流體力學(xué)教學(xué)大綱

1、流體力學(xué)教學(xué)大綱課程編號(hào)：081073A課程類型：通識(shí)教育必修課 通識(shí)教育選修課專業(yè)必修課 專業(yè)選修課學(xué)科基礎(chǔ)課總 學(xué) 時(shí)：48講課學(xué)時(shí)：40實(shí)驗(yàn)（上機(jī)）學(xué)時(shí)：8學(xué) 分：3適用對(duì)象： 環(huán)境工程先修課程： 高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、理論力學(xué)一、教學(xué)目標(biāo)（黑體，小四號(hào)字） 流體力學(xué)是環(huán)境工程專業(yè)的一門主要技術(shù)基礎(chǔ)課， 其任務(wù)是使學(xué)生掌握流體 運(yùn)動(dòng)的一般規(guī)律和有關(guān)的概念， 基本理論、 分析方法、計(jì)算方法和一定的實(shí)驗(yàn)技 能；培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。 為學(xué)習(xí)專業(yè)課， 從事專業(yè)工作和進(jìn)行 科學(xué)研究打基礎(chǔ)。目標(biāo)1：掌握流體力學(xué)的基本概念、基本理論、基本方法，并具有一定的流 體力學(xué)實(shí)驗(yàn)技能（具有測(cè)量水位、

2、壓強(qiáng)、流量的操作技能和編寫報(bào)告能力） 。目標(biāo)2：掌握掌握流體力學(xué)的分析方法、計(jì)算方法，能在解決復(fù)雜工程問(wèn)題 時(shí)熟練運(yùn)用，注重學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)， 注重學(xué)生探索精神和創(chuàng) 新意識(shí)的培養(yǎng)。目標(biāo)3：為該課程在水污染控制工程 、大氣污染控制I（防塵）、大氣 污染控制II（防毒）、排水管道系統(tǒng)等課程中的應(yīng)用奠定良好的基礎(chǔ)。二、教學(xué)內(nèi)容及其與畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系 本課程的重點(diǎn)內(nèi)容包括平面上靜水總壓力的計(jì)算、曲面上靜水總壓力的計(jì)算、 連續(xù)性方程、伯努利方程、動(dòng)量方程的聯(lián)合應(yīng)用與計(jì)算， 這些內(nèi)容將細(xì)講、 精講。 對(duì)這部分內(nèi)容， 除了理論講授課外， 專門拿出一定時(shí)間作為習(xí)題課， 帶領(lǐng)學(xué)生精 講精練。粗

3、講的內(nèi)容包括：液體的相對(duì)靜止、潛體和浮體的平衡及穩(wěn)定、流體微 團(tuán)運(yùn)動(dòng)分析、理想流體無(wú)旋流動(dòng)、相似理論等。為實(shí)現(xiàn)上述教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)過(guò)程將采用多媒體教學(xué)手段， 課堂講授為主、實(shí) 驗(yàn)課、自習(xí)、練習(xí)為輔的教學(xué)方式。習(xí)題課講解流體力學(xué)的解題思路、方法、步 驟、注意的問(wèn)題；分析習(xí)題中的錯(cuò)誤、問(wèn)題，在授課老師的引導(dǎo)下進(jìn)行課堂討論， 并解決有關(guān)疑難問(wèn)題。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)主要是流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練，要求學(xué)生具有測(cè)量水位、 壓強(qiáng)、流量的操作技能和編寫報(bào)告能力。為鞏固和加深學(xué)生對(duì)所學(xué)的基本概念、理論的理解，培養(yǎng)學(xué)生用流體力學(xué) 的理論分析和解決問(wèn)題的能力、培養(yǎng)計(jì)算技能，課后將布置作業(yè)30道左右題目，由學(xué)生獨(dú)立完成，并針

4、對(duì)性的進(jìn)行作業(yè)題目講解。通過(guò)課后作業(yè)提高學(xué)生 對(duì)于重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容的掌握。該課程可支撐一下兩方面畢業(yè)要求的實(shí)現(xiàn)：（1）掌握環(huán)境工程通識(shí)教育類、學(xué)科基礎(chǔ)類、專業(yè)基礎(chǔ)類、專業(yè)類知識(shí)及 相關(guān)學(xué)科知識(shí)，并能將所學(xué)知識(shí)用于解釋本專業(yè)領(lǐng)域及相關(guān)領(lǐng)域的現(xiàn)象和問(wèn) 題，了解本學(xué)科發(fā)展前沿，具有國(guó)際視野；（2）能夠應(yīng)用環(huán)境工程基本原理、方法對(duì)本專業(yè)領(lǐng)域及相關(guān)領(lǐng)域問(wèn)題進(jìn)行 判斷、分析和研究，提出相應(yīng)對(duì)策和建議，并形成解決方案；考核方式閉卷。平時(shí)成績(jī)占30%期末考試成績(jī)占70%三、各教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時(shí)分配（黑體，小四號(hào)字）教學(xué)課時(shí)分配序號(hào)早節(jié)內(nèi)容講課實(shí)驗(yàn)其他合計(jì)1第一章緒論442第一章流體靜力學(xué)822123第三早流體動(dòng)力學(xué)基

