業(yè)的一門必修專業(yè)基礎(chǔ)課。課程將系統(tǒng)地講授流體力學(xué)的基本概念、基本原理及其在工程實際中的應(yīng)用，內(nèi)容包括流體及其物理性質(zhì)、流體靜力學(xué)、理想流體動力學(xué)基本方程、粘性流體的一維流動、流體的二維流動、量綱分析、泵與風(fēng)機。既包含自然科學(xué)的基礎(chǔ)理論，又涉及工程技術(shù)科學(xué)方面的應(yīng)用。著重于闡明流體處于平衡和運動時的基本規(guī)律、流體力學(xué)問題的建立過程和數(shù)學(xué)處理方法，注重培養(yǎng)學(xué)生使用流體力學(xué)的三種基本分析方法（控制體法、微分分析法、量綱分析法）的能力。該課程在環(huán)境工程專業(yè)本科生培養(yǎng)體系中具有舉足輕重的作用，是連接前期基礎(chǔ)理論課程和后續(xù)專業(yè)課程的橋梁，是學(xué)生學(xué)好后續(xù)專業(yè)課程的重要理論基礎(chǔ)。通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握流體力學(xué)的基本概念、流體平衡和運動時的基本規(guī)律、理想流體流動、粘性流體一維流動、相似原理及量綱分析的基本理論，學(xué)會必要的流體力學(xué)分析、計算方法，為學(xué)生在以后學(xué)習(xí)專業(yè)課程提供必備的理論基礎(chǔ)知識；掌握流體與固體間的相互作用，流體在管道中流動時的速度分布、能量損失、流體輸送設(shè)備選型的基本知識，初步具備應(yīng)用所學(xué)基本理論知識進行工程設(shè)計、分析和解決實際工程設(shè)計中所面臨的流體儲存和輸送問題的能力；掌握流體力學(xué)實驗原理、相關(guān)實驗儀器及設(shè)備的使用方法、數(shù)據(jù)采集及分析方法，具備基本的流體力學(xué)實驗技能；二、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系表課程目標(biāo)畢業(yè)要求掌握流體力學(xué)的基本概念、流體平衡和運動時的基本規(guī)律、理想流體流動、粘性流體一維流動、相似原理及量綱分析的基本理論，學(xué)會必要的流體力學(xué)分析、計算方法，為學(xué)生在以后學(xué)習(xí)專業(yè)課程提供必備的理論基礎(chǔ)知識；4-1能夠基于環(huán)境工程領(lǐng)域的基本原理和相關(guān)文獻，調(diào)研和分析環(huán)境污染控制系統(tǒng)中的復(fù)雜工程問題，能夠進行工藝設(shè)計，提出解決方案；掌握流體與固體間的相互作用，流體在管道中流動時的速度分布、能量損失、流體輸送設(shè)備選型的基本知識，初步具備應(yīng)用所學(xué)基本理論知識進行工程設(shè)計、分析和解決實際工程設(shè)計中所面臨的流體儲存和輸送問題的能力；1-3掌握相關(guān)工程基礎(chǔ)知識（包括工程制圖、工程力學(xué)、計算機與信息技術(shù)基礎(chǔ)、電工與電子技術(shù)、工程管理、土建基礎(chǔ)等領(lǐng)域的基本知識），能將其用于解決工程設(shè)計、施工和裝備設(shè)計等工程問題；2-2能夠應(yīng)用工程基礎(chǔ)知識對研究對象進行正確的表達、分析工程問題；掌握流體力學(xué)實驗原理、相關(guān)實驗儀器及設(shè)備的使用方法、數(shù)據(jù)采集及分析方法，具備基本的流體力學(xué)實驗技能；4-4能夠?qū)嶒灲Y(jié)果進行關(guān)聯(lián)、建模、分析和解釋，獲得合理有效的結(jié)論；三、課程教學(xué)內(nèi)容、基本要求、重點和難點（一）流體及其物理性質(zhì)（6）1.