流體力學教學大綱

《流體力學》教案大綱一、基本信息課程名稱流體力學課程編號英文名稱課程類型專業(yè)基礎課總學時理論學時實驗學時實踐學時學分預修課程高等數(shù)學，大學物理，工程力學合用對象環(huán)境工程課程介紹課程的重要內容涉及流體靜力學，流體動力學，量綱分析與相似原理，流動阻力和能量損失，有壓管流，明渠均勻流，孔口管嘴閘孔出流和堰流，滲流等。學生通過該課程的學習，掌握流體的基本力學性質；理解外力作用下，流體的靜止與運動規(guī)律；掌握流體與邊界的互相作用。課程的學習將有助于數(shù)理、力學基礎知識的鞏固與提高，培養(yǎng)分析、解決實際問題的能力，為后續(xù)專業(yè)課程學習及環(huán)境工程實踐奠定基礎。二、教案目的及任務

“流體力學”作為環(huán)境工程專業(yè)的專業(yè)基礎課，是連接前期基礎課程和后續(xù)專業(yè)課程的橋梁。學生通過該課程的學習，掌握流體的基本性質，流體靜止與運動的規(guī)律及流體與邊界的互相作用、明渠流、管流、堰流等知識，含有流體計算（水力計算）的基本技能，為解決環(huán)境工程專業(yè)中的有關流體力學問題奠定基礎。本課程支撐環(huán)境工程專業(yè)畢業(yè)規(guī)定、、、、和。三、學時分派教案學時分派章節(jié)章節(jié)內容授課實驗實踐累計緒論工程流體力學的任務及研究對象；流體的重要物理力學性質；作用在流體上的力；流體力學的研究辦法第一章流體靜力學第二章流體動力學基礎第三章量綱分析與相似原理第四章流動阻力和能量損失第五章有壓管流第六章孔口管嘴閘孔出流和堰流第七章明渠均勻流第八章滲流累計四、教案內容及教案規(guī)定

緒論第一節(jié)流體力學的任務和發(fā)展簡史第二節(jié)持續(xù)介質假定與流體的重要物理性質.持續(xù)介質假設.流體的重要物理性質習題要點：牛頓內摩擦定律的理解與應用第三節(jié)作用在流體上的力習題要點：質量力與表面力的概念第四節(jié)流體力學的研究辦法本章重點、難點：黏性、牛頓內摩擦定律、質量力、表面力、持續(xù)介質概念。本章教案規(guī)定：理解流體力學的發(fā)展簡史，理解本課程在專業(yè)及工程中的應用；掌握流體重要物理性質，特別是黏性和牛頓內摩擦定律；理解作用在流體上的力；掌握持續(xù)介質、不可壓縮流體及抱負流體的概念；理解研究流體運動規(guī)律的普通辦法。第一章流體靜力學第一節(jié)流體靜壓強特性第二節(jié)流體平衡微分方程.流體平衡微分方程.流體平衡微分方程的積分.等壓面習題要點：流體平衡微分方程的推導第三節(jié)流體靜力學基本方程.流體靜力學基本方程.壓強的表達辦法測壓計習題要點：流體靜力學基本方程的應用，壓強表達與計算第四節(jié)液體的相對平衡.液體的相對平衡.液體的相對平衡在生產中的應用習題要點：等壓面方程，壓強分布規(guī)律第五節(jié)作用在平面上的液體總壓力.圖解法.解讀法習題要點：平面靜水總壓力的計算第六節(jié)作用在曲面上的液體總壓力習題要點：曲面靜水總壓力的計算本章重點、難點：靜壓強及其特性，點壓強的計算，靜壓強分布圖，壓力體圖，作用于平面壁和曲面壁上的液體總壓力，流體平衡微分方程的建立與應用。本章教案規(guī)定：理解流體靜壓強的概念；掌握靜水壓強的特性，壓強的表達辦法及計量單位；掌握流體微分方程及其物理意義；掌握液柱式測壓儀的基本原理；純熟掌握平衡流體靜壓強的分布規(guī)律及點壓強的計算辦法；掌握作用于平面壁和曲面壁上的液體總壓力的計算。第二章流體動力學基礎第一節(jié)描述流體運動的二種辦法.拉格朗日法.歐拉法.流線跡線脈線習題要點：流線與跡線方程求解第二節(jié)描述流體運動的概念習題要點：掌握流體運動的概念第三節(jié)流體運動的類型習題要點：掌握流體運動類型及其特性第四節(jié)流體運動的持續(xù)性方程.流體運動的持續(xù)性微分方程.