5、礎(chǔ)1022144第四章量綱分析225第五章流動(dòng)阻力與水頭損失64106第八章孑L口、管嘴和有壓管道流動(dòng)66合計(jì)368448四、教學(xué)內(nèi)容（黑體，小四號(hào)字）第一章緒論第一節(jié)概述流體力學(xué)定義、任務(wù)、研究方法；學(xué)習(xí)流體力學(xué)的意義；流體力學(xué)的發(fā)展 簡(jiǎn)史第二節(jié)流體的連續(xù)介質(zhì)模型第三節(jié)流體的主要物理性質(zhì)慣性、重力特性、粘性、壓縮性。液體表面張力；表面張力系數(shù)，量綱，單位；毛細(xì)現(xiàn)象第四節(jié)作用在液體上的力表面力；質(zhì)量力：總質(zhì)量力、單位質(zhì)量力教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：流體的粘滯性、流體力學(xué)力的分類課程的考核要求：了解流體力學(xué)的定義、研究方法及發(fā)展簡(jiǎn)史；熟悉流體 的連續(xù)介質(zhì)模型；掌握牛頓內(nèi)摩察力的計(jì)算及流體力學(xué)力的分類。作業(yè)

6、：習(xí)題：1-10、11、12、13第二章流體靜力學(xué)第一節(jié)靜止流體的應(yīng)力特征壓強(qiáng)定義；靜止流體壓強(qiáng)特性第二節(jié)靜止流體的平衡微分方程歐拉平衡微分方程；歐拉平衡微分方程綜合表達(dá)式；等壓面第三節(jié)重力作用下的液體的壓強(qiáng)分布水靜力學(xué)基本方程；有關(guān)壓強(qiáng)的基本概念第四節(jié)壓強(qiáng)的量測(cè)絕對(duì)壓強(qiáng)、相對(duì)壓強(qiáng)、真空度；液體壓強(qiáng)的表示法；水靜力學(xué)基本方程的 物理意義和幾何意義；液體壓強(qiáng)的量測(cè)第五節(jié) 作用于平面上的靜水總壓力 大?。环较?；壓力中心第六節(jié) 作用于曲面上的靜水總壓力 水平分力；鉛垂分力，壓力體；總壓力；壓力中心 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：平面上的靜水總壓力的計(jì)算、曲面上的靜水總壓力的計(jì) 算課程的考核要求：理解靜止流體的應(yīng)力

7、特征，相對(duì)壓強(qiáng)、絕對(duì)壓強(qiáng)及真空 壓強(qiáng)的概念；掌握靜水壓強(qiáng)的計(jì)算方法，平面上的靜水總壓力的計(jì)算方法，曲 面上的靜水總壓力的計(jì)算方法。習(xí)題：2-9、10、17、20、23、24、25第三章 流體動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)第一節(jié) 描述液體運(yùn)動(dòng)的兩種方法拉格朗日法；歐拉法；歐拉變數(shù)；時(shí)變加速度；位變加速度第二節(jié) 研究流體運(yùn)動(dòng)的若干基本概念恒定流與非恒定流；跡線；流線：定義、微分方程、流線性質(zhì)；質(zhì)點(diǎn)與控 制體概念；元流；總流；過(guò)水?dāng)嗝妫涣髁颗c斷面平均流速；均勻流與非均勻 流，均勻流定義；均勻流過(guò)水?dāng)嗝鎰?dòng)水壓強(qiáng)特征第三節(jié) 流體的連續(xù)方程元流連續(xù)方程；總流連續(xù)方程第四節(jié) 理想流體運(yùn)動(dòng)的微分方程 歐拉運(yùn)動(dòng)方程；歐拉運(yùn)動(dòng)方

8、程與歐拉平衡方程比較第五節(jié) 伯諾里方程理想流體元流的伯諾里方程；實(shí)際流體元流的伯諾里方程；方程表示式的 物理意義和幾何意義；實(shí)際流體恒定總流的能量方程：總流的能量方程一般表 示式；應(yīng)用條件；幾何意義和物理意義；能量方程應(yīng)用第六節(jié) 恒定總流的動(dòng)量方程 動(dòng)量方程表達(dá)式；動(dòng)量方程應(yīng)用：射流沖擊垂直固體邊壁、分岔流動(dòng)、平 面彎管流動(dòng)、立面彎管流動(dòng)教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：連續(xù)性方程、伯努利方程、動(dòng)量方程平面上的靜水總壓 力的計(jì)算、曲面上的靜水總壓力的計(jì)算課程的考核要求：了解描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法；理解流體運(yùn)動(dòng)的基本概 念，伯努利方程的物理意義、幾何意義；熟練掌握連續(xù)性方程、伯努利方程、 動(dòng)量方程應(yīng)用條件、注意事

