《工程流體力學(xué)B》課程教學(xué)大綱

《工程流體力學(xué)B》課程教學(xué)大綱

課程編碼：412403

課程名稱：工程流體力學(xué)B

英文名稱：EngineeringFluidMechanics

開課學(xué)期：5

學(xué)時/學(xué)分：40/2（其中實驗為8學(xué)時）

課程類型：學(xué)科基礎(chǔ)必修課

開課專業(yè)：工科各專業(yè)本科生

選用教材：于萍主編：《工程流體力學(xué)》，科學(xué)出版社2015年8月第二版。

主要參考書：

1、張也影：《流體力學(xué)》，高等教育出版社1998年第二版。

2、孔瓏主編.：《工程流體力學(xué)》，北京大學(xué)出版社1982年版。

3、清華大學(xué)工程力學(xué)系編：《流體力學(xué)基礎(chǔ)》，水利電力出版社1992年版。

4、李詩久：《工程流體力學(xué)》，機械工業(yè)出版社1989年版。

5.、A.J.Ward-Smith：《InternalFluidFlow》,1980版

6.、王致清主編：《工程流體力學(xué)》，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社1983年版。

一.課程簡介

【課程名稱】：《工程流體力學(xué)B》，（40學(xué)時/2學(xué)分，秋季）

[CourseName]：EngineeringFluidMechanics（38studyhours/2credits,AutumnSemester）

【教學(xué)目的】《工程流體力學(xué)》是我國高等院校工科各專'也的一門主要專業(yè)基礎(chǔ)課，作為研

究流體力與運動的專業(yè)學(xué)科，本課程以高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理以及理論力學(xué)

等基礎(chǔ)課程為基礎(chǔ)，目的培養(yǎng)學(xué)生認識流體運動規(guī)律，掌握流體流動基本理論，為學(xué)生學(xué)習(xí)

后續(xù)課程及奠定初步的流體力學(xué)理論基礎(chǔ)。

[CourseObjects]"EngineeringFluidMechanics”isoneofthemajorbasiccourseofengineering

specialtyinhighereducationinstitutionsinourcountry.Asaspecializeddisciplinetostudyflow

andforceoffluid,thecourseisbasedonAdvancedmathematics,CollegePhysicsandTheoretical

mechanicsandsoon.Thepurposeistocultivatestudents'understandingofthelawoffluid

movement,masterthebasictheoryoffluidflow,andstudythefollow-upcourseforstudentsand

lay（heinitialtheoreticalfoundationoffluidmechanics.

【教學(xué)內(nèi)容】本書共分八章。主要包括流體流動基本概念，牛頓內(nèi)摩擦定律及應(yīng)用：流體平

衡狀態(tài)的規(guī)律；流體流動的連續(xù)方程、伯努利方程及動量方程三大基本方程及在工程實際中

的應(yīng)用；流動過程中的損失及計算；簡要介紹了氣體流動基本規(guī)律。

[TeachingContent]Thiscourseconsistsofeightchapters.Whichmainlyincludesthebasic

conceptsoffluidflow,Newton'slawoffrictionandapplication;thelawoffluidequilibrium;（he

threebasicequationsoffluidflow,Bernoulliequationandmomentumequationanditsapplication

inengineeringpractice;Andthebasiclawofgasflowisbrieflyintroduced.

【授課對象】本課程的授課對象為機械工程、車輛工程、發(fā)動機、能源與動力工程、農(nóng)業(yè)

機械化與自動化和包裝工程的專業(yè)本科生。本課程要求授課對象先修下列課程高等數(shù)學(xué)、大

學(xué)物理、理論力學(xué)。

[TargetStudents]Thetargetstudentsofthiscoursemainlyaretheundergraduatesinmechanical

engineering,automobileengineering,automobileengine,thermalenergyandpowerengineering,

automobileapplicationengineering,agriculturalmechanizationandautomation,packaging

engineering.ThepreliminaryrequirementcoursesincludeAdvancedmathematics,College

PhysicsandTheoreticalmechanics.

二、課程目標

1、對本課程有總體J'解，對流體流動現(xiàn)象及相關(guān)理論有初步掌握，掌握牛頓內(nèi)摩定律

及應(yīng)用。（支撐畢業(yè)要求指標點2.1）

2、掌握流體平衡狀態(tài)的基本理論、基礎(chǔ)知識，對靜壓強和真空度有清晰的概念，掌握

靜壓分布規(guī)律，具有初步分析靜壓下流體與固體作用力的能力。（支撐畢業(yè)要求指標點2.1、

3.2）

3、掌握連續(xù)方程、能量方程、動量方程，能運用這些方程對與本專業(yè)有關(guān)的一般流體

力學(xué)問題進行分析和計算。（支撐畢業(yè)要求指標點2.1、3.2）

4、掌握流體流動損失規(guī)律，能選擇相應(yīng)的能量損失系數(shù)，進行管路計算及管路基本設(shè)