教學(xué)內(nèi)容：流體力學(xué)的研究內(nèi)容和方法；流體力學(xué)的發(fā)展簡史及工程應(yīng)用；流體的定義、特性和連續(xù)介質(zhì)假設(shè)；流體的密度、相對密度及比容；流體的壓縮性和膨脹性；流體的粘性；液體的表面性質(zhì)；作用在流體上的力；2.基本要求：了解表面張力和毛細現(xiàn)象；正確理解流體的特性及連續(xù)介質(zhì)模型、流體的密度、流體的壓縮性和膨脹性等基本概念；熟練掌握流體的粘性。3.重點：牛頓粘性定律的應(yīng)用。4.難點：流體的粘性。（二）流體靜力學(xué)（12）1.教學(xué)內(nèi)容：流體靜壓強及其特性；靜止流體平衡微分方程；靜止液體的壓強分布；絕對壓強、計示壓強和真空度；液柱式測壓計；靜止液體作用在固體壁面上的總壓力；液體的相對靜止；2.基本要求：正確理解靜止流體的應(yīng)力特征、液體的壓強分布、絕對壓強、計示壓強和真空度等概念；掌握靜止流體平衡微分方程式；熟練掌握液柱式測壓計、作用在平面和曲面上的總壓力、液體的相對靜止等計算問題。3.重點：平面和曲面上的壓力計算。4.難點：靜止流體平衡微分方程式的建立與求解。（三）理想流體動力學(xué)基本方程（10）1.教學(xué)內(nèi)容：研究流體運動的兩種方法；流體動力學(xué)的基本概念；流體流動的連續(xù)性方程；理想流體的運動微分方程；理想流體微元流束的伯努利方程；伯努利方程的應(yīng)用；動量和動量矩方程；2.基本要求：正確理解研究流體運動的兩種方法、流體流動的連續(xù)性方程、流線和流管等基本知識；掌握理想流體的運動微分方程的建立與求解；熟練掌握伯努利方程和動量與動量矩方程的應(yīng)用，了解葉輪機械內(nèi)相對運動的伯努利方程。3.重點：伯努利方程的應(yīng)用。4.難點：流體的運動微分方程。（四）粘性流體的一維流動（16）1.教學(xué)內(nèi)容：粘性流體總流的伯努利方程；流體流動狀態(tài)；流體流動的能量損失與流動阻力；圓管中流體的層流流動；圓管中流體的紊流流動；沿程阻力系數(shù)的實驗研究；局部損失計算；非圓形管道沿程損失的計算；管路水力計算；孔口管嘴出流；管流中的水擊；空化和空蝕簡介；2.基本要求：正確理解粘性流體總流的伯努利方程、流體流動狀態(tài)、流體流動的能量損失與流動阻力等基本知識；掌握圓管中流體的層流與紊流流動的規(guī)律；熟練掌握沿程損失和局部損失的計算方法，一般了解明渠中的層流流動、管流中的水擊等。3.重點：管路計算。4.難點：圓管中兩種流動狀態(tài)特性分析。（五）不可壓縮流體的二維流動（6）1.教學(xué)內(nèi)容：流體微團運動分析；速度環(huán)量和旋渦強度；速度勢和流函數(shù)；基本的平面有勢流動；平面勢流動的疊加流動2.基本要求：正確理解流體微團運動分析、速度環(huán)量和旋渦強度等基本知識；熟練掌握速度勢和流函數(shù)的特性及求解方法；掌握基本的平面有勢流動知識。3.重點：速度勢和流函數(shù)。4.難點：基本的平面有勢流動。（六）量綱分析與相似理論（4）1.教學(xué)內(nèi)容：流體的力學(xué)相似；動力相似準(zhǔn)則；動力相似條件；近似模擬試驗；量綱分析；2.基本要求：正確理解單位和量綱、量綱分析法、相似概念等基本知識；熟練掌握動力相似準(zhǔn)則的應(yīng)用。3.重點：相似概念、動力相似準(zhǔn)則。（七）泵與風(fēng)機（4）1.教學(xué)內(nèi)容：離心式泵；往復(fù)泵；7-3流體輸送機械；2.基本要求：正確理解離心泵、離心泵的基本方程式等基本知識；掌握離心泵性能參數(shù)、特性曲線知識；熟練掌握離心泵的選型與計算。一般了解往復(fù)泵、流體輸送機械、離心式通風(fēng)機、真空泵。3.重點：離心泵的選擇計算。4.難點：離心泵的性能參數(shù)及特性曲線。四、教學(xué)方式及學(xué)時分配序號主要內(nèi)容主要教學(xué)方式學(xué)時分配輔導(dǎo)答疑比例一1流體及其物理性質(zhì)1.1流體力學(xué)的研究內(nèi)容和方法；1.2流體力學(xué)的發(fā)展簡史及工程應(yīng)用；1.3流體的定義、特性和連續(xù)介質(zhì)假設(shè)；1.4流體的密度、相對密度及比容；1.5流體的壓縮性和膨脹性；