總流的持續(xù)性方程.流體流量的測量習題要點：持續(xù)性方程推導與應用；流量計的類型及原理第五節(jié)流體微元運動的基本形式.流體微元運動形式的分析.速度分解定理習題要點：流動線變率、角變率、角轉速計算第六節(jié)無渦流和有渦流習題要點：流動無渦與有渦的鑒別第七節(jié)抱負流體運動微分方程.歐拉運動微分方程.葛羅M柯（蘭姆）運動微分方程習題要點：運動微分方程的推導第八節(jié)抱負流體元流能量方程.抱負流體運動微分方程的積分.元流的伯努利方程.功效原理推導抱負流體元流伯努利方程.抱負流體元流伯努利方程的物理意義和幾何意義.皮托管習題要點：皮托管的應用第九節(jié)實際流體的運動微分方程.以應力表達的實際流體的運動微分方程.流體質點的應力狀態(tài).實際流體的運動微分方程納維斯托克斯方程習題要點：運動微分方程的推導第十節(jié)實際流體總流的伯努利方程.漸變流過水斷面上動水壓強的分布規(guī)律.恒定總流能量方程.總流能量方程的應用條件和應用辦法.文丘里管習題要點：總流能量方程的應用第十一節(jié)總流的動量方程.總流的動量方程.總流動量方程的應用條件和應用辦法習題要點：總流動量方程的應用本章重點、難點：跡線與流線，流體流動的基本概念，無旋流與有旋流，持續(xù)性方程、伯努利方程、動量方程及其應用。本章教案規(guī)定：理解描述流體運動的兩種辦法，建立以流場為對象的描述流體運動的概念；理解流體微團運動的基本形式，理解有勢流動和有旋流動，能鑒別有渦流與無渦流；理解流體運動的微元分析法；掌握抱負流體運動微分方程及其伯努利積分；理解納維—斯托克斯方程及其各項的物理意義；掌握流體運動的總流分析法，能綜合運用持續(xù)性方程、總流能量方程和動量方程計算總流問題。第三章量綱分析與相似原理第一節(jié)量綱分析.量綱和單位.量綱和諧原理.瑞利法.π定理習題要點：π定理的應用流動相似的概念.幾何相似.運動相似.動力相似.初始條件與邊界條件相似.牛頓普通相似原理習題要點：相似概念的理解第三節(jié)相似準則.重力相似準則.粘滯力相似準則.壓力相似準則.相似準則.表面張力相似準則習題要點：相似準則的應用第四節(jié)準數(shù)方程習題要點：準數(shù)方程概念理解第五節(jié)模型實驗.雷諾模型.弗勞德模型習題要點：原型與模型的轉換本章重點、難點：量綱分析法，相似原理，相似準則。本章教案規(guī)定：理解相似的概念、相似準則和對實驗的指導意義；掌握量綱分析辦法及其初步運用；理解模型實驗辦法及內容。第四章流動阻力和能量損失第一節(jié)流動的種流動形態(tài)—層流和湍流.雷諾實驗—層流和湍流.流態(tài)的鑒別準則—臨界雷諾數(shù)習題要點：流態(tài)的鑒別恒定均勻流基本方程—沿程損失的表達式.均勻流基本方程.沿程損失的普遍表達式習題要點：均勻流基本方程推導，切應力分布第三節(jié)層流沿程損失的分析和計算習題要點：沿程阻力損失的計算第四節(jié)湍流理論基礎.層流向湍流的轉變.湍流的脈動與時均法.湍流的基本方程—雷諾方程.湍流的半經驗理論.粘性底層.光滑壁面.粗糙壁面習題要點：湍流理論理解第五節(jié)湍流沿程損失的分析和計算.尼古拉茲實驗.湍流光滑區(qū)沿程阻力系數(shù)的擬定.湍流粗糙區(qū)沿程阻力系數(shù)的擬定.實用管道沿程阻力系數(shù)的擬定.非圓形管道沿程損失的計算.計算沿程損失的經驗公式習題要點：沿程損失的計算第六節(jié)局部損失的分析和計算.局部損失的分析.局部損失的計算習題要點：局部損失的計算本章重點、難點：雷諾數(shù)及流態(tài)鑒別，圓管層流運動規(guī)律，沿程阻力系數(shù)的擬定，沿程損失和局部損失計算。