《流体力学》教学大纲.docx
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《流体力学》教学大纲
《流体力学》教案大纲
一、基本信息
课程名称
流体力学
课程编号
英文名称
课程类型
专业基础课
总学时
理论学时
实验学时
实践学时
学分
预修课程
高等数学,大学物理,工程力学
适用对象
环境工程
课程简介
课程的主要内容包括流体静力学,流体动力学,量纲分析与相似原理,流动阻力和能量损失,有压管流,明渠均匀流,孔口管嘴闸孔出流和堰流,渗流等。
学生通过该课程的学习,掌握流体的基本力学性质;理解外力作用下,流体的静止与运动规律;掌握流体与边界的相互作用。
课程的学习将有利于数理、力学基础知识的巩固与提高,培养分析、解决实际问题的能力,为后续专业课程学习及环境工程实践奠定基础。
二、教案目标及任务
“流体力学”作为环境工程专业的专业基础课,是连接前期基础课程和后续专业课程的桥梁。
学生通过该课程的学习,掌握流体的基本性质,流体静止与运动的规律及流体与边界的相互作用、明渠流、管流、堰流等知识,具备流体计算(水力计算)的基本技能,为解决环境工程专业中的相关流体力学问题奠定基础。
本课程支撑环境工程专业毕业要求、、、、和。
三、学时分配
教案课时分配
章节
章节内容
讲课
实验
实践
合计
绪论
工程流体力学的任务及研究对象;流体的主要物理力学性质;作用在流体上的力;流体力学的研究方法
第一章
流体静力学
第二章
流体动力学基础
第三章
量纲分析与相似原理
第四章
流动阻力和能量损失
第五章
有压管流
第六章
孔口管嘴闸孔出流和堰流
第七章
明渠均匀流
第八章
渗流
合计
四、教案内容及教案要求
绪论
第一节流体力学的任务和发展简史
第二节连续介质假定与流体的主要物理性质
.连续介质假设
.流体的主要物理性质
习题要点:
牛顿内摩擦定律的理解与应用
第三节作用在流体上的力
习题要点:
质量力与表面力的概念
第四节流体力学的研究方法
本章重点、难点:
黏性、牛顿内摩擦定律、质量力、表面力、连续介质概念。
本章教案要求:
了解流体力学的发展简史,了解本课程在专业及工程中的应用;掌握流体主要物理性质,特别是黏性和牛顿内摩擦定律;理解作用在流体上的力;掌握连续介质、不可压缩流体及理想流体的概念;了解研究流体运动规律的一般方法。
第一章流体静力学
第一节流体静压强特性
第二节流体平衡微分方程
.流体平衡微分方程
.流体平衡微分方程的积分
.等压面
习题要点:
流体平衡微分方程的推导
第三节流体静力学基本方程
.流体静力学基本方程
.压强的表示方法
3.测压计
习题要点:
流体静力学基本方程的应用,压强表示与计算
第四节液体的相对平衡
.液体的相对平衡
.液体的相对平衡在生产中的应用
习题要点:
等压面方程,压强分布规律
第五节作用在平面上的液体总压力
.图解法
.解读法
习题要点:
平面静水总压力的计算
第六节作用在曲面上的液体总压力
习题要点:
曲面静水总压力的计算
本章重点、难点:
静压强及其特性,点压强的计算,静压强分布图,压力体图,作用于平面壁和曲面壁上的液体总压力,流体平衡微分方程的建立与应用。
本章教案要求:
理解流体静压强的概念;掌握静水压强的特性,压强的表示方法及计量单位;掌握流体微分方程及其物理意义;掌握液柱式测压仪的基本原理;熟练掌握平衡流体静压强的分布规律及点压强的计算方法;掌握作用于平面壁和曲面壁上的液体总压力的计算。
第二章流体动力学基础
第一节描述流体运动的二种方法