1.6流體的粘性；1.7液體的表面性質(zhì)；1.8作用在流體上的力；講授62:1二2流體靜力學(xué)2.1流體靜壓強及其特性；2.2靜止流體平衡微分方程；2.3靜止液體的壓強分布；2.4絕對壓強、計示壓強和真空度；2.5液柱式測壓計；2.6靜止液體作用在固體壁面上的總壓力；2.7液體的相對靜止；講授122:1三3理想流體動力學(xué)基本方程3.1研究流體運動的兩種方法；3.2流體動力學(xué)的基本概念；3.3流體流動的連續(xù)性方程；3.4理想流體的運動微分方程；3.5理想流體微元流束的伯努利方程；3.6伯努利方程的應(yīng)用；3.7動量和動量矩方程；講授102:1四4粘性流體的一維流動4.1粘性流體總流的伯努利方程；4.2流體流動狀態(tài)；4.3流體流動的能量損失與流動阻力；4.4圓管中流體的層流流動；4.5圓管中流體的紊流流動；4.6沿程阻力系數(shù)的實驗研究；4.7局部損失計算；4.84.9管路水力計算；4.10孔口管嘴出流；4.11管流中的水擊；4.12空化和空蝕簡介；實驗一流動類型實驗（雷諾實驗）實驗二阻力系數(shù)測定實驗講授/討論/實驗16/6(3+3)2:1五5不可壓縮流體的二維流動5.1流體微團運動分析；5.2速度環(huán)量和旋渦強度；5.3速度勢和流函數(shù)；5.4基本的平面有勢流動；5.5平面勢流動的疊加流動講授62:1六6相似原理與量綱分析6.1流體的力學(xué)相似；6.2動力相似準(zhǔn)則；6.3動力相似條件；6.4近似模擬試驗；6.5量綱分析；講授42:1七7泵與風(fēng)機7.1離心式泵7.2往復(fù)泵；7-3流體輸送機械；講授/討論42:1五、課程其他教學(xué)環(huán)節(jié)要求1.實驗環(huán)節(jié)要求學(xué)生掌握流動類型實驗和阻力系數(shù)測定實驗相關(guān)量測儀器的使用方法和相關(guān)實驗設(shè)備的用途、基本原理，具備基本流體力學(xué)實驗技能；實驗過程中學(xué)生應(yīng)細心觀察實驗現(xiàn)象，如實記錄實驗數(shù)據(jù)，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)、求實的良好習(xí)慣；并能獨立完成對流體力學(xué)實驗數(shù)據(jù)的整理、分析和討論，最終完成實驗報告的撰寫。2.課后作業(yè)每次課后留2～4道作業(yè)，主要為計算題，少量問答題，目的為加深學(xué)生對流體力學(xué)基本概念、基本方程的理解，提高學(xué)生運用已學(xué)理論知識分析問題、解決問題的能力。對課后布置的作業(yè)題學(xué)生應(yīng)按時完成，教師對作業(yè)中存在的共同問題上課時統(tǒng)一進行講解，并按作業(yè)每次完成情況評價，成績計入平時成績。3.課堂討論根據(jù)具體授課內(nèi)容設(shè)置伯努利方程在生活中和工程設(shè)計中的應(yīng)用、負壓抽吸技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用、能量損失計算公式及流體流動機械輸送三個專題討論，讓學(xué)生自由分組進行討論，并進行口頭表述，考查學(xué)生運用所學(xué)流體力學(xué)基本理論分析問題和解決實際問題的能力，老師根據(jù)實際情況進行打分，成績計入平時成績。六、本課程與其他課程的聯(lián)系1.