流体力学-教学大纲.doc

《流体力学》课程教学大纲 课程名称 流体力学 英文名称： Fluid Mechanics 学 时 32学时（其中理论教学26学时；实验6 学时或上机 学时） 学 分 2 课程类别： 专业基础课 课程性质 必修课 适用专业： 土木工程、道桥 一、本课程的性质与任务 　　流体力学是土木工程专业的一门主要技术基础课，它的任务是使学生掌握流体力学的基本概念，基本理论，基本计算方法与基本实验技能，通过本课程的学习应使学生掌握分析流体学问题的方法，培养解决相关工程问题的能力，并为学习有关后续课程，从事工程技术工作，开拓新技术领域和进行科学研究打下必要的基础。 二、教学基本要求 　　学生学完本课程之后，应达到以下要求： 1、理解流体的主要物理性质，特别是粘性和牛顿内摩擦定律。 2、掌握流体静压强基本方程及较熟练地进行点压强和平面、曲面上总压力的计算。 3、掌握总流的连续方程、能量方程、动量方程及其应用。 4、正确理解流体力学的基本概念如：过流断面、流量、断面平均流速、层流和湍流、渐变流和急变流等。 5、理解流动阻力产生的原因，掌握水头损失计算方法。理解边界层的基本定义，掌握绕流阻力的计算。掌握一元空气动力学的基本计算。 6、掌握力学相似，粘滞力相似准则及重力相似准则，相似条件，量纲分析法 7、掌握孔口、管嘴出流的流动特性以及基本公式。掌握有压恒定管流的水力计算方法。 8、掌握明渠均匀流水力计算基本类型。 8、掌握堰流类型及计算，掌握渗流定律及单井水力计算，了解井群的水力计算原理。 三、本课程与其它课程的联系 　　本课程以《高等数学》、《普通物理学》、《理论力学》、《材料力学》为先修课，需要全微分、泰勒级数、机械能、受力分析等方面的知识，为有关的后续课程及工程设计打下必要的基础。 四、教学基本内容 (一) 绪论 ( 2学时) 1.基本要求 流体力学的定义、任务 流体的连续介质假设 流体的主要物理性质 作用在流体上的力 2.重点、难点 重点：流体的主要物理性质，粘滞性和牛顿内摩擦定律要着重讲解。 难点：粘滞性。 （二）流体静力学 ( 3学时) 1.基本要求 流体静压强及其特性 流体平衡微分方程及其积分、等压面 重力作用下的静压强基本方程及其物理意义，压强的两种基准和三种表示方法 压强分布图 量测压强的仪器 静止流体作用在平面和曲面的总压力及压力中心 2.重点、难点 　　重点：流体静压强的确定及平面和曲面上总压力的计算是重点，要求学生能较熟练的掌握。对Euler平衡微分方程要掌握并理解其在相对平衡中的应用。测量压强的仪器和方法以及等压面原理、压强三种表示方法和两种基准等要求掌握实用意义。 难点：曲面所受总压力。 （三）流体动力学基础 (5学时) 1.基本要求 描述流体运动的两种方法，运动要素（流速、压强、加速度），一些基本概念（流线、迹线、元流、总流、过流断面、流量、断面平均流速等）。元流的连续性方程，恒定总流的连续性方程。理想流体元流及实际液体元流的能量方程及其意义。恒定总流能量方程及其应用条件和应用实例，恒定总流动量方程及其应用。 2.重点、难点 重点：本章重点内容是连续性方程式。要正确理解有关液体运动的一些基本概念及其物理意义，如：流线、元流、总流、过水断面、流量、断面平均流速。恒定总流的能量方程、动量方程是本章也是本课程的重点内容，要对它们的建立条件，物理意义，应用范围和应用方法详细讲解，并通过例题，习题和实验加以巩固、验证，使学生较牢固掌握流体运动的总流分析法，能较灵活地综合运用连续性方程、能量方程和动量方程解决一般工程实际问题。 　　难点：能量方程、动量方程。 （四）理想不可压缩流体无旋流动 ( 2学时) 1.基本要求 速度势函数和流函数，简单的平面势流及其叠加 2.重点、难点 速度势函数和流函数的求解 （五）流动阻力及能量损失(5学时) 1.基本要求 能量损失的两种形式：沿程损失和局部损失 粘性不可压流体运动微分方程 两种流动形态及其判别标准，湍流的成因及特征，圆管湍流的速度分布及其划分 圆管层流运动：流速分布，层流沿程损失计算公式 均匀流的沿程损失 湍流沿程阻力系数与雷诺数、相对粗糙度关系，尼古拉兹试验，确定沿程阻力系数的计算公式和图表。 湍流的局部阻力和局部水头损失的计算 边界层和物体阻力 一元空气动力学基础理论 2.重点、难点 重点：层流与湍流的特征及判别，阻力系数的变化规律和能量损失的计算方法是主要内容，应重点讲授，并通过实验和习题使学生正确理解与掌握。 边界层基本概念只作一般介绍。 难点：能量损失。 （六）量纲分析和相似原理 (2学时) 1.基本要求 量纲及量纲和谐原理 瑞利法和π定理 力学相似（几何、运动、动力相似） 相似准则 模型试验（雷诺模型、弗劳德模型） 2.重点、难点 重点：通过本章学习使学生正确