計。（支撐畢業(yè)要求指標點2.1、3.2）

5、能進行流體有關(guān)參量測試，具有分析實驗數(shù)據(jù)和編寫實驗報告的能力。（支撐畢業(yè)要

求指標點2.1）

三、各章節(jié)內(nèi)容及學(xué)時分配

第一章緒論及流體的主要物理性質(zhì)（2學(xué)時）

教學(xué)目的與要求

流體的平衡和運動規(guī)律與自身的物理性質(zhì)緊密相關(guān),本章主要對流體的物理性質(zhì)進行闡

述，使學(xué)生對流體力學(xué)的基本概念、流體的主要物理特性有基本了解。

教學(xué)內(nèi)容

第一節(jié)緒論、連續(xù)介質(zhì)的概念、流體的密度和相對密度

第二節(jié)流體的粘性

一、粘性產(chǎn)生的原因

二、牛頓內(nèi)摩擦定律

第三節(jié)相關(guān)概念

一、理想流體

二、流體的膨脹性與壓縮性

三、不可壓縮流體

考核要求

了解：流體的物理性質(zhì)對流體的力學(xué)現(xiàn)象的影響。

理解：理想流體、可壓縮和不可壓縮流體、流體質(zhì)點、連續(xù)介質(zhì)的概念。

掌握：粘性概念，工程中常用的粘性單位，牛頓內(nèi)摩擦定律及應(yīng)用。

第二章流體靜力學(xué)（4學(xué)時）

教學(xué)目的與要求

通過本部分的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握流體靜力學(xué)的有關(guān)基本知識、基本理論，學(xué)會分析流

體的受力情況，掌握曲面受力的解題方法，了解流體在非慣性坐標系中的相對平衡。

教學(xué)內(nèi)容

第一節(jié)平衡流體上的作用力

一、質(zhì)量力

二、表面力

三、流體靜壓強

第二節(jié)流體平衡微分方程

一、流體平衡微分方程的導(dǎo)出

二、質(zhì)量力的勢函數(shù)

三、等壓面

第三節(jié)連續(xù)方程

一、概念

二、應(yīng)用

第四節(jié)伯努利方程及應(yīng)用

一、伯努利方程的幾何意義及物理意義

二、伯努利方程在工程實際中的應(yīng)用

第五節(jié)沿流線主法線方向壓強和速度的變化

第六節(jié)粘性總流的伯努利方程

第七節(jié)動量方程

一、概念

二、應(yīng)用

考核要求

了解：拉格朗日、歐拉法、流線、緩變流等重要概念。

理解：假設(shè)條件的應(yīng)用，公式幾何意義的概念，三個基本方程在流體力學(xué)中的重要作用。

掌握：連續(xù)性方程、伯努利方程、動量方程的導(dǎo)出條件、假設(shè)條件及應(yīng)用條件，掌握三個方

程在工程實際中的應(yīng)用，能運用方程解決簡單的工程實際問題。對流體質(zhì)點的變形和旋轉(zhuǎn)

運動有相當?shù)牧私狻?/p>

第四章流體在圓管中的流動（10學(xué)時）

教學(xué)目的與要求

本章主要討論不可壓縮流體在圓管中的流動及運動規(guī)律，其中流動過程中的能量損失是

本章的重點，要求學(xué)生掌握應(yīng)用莫迪圖計算損失系數(shù)方法，對常見的流動損失的計算有熟練

掌握，了解水擊現(xiàn)象、產(chǎn)生原因及預(yù)防措施。

教學(xué)內(nèi)容

第一節(jié)雷諾實驗

一、層流和湍流

二、流動狀態(tài)的判定

三、沿程損失和速度的關(guān)系

四、水力直徑的概念

第二節(jié)圓管中的層流流卻

一、速度分布和流量

二、平均流速和最大流速

三、層流的動能和動量修正系數(shù)

四、層流的沿程損失

五、管路進口起始段

第三節(jié)圓管中的湍流流前

一、時均流動與脈動

二、混合長度理論

三、湍流的速度分布

第四節(jié)管路流動的沿程阻力

一、產(chǎn)生原因

二、計算方法

三、尼古拉茲實驗

四、莫迪圖

第五節(jié)管路流動的局部阻力

一、產(chǎn)生原因

二、管路突然擴大的局部阻力

三、常用的局部阻力系數(shù)

四、局部阻力的相互干擾

第六節(jié)管路計算

一、簡單管路

二、串聯(lián)管路

三、并聯(lián)管路

四、管路特性

第七節(jié)水擊現(xiàn)象

一、水擊的物理過程

二、水擊壓強

三、防止水擊危害的措旅

考核要求

了解：能量損失是本章的重點，同時也是對伯努利方程的補充和完善。學(xué)生應(yīng)了解流動

有層流和湍流兩種不同的形態(tài)，了解相應(yīng)的特性和計算方法。對水擊現(xiàn)象有初步了解。

理解：湍流流動中時均速度的概念，管路特性的應(yīng)用。

掌握：雷諾實驗、實驗的原理、意義及解決的工程實際問題。層流及湍流的特性及相關(guān)

的損失計算方法。尼占拉茲實驗、莫迪圖的應(yīng)用：對不同的局部裝置，相對的局部損失系數(shù)