9、項(xiàng)和解題步驟，熟悉三大方程的聯(lián)合應(yīng)用。習(xí)題3-11、12、19、23、25、26、28、29、32、34。第四章 量綱分析第一節(jié) 量綱分析基本概念第二節(jié)量綱分析法（瑞利法，n定理）教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：利用瑞利法、n定理法建立物理量間函數(shù)關(guān)系的方法 課程的考核要求：理解量綱、單位的概念；能把任一物理量的量綱寫成基 本量綱指數(shù)成績(jī)的形式；掌握瑞利法、n定理法建立物理量間函數(shù)關(guān)系的方法 和步驟習(xí)題4-6、7（3）、8、9第五章 流動(dòng)阻力與水頭損失第一節(jié) 水頭損失及其分類水流阻力及其分類；沿程阻力；局部阻力；過(guò)水?dāng)嗝娴乃σ?；濕周?水力半徑第二節(jié) 均勻流沿程水頭損失與水流阻力的關(guān)系 均勻流沿程水頭損失

10、與水流阻力的關(guān)系；達(dá)西公式第三節(jié) 流動(dòng)的兩種形態(tài)雷諾實(shí)驗(yàn)；兩種流動(dòng)形態(tài)：層流、紊流；水流雷諾數(shù)、臨界雷諾數(shù)、下臨 界雷諾數(shù)、上臨界雷諾數(shù)；水頭損失與流速的實(shí)驗(yàn)關(guān)系曲線第三節(jié) 層流運(yùn)動(dòng)圓管層流運(yùn)動(dòng)；流速分布規(guī)律；水頭損失與斷面平均流速的關(guān)系；沿程阻力系數(shù)第五節(jié) 紊流運(yùn)動(dòng)紊流的產(chǎn)生機(jī)理；紊流運(yùn)動(dòng)要素的時(shí)均法；脈動(dòng)現(xiàn)象、瞬時(shí)值、時(shí)均值、 脈動(dòng)值；紊流附加切應(yīng)力；紊流結(jié)構(gòu)；粘性底層；過(guò)渡區(qū)；紊流核心區(qū)；紊流 過(guò)水?dāng)嗝娴牧魉俜植?；流速分布的?duì)數(shù)規(guī)律；流速分布的指數(shù)規(guī)律第六節(jié) 紊流的沿程水頭損失尼古拉茲實(shí)驗(yàn)；沿程水頭損失的一般規(guī)律：沿程阻力系數(shù)與雷諾數(shù)，粗糙 度關(guān)系；紊流沿程水頭損失系數(shù)的總公式；莫迪圖；

11、沿程水頭損失系數(shù)的經(jīng)驗(yàn) 公式；謝才公式及其謝才系數(shù)曼寧公式第七節(jié) 局部水頭損失管道突然擴(kuò)大的局部水頭損失；局部水頭損失的一般表達(dá)；局部阻力系數(shù)教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)： 水頭損失的測(cè)定。課程的考核要求：了解水頭損失的定義、成因和分類；理解層流、紊流的 本質(zhì)區(qū)別、流動(dòng)特征，分類標(biāo)準(zhǔn)；掌握實(shí)驗(yàn)室中水頭損失的測(cè)量原理及方法， 掌握沿程水頭損失系數(shù)及局部阻力系數(shù)的計(jì)算方法。習(xí)題：5-8、20、21、22。第六章 孔口、管嘴和有壓管道流動(dòng)第一節(jié) 孔口恒定出流第二節(jié) 管嘴恒定出流第三節(jié) 簡(jiǎn)單管道水力計(jì)算簡(jiǎn)單管道的水力計(jì)算；自由出流；淹沒(méi)出流；測(cè)壓管水頭線、總水頭線繪 制第四節(jié) 虹吸管及水泵的水力計(jì)算虹吸管；水泵：管徑、最大允許安裝高度、揚(yáng)程、裝機(jī)容量第五節(jié) 串連管道和并聯(lián)管道的水力計(jì)算第六節(jié) 管網(wǎng)計(jì)算基礎(chǔ)：枝狀管網(wǎng)；環(huán)狀管網(wǎng)。第七節(jié) 有壓管中的水擊：水擊產(chǎn)生的原因；減少直水擊的措施教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：短管的水力計(jì)算、長(zhǎng)管的水力計(jì)算。課程的考核要求：了解有壓管流的分類，自由出流與淹沒(méi)出流的概念、 長(zhǎng)、短管的概念；掌握有壓管道測(cè)壓管水頭線、總水頭線的繪制方法；熟練掌 握長(zhǎng)、短管的水力計(jì)算方法。五、考核方式、成績(jī)?cè)u(píng)定閉卷。平時(shí)