流體力學(xué)教學(xué)大綱

1、流體力學(xué)教學(xué)大綱流體力學(xué)教學(xué)大綱一、課程名稱1. 中文名：流體力學(xué)2. 英文名： Fluid Mechanics二、課程管理院（系）三、大綱說(shuō)明1.適用專業(yè)、層次環(huán)境工程專業(yè)，本科。2.學(xué)時(shí)與學(xué)分?jǐn)?shù)總學(xué)時(shí)為 64 學(xué)時(shí)，總學(xué)分為3 學(xué)分。3.課程的性質(zhì)、目的與任務(wù)流體力學(xué)是環(huán)境工程專業(yè)及其相近專業(yè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)課程 ，屬工程科學(xué)， 是用自然科學(xué)的原理考察、 解釋和處理工程實(shí)際問(wèn)題。 研究方法主要是因次論指導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)研究法、數(shù)學(xué)模型法、參數(shù)歸并和過(guò)程分解與組合。本課程強(qiáng)調(diào)工程觀點(diǎn)、定量運(yùn)算、實(shí)驗(yàn)技能、設(shè)計(jì)能力和模擬優(yōu)化能力的訓(xùn)練，強(qiáng)調(diào)在理論和實(shí)際的結(jié)合中，提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。本課程理論

2、教學(xué)主要研究連續(xù)性方程、 能量方程和動(dòng)量方程的基礎(chǔ)理論及具體的工程應(yīng)用。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)， 使學(xué)生熟悉流體力學(xué)的基本概念和基本方程， 掌握在環(huán)境工程和科學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用途徑和處理方法， 具備解決環(huán)境工程中流體力學(xué)問(wèn)題的能力。4. 先行、后續(xù)課程本課程是學(xué)生在具備了必要的高等數(shù)學(xué)、 物理、理論力學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)之后必修的技術(shù)基礎(chǔ)課，是水污染控制工程、大氣污染控制工程、給排水工程、水控課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。5.考試方式與成績(jī)?cè)u(píng)定考試方式：筆試（閉卷）。成績(jī)?cè)u(píng)定：筆試70，平時(shí)成績(jī) 30。四、綱目（上冊(cè)）1 緒論（ 3 學(xué)時(shí)）教學(xué)目的 了解流體力學(xué)的研究?jī)?nèi)容及發(fā)展簡(jiǎn)史， 掌握流體的主要物理性質(zhì)和流體的

3、連續(xù)介質(zhì)模型， 掌握流體的主要物理性質(zhì)和作用在流體上的力。 教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) 流體的物理性質(zhì)；流體的連續(xù)介質(zhì)模型。 教學(xué)時(shí)數(shù) 3 學(xué)時(shí) 教學(xué)方法與手段 在多媒體教室采用電子課件進(jìn)行課堂講授。本章內(nèi)容是學(xué)生學(xué)習(xí)流體力學(xué)這門課的基礎(chǔ)， 是流體力學(xué)的“門檻” 。因此，必須聯(lián)系生產(chǎn)及生活實(shí)際，使學(xué)生首先在思想上明確認(rèn)識(shí)， 對(duì)這門課產(chǎn)生興趣，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到流體力學(xué)理論在生產(chǎn)和生活實(shí)際中的應(yīng)用是無(wú)所不在的。教學(xué)內(nèi)容 1.1 工程流體力學(xué)的任務(wù)及其發(fā)展簡(jiǎn)史1.2 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)，流體的主要物理性質(zhì)連續(xù)介質(zhì)假設(shè)；流體的主要物理性質(zhì) 1.3 作用在流體上的力表面力；質(zhì)量力1.4 工程流體力學(xué)的研究方法2 流體靜力學(xué)教

4、學(xué)目的 理解和掌握流體靜壓強(qiáng)及其特性； 了解流體平衡微分方程式， 理解其物理意義； 掌握流體的絕對(duì)和相對(duì)平衡； 掌握流體靜壓強(qiáng)的分布規(guī)律及點(diǎn)壓強(qiáng)的計(jì)算（利用等壓面） ，掌握流體靜壓強(qiáng)的量測(cè)和表示方法； 熟練掌握作用于平面壁和曲面壁上流體總壓力的計(jì)算。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) 靜壓強(qiáng)及其特性，點(diǎn)壓強(qiáng)的計(jì)算，靜壓強(qiáng)分布圖，壓力體圖，作用于平面上的流體總壓力，作用于曲面上的流體總壓力。教學(xué)時(shí)數(shù) 10 學(xué)時(shí)。教學(xué)方法與手段 本章內(nèi)容是學(xué)生學(xué)習(xí)后面流體動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)，以前在物理學(xué)中接觸到一些如壓力、總壓力等概念，因此，主要應(yīng)注意聯(lián)系生活中的實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣， 選擇合適的作業(yè)題， 培養(yǎng)學(xué)生分析實(shí)際問(wèn)題，解決實(shí)