本章教案規(guī)定：理解流動阻力和水頭損失的分類；雷諾實驗過程及層流、紊流的流態(tài)特點，純熟掌握流態(tài)鑒別原則；理解沿程水頭損失與切應力的關系；掌握圓管過流斷面上的流速分布、水頭損失與平均流速的關系，沿程阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關系；理解紊流脈動與時均化，紊動附加切應力，混合長度理論；掌握阻力系數(shù)的擬定辦法；掌握管路沿程損失和局部損失的計算；理解邊界層概念，邊界層的分離，繞流阻力。第五章有壓管流第一節(jié)簡樸短管中的恒定有壓流.自由出流.沉沒出流.簡樸短管中有壓流計算的基本問題和辦法習題要點：簡樸短管恒定有壓流的計算第二節(jié)簡樸長管中的恒定有壓流習題要點：簡樸長管恒定有壓流的計算復雜長管中的恒定有壓流.串聯(lián)管道.并聯(lián)管道習題要點：復雜長管恒定有壓流的計算沿程均勻泄流管道中的恒定有壓流.沿程持續(xù)均勻泄流.沿程多孔口等間距等流量出流習題要點：沿程均勻泄流管道計算第五節(jié)管網中的恒定有壓流計算基礎.枝狀管網.環(huán)狀管網習題要點：枝狀管網計算、環(huán)狀管網平差計算本章重點、難點：重點：短管、長管水力計算。本章教案規(guī)定：掌握短管(虹吸管、水泵吸水管、有壓涵管等)的水力計算、簡樸長管、串聯(lián)并聯(lián)長管、沿程泄流、枝狀管網的水力計算，理解環(huán)狀管網的水力計算的原理與辦法，理解有壓管路中水擊產生的因素及危害防止。第六章孔口、管嘴、閘孔出流和堰流第一節(jié)恒定薄壁孔口出流.孔口出流分類.薄壁小孔口自由出流.薄壁大孔口自由出流.薄壁孔口沉沒出流習題要點：孔口出流計算管嘴出流.圓柱形外管嘴出流.其它類型管嘴的出流習題要點：管嘴出流流量計算閘孔出流.無底坎閘孔出流流動現(xiàn)象的分析.無底坎閘孔自由出流的基本公式.無底坎閘孔沉沒出流的基本公式習題要點：閘孔流量的計算第四節(jié)堰流.薄壁堰溢流.實用堰溢流.寬頂堰溢流習題要點：堰流流量計算第五節(jié)水工建筑物下游的水流銜接與消能.底流銜接的形式.底流銜接的基本關系式.消力池介紹習題要點：銜接方式的鑒別第六節(jié)小橋孔徑的水力計算習題要點：小橋孔徑的水力計算本章重點、難點：實際流體三大方程的應用與多個流動狀況下的邊界條件。本章教案規(guī)定：掌握孔口、管嘴的基本公式及其應用；掌握閘孔出流、堰流的基本計算辦法。第七章明渠流第一節(jié)恒定明渠均勻流.明渠均勻流的特性與其發(fā)生條件.明渠均勻流基本公式.明渠的水力最優(yōu)斷面和允許流速.明渠均勻流水力計算的基本問題和辦法習題要點：明渠均勻流水力計算第二節(jié)恒定明渠流的流動型態(tài)和若干基本概念.緩流和急流.微波的波速.弗勞德數(shù).斷面單位能量.臨界水深.臨界底坡習題要點：流動形態(tài)的鑒別，概念理解恒定明渠流流態(tài)轉換時的局部水力現(xiàn)象—水躍和跌水.水躍.跌水習題要點：水躍能量損失和水躍長度計算本章重點、難點：明渠的分類，水力計算的內容與辦法，均勻流特性，水力最優(yōu)斷面。本章教案規(guī)定：理解明渠流動的特點；掌握水力最優(yōu)斷面和允許流速的概念，掌握明渠均勻流各類問題的水力計算辦法及復式斷面、無壓圓管的水力計算；理解明渠流動狀態(tài)；理解水躍和跌水。第八章滲流第一節(jié)滲流模型習題要點：滲流模型概念理解滲流基本定律—達西定律.達西定律.達西定律的合用范疇.滲入系數(shù)及其擬定辦法習題要點：達西定律的應用本章重點、難點：達西定律、恒定漸變滲流的裘皮依公式。本章教案規(guī)定：理解滲流現(xiàn)象、滲流模型，理解滲流達西定律；理解均勻漸變滲流斷面流速均勻分布，理解漸變滲流基本微分方程及浸潤面的概念；掌握地下水漸變滲流的裘皮依公式；掌握井的滲流計算；理解滲流對建筑物安全穩(wěn)定的影響。五、考核方式及規(guī)定

期末閉卷考試（）、與平時考核（）相結合。平時成績涉及課后作業(yè)、課堂討論、出勤等。作業(yè)內容以教材中的課后習題為主，通過習題練習，逐步加深對課程中多個概念的理