的確定，管路突然擴大的殞失計算方法；串、并聯(lián)管路的特性及計算公式。水擊現(xiàn)象的危害

及防止措施。

第五章孔口出流及相似原理（6學(xué)時）

教學(xué)目的與要求

流體流經(jīng)各種不同形式的孔口出流是一個應(yīng)用廣泛口勺問題。本章要求學(xué)生掌握工程中常

用的孔口出流特征，分析影響孔口出流性能的主要因素，確定孔口出流的基本參數(shù)和主要系

數(shù)，掌握簡單的計算方法°同時掌握常用的相似原理。

教學(xué)內(nèi)容

第一節(jié)孔口出流概述

一、薄壁孔口和厚壁孔口

二、自由出流和淹沒出流

三、完善收縮和不完善收縮

第二節(jié)薄壁孔口出流

一、出流的速度和流量計算

二、孔口出流系數(shù)

第三節(jié)厚壁孔口出流

一、出流的速度和流量計算

二、孔口出流系數(shù)

三、不同孔口出流系數(shù)

第四節(jié)機械中的氣穴現(xiàn)象

一、氣穴與氣蝕

二、節(jié)流氣穴

三、泵進口處的氣穴

第五節(jié)相似原理

一、流體的力學(xué)相似

二、動力相似準則

三、近似模型法

了解：孔I」出流的一些基本概念，相似原因的概念及應(yīng)用

理解：幾種常見的孔口出流性能的比較，力學(xué)相似準則的應(yīng)用。

掌握：薄壁孔口、厚壁孔口的速度、流量和相關(guān)系數(shù)的計算公式，各種孔口的特點及應(yīng)用。

氣穴與氣蝕的形成及預(yù)防，相似原理的應(yīng)用。

四實驗

1實驗?zāi)康呐c任務(wù)

工程流體力學(xué)是一門基礎(chǔ)科學(xué)，在工程技術(shù)領(lǐng)域，土木、交通、建筑、水利、機械、動

力、環(huán)保、化工等領(lǐng)域中，涉及大量的流體力學(xué)問題。在實際的流體力學(xué)問題中，流動現(xiàn)象

極為復(fù)雜，即使經(jīng)過簡化，也不一定能加以定量的理論分析?；蛘呃碚摲治鏊媒Y(jié)果與實際

相差太遠。因此實驗課是工程流體力學(xué)課程的重要環(huán)節(jié)。應(yīng)用測試技術(shù)和實驗方法來解決實

際的流體力學(xué)問題，這就是流體力學(xué)實驗研究的課題。流體力學(xué)實驗的目的是研究流體運動

中的新現(xiàn)象和相應(yīng)的規(guī)律；通過觀察流動現(xiàn)象，驗證所學(xué)理論，學(xué)會解決工程實際問題；通

過觀察研究各種流動現(xiàn)象的本構(gòu)關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生觀測和分析流動現(xiàn)象的能力，更好地認識流

體流動的基本概念和基本規(guī)律，從而研究新型測試儀器和測量方法。

2實驗教學(xué)基本要求

（1）學(xué)習(xí)并掌握流體力學(xué)實驗的基本原理及方法，具備查閱資料、制訂實驗方案、實

施實驗方案、數(shù)據(jù)處理、分析總結(jié)和撰寫實驗報告的能力。

（2）熟悉有關(guān)儀器的使用方法和有關(guān)設(shè)備的用途，訓(xùn)練基本實驗技能。

（3）掌握基本的觀測方法、儀器使用和數(shù)據(jù)分析方法，培養(yǎng)學(xué)生實驗研究的興趣和動

手能力；同時學(xué)會如何整理流體力學(xué)實驗數(shù)據(jù)，撰寫實驗報告，為學(xué)生今后獨立進行類似工

作打下堅實基礎(chǔ)。

（4）注意啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，根據(jù)條件安排一定的綜合性實驗，鍛

煉學(xué)生獨立綜合實驗?zāi)芰?

3、實驗指導(dǎo)書：《工程流體力學(xué)實驗指導(dǎo)書》。

4.實驗項目一覽表

實驗實驗主要儀實驗地備注

序號實驗項目名稱

類型學(xué)時器設(shè)備點

機械館

伯努力

1伯努力方程驗證實驗驗證2流體實

實驗臺

驗室

2動量定律實驗驗證2動量實機械館

驗臺流體實

驗室

阻力系機械館

3阻力系數(shù)測定驗證2數(shù)測定流體實

實驗臺驗室

機械館儀器待

4流量計校正實驗綜合2流體實買

驗室

機械館

雷諾實

5雷諾實驗演示流體實

驗臺

驗室

機械館

6流動現(xiàn)象演示實驗演示旋流儀流體實

驗室

五、考核及成績評定方法:

全體筆試（閉卷）統(tǒng)考；流水作業(yè)評卷；平時成績占20%,期末考試成績占70%；實

驗成績占10%。

評估

項目及比例評價環(huán)節(jié)畢業(yè)要求

比例

作業(yè)支撐畢業(yè)要求指標點2.1