5、際問(wèn)題的能力。在多媒體教室采用電子課件進(jìn)行課堂講授。教學(xué)內(nèi)容 2.1 流體靜壓強(qiáng)及其特性流體靜壓強(qiáng)的定義； 流體靜壓強(qiáng)有兩個(gè)重要特性2.2 流體平衡的微分方程歐拉平衡的微分方程； 流體平衡微分方程的積分；等壓面2.3 流體靜力學(xué)基本方程重力作用下的流體平衡微分方程； 壓強(qiáng)的計(jì)量單位和表示方法； 流體靜力學(xué)基本方程的幾何意義與能量意義；靜壓強(qiáng)分布圖；測(cè)壓計(jì)2.4 液體的相對(duì)平衡等加速直線運(yùn)動(dòng)中液體的相對(duì)平衡； 繞直軸等角速度旋轉(zhuǎn)容器中液體的相對(duì)平衡2.5 作用在平面上的液體總壓力圖解法；解析法2.6 作用在曲面上的液體總壓力總壓力的大??； 總壓力的作用點(diǎn)； 總壓力的方向3 流體運(yùn)動(dòng)學(xué)教學(xué)目的 了

6、解描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法。 理解描述流體流動(dòng)的一些基本概念，如恒定流與非恒定流、流線與跡線、流管、流束與總流、過(guò)水?dāng)嗝?、流量及斷面平均流速等。掌握連續(xù)性方程。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) 流體流動(dòng)中的幾個(gè)基本概念，連續(xù)性方程。教學(xué)時(shí)數(shù) 5 學(xué)時(shí)。教學(xué)方法與手段 本章講述流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基本理論及工程應(yīng)用，概念多，容易混淆，而且與實(shí)際聯(lián)系密切。 所以，必須講清楚每一概念及各概念之間的聯(lián)系和區(qū)別，注意講清分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的方法， 選擇合適的例題和作業(yè)題。在多媒體教室采用電子課件進(jìn)行課堂講授。教學(xué)內(nèi)容 3.1描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法拉格朗日法；歐拉法；流線、跡線3.2描述流體運(yùn)動(dòng)的一些基本概念元流、總流、流量、斷面平均

7、流速3.3流體運(yùn)動(dòng)的類型恒定流和非恒定流；均勻流和均勻流3.4流體運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性方程微小流束的連續(xù)性方程； 總流的連續(xù)性方程4 理想流體動(dòng)力學(xué)和平面勢(shì)流教學(xué)目的 掌握理想流體的運(yùn)動(dòng)微分方程； 熟練掌握元流的伯努利方程。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) 歐拉運(yùn)動(dòng)微分方程； 元流的伯努利方程； 理想流體。教學(xué)時(shí)數(shù) 3 學(xué)時(shí)。教學(xué)方法與手段 熟悉運(yùn)動(dòng)方程和平衡方程之間的聯(lián)系， 掌握伯努利積分的前提條件、 伯努利方程及其意義。教學(xué)內(nèi)容 4.1 理想流體的運(yùn)動(dòng)微分方程歐拉運(yùn)動(dòng)微分方程； 理想流體的運(yùn)動(dòng)微分方程的積分；4.2 理想流體元流的伯努利方程理想流體元流的伯努利方程； 理想流體元流的伯努利方程的物理意義和幾何意義；皮

8、托管5 實(shí)際流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)目的 熟練掌握恒定總流能量方程的應(yīng)用條件和注意事項(xiàng)，用能量方程進(jìn)行水力計(jì)算；熟練掌握恒定總流動(dòng)量方程的應(yīng)用條件和注意事項(xiàng)，用恒定總流的連續(xù)方程、能量方程和動(dòng)量方程聯(lián)解，進(jìn)行水力計(jì)算。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) 恒定總流能量方程；恒定總流動(dòng)量方程。教學(xué)時(shí)數(shù) 5 學(xué)時(shí)。教學(xué)方法與手段 本章講述流體動(dòng)力學(xué)的基本理論伯努利方程、定常流動(dòng)總流動(dòng)量方程及工程應(yīng)用， 與實(shí)際聯(lián)系密切。 所以，必須講清楚運(yùn)動(dòng)方程和平衡方程之間的聯(lián)系、 伯努利積分的前提條件、 伯努利方程及其意義， 定常流動(dòng)總流動(dòng)量方程幾種應(yīng)用情況的不同特點(diǎn)， 注意講清分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的方法，選擇合適的例題和作業(yè)題。在多媒體教