先修課程：《高等數(shù)學(xué)》、《大學(xué)物理》，上述課程所學(xué)理論知識為本課程的學(xué)習(xí)奠定堅實理論基礎(chǔ)，提供基本理論計算工具。2.后續(xù)課程：《水污染控制工程》、《大氣污染控制工程》、《環(huán)境工程原理》、《給水排水工程》《水泵與水泵站》，上述課程以本課程所學(xué)流體力學(xué)基本原理為出發(fā)點，本課程的學(xué)習(xí)為污水處理系統(tǒng)管網(wǎng)設(shè)計、除塵系統(tǒng)管網(wǎng)設(shè)計、化工動力設(shè)備選型等提供理論計算依據(jù)。七、教學(xué)參考書目1.《工程流體力學(xué)》，杜廣生編，中國電力出版社，2014；2.《工程流體力學(xué)》，莫乃榕編，華中理工大學(xué)出版社，2000年；3.《工程流體力學(xué)》，孫文策編，大連理工大學(xué)出版社，1998年；4.《工程流體力學(xué)》，薛祖繩編，東北電力出版社，2000年；5.《工程流體力學(xué)》，周亨達編，冶金工業(yè)出版社，1994年；八、課程考核方式與成績評定辦法課程考試方式：考試成績評定方式：平時成績30%+實驗成績10%+期末成績60%=總成績評價項目評價環(huán)節(jié)課程目標(biāo)平時成績（30分）考勤，課堂提問，隨堂考試（12分）（1）掌握流體力學(xué)的基本概念、流體平衡和運動時的基本規(guī)律、理想流體流動、粘性流體一維流動、相似原理及量綱分析的基本理論，學(xué)會必要的流體力學(xué)分析、計算方法，為學(xué)生在以后學(xué)習(xí)專業(yè)課程提供必備的理論基礎(chǔ)知識；作業(yè)（10分）（1）掌握流體力學(xué)的基本概念、流體平衡和運動時的基本規(guī)律、理想流體流動、粘性流體一維流動、相似原理及量綱分析的基本理論，學(xué)會必要的流體力學(xué)分析、計算方法，為學(xué)生在以后學(xué)習(xí)專業(yè)課程提供必備的理論基礎(chǔ)知識；（2）掌握流體與固體間的相互作用，流體在管道中流動時的速度分布、能量損失、流體輸送設(shè)備選型的基本知識，初步具備應(yīng)用所學(xué)基本理論知識進行工程設(shè)計、分析和解決實際工程設(shè)計中所面臨的流體儲存和輸送問題的能力；課堂討論（8分）（1）掌握流體力學(xué)的基本概念、流體平衡和運動時的基本規(guī)律、理想流體流動、粘性流體一維流動、相似原理及量綱分析的基本理論，學(xué)會必要的流體力學(xué)分析、計算方法，為學(xué)生在以后學(xué)習(xí)專業(yè)課程提供必備的理論基礎(chǔ)知識；（2）掌握流體與固體間的相互作用，流體在管道中流動時的速度分布、能量損失、流體輸送設(shè)備選型的基本知識，初步具備應(yīng)用所學(xué)基本理論知識進行工程設(shè)計、分析和解決實際工程設(shè)計中所面臨的流體儲存和輸送問題的能力；考勤，課堂提問，隨堂考試（12分）支撐環(huán)境工程專業(yè)培養(yǎng)要求（1）掌握環(huán)境工程的基本理論和基本知識；（2）掌握水污染控制工程、大氣污染控制工程的設(shè)計方法；（4）具有良好工程設(shè)計、綜合運用知識解決問題能力、工程綜合能力；實驗成績（10）實驗一、實驗二（10分）（3）掌握流體力學(xué)實驗原理、相關(guān)實驗儀器及設(shè)備的使用方法、數(shù)據(jù)采集及分析方法，具備基本的流體力學(xué)實驗技能；作業(yè)（10分）支撐環(huán)境工程專業(yè)培養(yǎng)要求（1）掌握環(huán)境工程的基本理論和基本知識；（2）掌握水污染控制工程、大氣污染控制工程的設(shè)計方法；（4）具有良好工程設(shè)計、綜合運用知識解決問題能力、工程綜合能力；期末成績（60分）試題