9、室采用電子課件進(jìn)行課堂講授。教學(xué)內(nèi)容 5.2 實(shí)際流體元流的伯努利方程實(shí)際流體元流的伯努利方程； 實(shí)際流體元流的伯努利方程的物理意義和幾何意義5.3 實(shí)際流體總流的伯努利方程實(shí)際流體總流的伯努利方程； 總流伯努利方程的應(yīng)用條件和應(yīng)用方法； 文丘里管；有能量輸入和輸出的伯努利方程5.5 總流的動(dòng)量方程總流的動(dòng)量方程； 總流動(dòng)量方程的應(yīng)用條件和應(yīng)用方法6 量綱分析和相似原理教學(xué)目的 掌握瑞利法和 定理；熟悉流動(dòng)相似原理；掌握相似理論及其應(yīng)用 （相似準(zhǔn)則、 模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)）教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) 量綱分析方法； Re模型和 Fr 模型的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)教學(xué)時(shí)數(shù) 6 學(xué)時(shí)教學(xué)方法與手段 定性分析和定量計(jì)算推導(dǎo)相結(jié)合；

10、在多媒體教室采用電子課件進(jìn)行課堂講授。教學(xué)內(nèi)容 6.1 量綱分析量綱和單位；量綱和諧原理； 瑞利法； 定理6.2 流動(dòng)相似原理幾何相似；運(yùn)動(dòng)相似；動(dòng)力條件相似；初始條件與邊界條件相似6.3 相似準(zhǔn)則重力相似準(zhǔn)則； 粘滯力相似準(zhǔn)則； 壓力相似準(zhǔn)則；表面張力相似準(zhǔn)則6.5 模型實(shí)驗(yàn)Re模型； Fr 模型7 流動(dòng)阻力和能量損失教學(xué)目的 了解雷諾實(shí)驗(yàn)過(guò)程及層流、紊流的流態(tài)特點(diǎn)，熟練掌握流態(tài)判別標(biāo)準(zhǔn)； 掌握?qǐng)A管層流基本規(guī)律，了解紊流的機(jī)理和脈動(dòng)、 時(shí)均化以及混合長(zhǎng)度理論；了解尼古拉茲實(shí)驗(yàn)和莫迪圖的使用，掌握阻力系數(shù)的確定方法； 理解流動(dòng)阻力的兩種形式，掌握管路沿程損失和局部損失的計(jì)算。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) 雷

11、諾數(shù)及流態(tài)判別， 圓管層流運(yùn)動(dòng)規(guī)律， 沿程阻力系數(shù)的確定，沿程損失和局部損失計(jì)算，紊流流速分布和紊流阻力分析。教學(xué)時(shí)數(shù) 9 學(xué)時(shí)教學(xué)方法與手段 主要采用理論講解和例題分析的方法。用對(duì)比的方法講清什么是均勻流動(dòng)， 什么是不均勻流動(dòng)。講清什么是沿程損失、什么是局部損失，以及絕對(duì)粗糙度、 相對(duì)粗糙度等概念， 進(jìn)而通過(guò)實(shí)驗(yàn)法講清楚上下臨界速度、 流動(dòng)狀態(tài)與雷諾數(shù)之間的關(guān)系、流速與沿程損失的關(guān)系， 講清楚在什么樣的前提條件下得出什么樣的結(jié)論， 進(jìn)而解決什么樣的問(wèn)題。在多媒體教室采用電子課件進(jìn)行課堂講授。教學(xué)內(nèi)容 7.1 流體的兩種流動(dòng)形態(tài)雷諾實(shí)驗(yàn)；層流和湍流；雷諾數(shù)7.2 恒定均勻流基本方程均勻流基本方

12、程；沿程損失的普遍表達(dá)式7.3 層流沿程損失的分析與計(jì)算哈根 -泊肅葉公式；圓管層流的沿程阻力系數(shù)7.4 湍流理論基礎(chǔ)湍流的脈動(dòng)和時(shí)均法； 半經(jīng)驗(yàn)理論； 粘性底層，光滑壁面，粗糙壁面7.5 湍流沿程損失的分析與計(jì)算尼古拉茲實(shí)驗(yàn)；湍流不同區(qū)域沿程阻力系數(shù)的確定；實(shí)用管道沿程阻力系數(shù)的確定； 非圓形管道沿程損失的計(jì)算； 計(jì)算沿程損失的經(jīng)驗(yàn)公式7.6 局部損失的分析與計(jì)算局部損失的分析；局部損失的計(jì)算（下冊(cè)）9 有壓管流和孔口、管嘴出流教學(xué)目的 理解孔口自由、 淹沒出流的概念； 掌握恒定流孔口出流的計(jì)算方法； 了解管嘴出流； 熟練掌握短管水力計(jì)算；熟練掌握長(zhǎng)管水力計(jì)算。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn) 綜合運(yùn)用連續(xù)性

13、方程、 能量方程、沿程水頭損失、局部水頭損失等知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行恒定流孔口出流、管嘴出流，短管、長(zhǎng)管水力計(jì)算。教學(xué)時(shí)數(shù) 6 學(xué)時(shí)。教學(xué)方法和手段 從孔口、管嘴、有壓管道的概念著手，進(jìn)行恒定流孔口出流、管嘴出流，短管、長(zhǎng)管水力計(jì)算，配合例題講授。在多媒體教室采用電子課件進(jìn)行課堂講授。教學(xué)內(nèi)容 9.1 簡(jiǎn)單短管中的恒定有壓流自由出流；淹沒出流；簡(jiǎn)單短管中有壓流計(jì)算的基本問(wèn)題和方法9.2 簡(jiǎn)單長(zhǎng)管中的恒定有壓流舍維列夫公式；曼寧公式；海澄威廉公式9.3 復(fù)雜長(zhǎng)管中的恒定有壓流串聯(lián)管道；并聯(lián)管道；9.4 沿程均勻泄流管道中的恒定有壓流沿程連續(xù)均勻泄流9.7 恒定薄壁孔口出流孔口出流分類； 薄壁小孔口自由出流；

14、 薄壁大孔口自由出流；薄壁孔口淹沒出流9.8 管嘴出流的水力計(jì)算圓柱形外管嘴自由出流； 圓柱形外管嘴淹沒出流10 明渠流和閘孔出流及堰流教學(xué)目的 了解明渠的分類； 掌握明渠恒定均勻流特征及產(chǎn)生條件；掌握謝才公式、曼寧公式；掌握水力最優(yōu)斷面和允許流速； 熟練掌握渠道輸水能力水力計(jì)算，會(huì)確定渠道底坡和渠道斷面尺寸； 理解明渠恒定非均勻流特征及產(chǎn)生條件； 了解水躍和水跌；理解斷面單位能量、臨界水深，掌握急流、緩流、臨界流及其判別標(biāo)準(zhǔn)；掌握水面曲線定性分析。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn) 無(wú)壓恒定均勻流特征、 斷面單位能量、 臨界水深、急流、緩流、臨界流的概念及判別標(biāo)準(zhǔn)、明渠恒定非均勻漸變流的基本微分方程、 水面曲線

15、定性分析。教學(xué)時(shí)數(shù) 9 學(xué)時(shí)教學(xué)方法和手段 定性分析、定量計(jì)算相結(jié)合。 在多媒體教室采用電子課件進(jìn)行課堂講授。教學(xué)內(nèi)容 10.1 恒定明渠均勻流明渠流的分類；明渠均勻流特性及其發(fā)生條件；謝才公式；明渠的水力最優(yōu)斷面和允許流速；明渠均勻流水力計(jì)算的基本問(wèn)題和方法10.2 恒定明渠流的流動(dòng)型態(tài)和若干基本概念緩流和急流； Fr 數(shù)；斷面單位能量、臨界水深、臨界底坡10.3 恒定明渠流流態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)的局部水力現(xiàn)象-水躍和跌水水躍；跌水10.4 恒定明渠非均勻流漸變流動(dòng)的基本微分方程假設(shè)；公式10.5 棱柱體渠道中恒定明渠非均勻漸變流水面曲線形式的分析棱柱體渠道中恒定明渠非均勻漸變流動(dòng)的微分方程； N-N

16、線；K-K 線；各種底坡渠道中水面曲線的分析；水面曲線的特點(diǎn)和分析方法10.8 閘孔出流無(wú)底坎閘孔出流流動(dòng)現(xiàn)象的分析； 無(wú)底坎閘孔自由出流的基本公式； 無(wú)底坎閘孔淹沒出流的基本公式10.9 堰流堰流的分類；薄壁堰溢流；實(shí)用堰溢流；寬頂堰溢流11 滲流教學(xué)目的 了 解滲流運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)； 理解滲流模型的概念和建立的條件； 掌握滲流達(dá)西公式 v=kJ 及適用范圍和 k 的確定方法。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn) 達(dá)西公式。教學(xué)時(shí)數(shù) 2 學(xué)時(shí)。教學(xué)方法和手段 在多媒體教室采用電子課件進(jìn)行課堂講授。教學(xué)內(nèi)容 11.1 滲流模型11.2 滲流基本定律達(dá)西定律；達(dá)西定律的適用范圍； 滲透系數(shù)及其確定方法。五、課程學(xué)時(shí)分配表 1課程學(xué)時(shí)分配表教學(xué)內(nèi)容 ( 章)學(xué)習(xí)題、案例及時(shí)其它1.緒論322.流體靜力學(xué)103.流體運(yùn)動(dòng)學(xué)524.理想流體動(dòng)力學(xué)和平3面勢(shì)流5.實(shí)際流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)56.量綱分析和相似原理627.流動(dòng)阻力和能量損失99. 有壓管流和孔口、管嘴 6出流10. 明渠流和閘孔出流及 9堰流11.