.拉格朗日法
.欧拉法
.流线迹线脉线
习题要点:
流线与迹线方程求解
第二节描述流体运动的概念
习题要点:
掌握流体运动的概念
第三节流体运动的类型
习题要点:
掌握流体运动类型及其特性
第四节流体运动的连续性方程
.流体运动的连续性微分方程
.总流的连续性方程
.流体流量的测量
习题要点:
连续性方程推导与应用;流量计的类型及原理
第五节流体微元运动的基本形式
.流体微元运动形式的分析
.速度分解定理
习题要点:
流动线变率、角变率、角转速计算
第六节无涡流和有涡流
习题要点:
流动无涡与有涡的判别
第七节理想流体运动微分方程
.欧拉运动微分方程
.葛罗M柯(兰姆)运动微分方程
习题要点:
运动微分方程的推导
第八节理想流体元流能量方程
.理想流体运动微分方程的积分.元流的伯努利方程
.功能原理推导理想流体元流伯努利方程
.理想流体元流伯努利方程的物理意义和几何意义
.皮托管
习题要点:
皮托管的应用
第九节实际流体的运动微分方程
.以应力表示的实际流体的运动微分方程
.流体质点的应力状态
.实际流体的运动微分方程纳维斯托克斯方程
习题要点:
运动微分方程的推导
第十节实际流体总流的伯努利方程
.渐变流过水断面上动水压强的分布规律
.恒定总流能量方程
.总流能量方程的应用条件和应用方法
.文丘里管
习题要点:
总流能量方程的应用
第十一节总流的动量方程
.总流的动量方程
.总流动量方程的应用条件和应用方法
习题要点:
总流动量方程的应用
本章重点、难点:
迹线与流线,流体流动的基本概念,无旋流与有旋流,连续性方程、伯努利方程、动量方程及其应用。
本章教案要求:
了解描述流体运动的两种方法,建立以流场为对象的描述流体运动的概念;了解流体微团运动的基本形式,理解有势流动和有旋流动,能判别有涡流与无涡流;了解流体运动的微元分析法;掌握理想流体运动微分方程及其伯努利积分;了解纳维—斯托克斯方程及其各项的物理意义;掌握流体运动的总流分析法,能综合运用连续性方程、总流能量方程和动量方程计算总流问题。
第三章量纲分析与相似原理
第一节量纲分析
.量纲和单位
.量纲和谐原理
.瑞利法
.π定理
习题要点:
π定理的应用
第二节流动相似的概念
.几何相似
.运动相似
.动力相似
.初始条件与边界条件相似
.牛顿一般相似原理
习题要点:
相似概念的理解
第三节相似准则
.重力相似准则
.粘滞力相似准则
.压力相似准则
.相似准则
.表面张力相似准则
习题要点:
相似准则的应用
第四节准数方程
习题要点:
准数方程概念理解
第五节模型实验
.雷诺模型
.弗劳德模型
习题要点:
原型与模型的转换
本章重点、难点:
量纲分析法,相似原理,相似准则。
本章教案要求:
理解相似的概念、相似准则和对实验的指导意义;掌握量纲分析方法及其初步运用;了解模型实验方法及内容。
第四章流动阻力和能量损失
第一节流动的种流动形态—层流和湍流
.雷诺实验—层流和湍流
.流态的判别准则—临界雷诺数
习题要点:
流态的判别
第二节恒定均匀流基本方程—沿程损失的表示式
.均匀流基本方程
.沿程损失的普遍表示式
习题要点:
均匀流基本方程推导,切应力分布
第三节层流沿程损失的分析和计算
习题要点:
沿程阻力损失的计算
第四节湍流理论基础
.层流向湍流的转变
.湍流的脉动与时均法
.湍流的基本方程—雷诺方程
.湍流的半经验理论
.粘性底层.光滑壁面.粗糙壁面
习题要点:
湍流理论理解
第五节湍流沿程损失的分析和计算
.尼古拉兹实验
.湍流光滑区沿程阻力系数的确定
.湍流粗糙区沿程阻力系数的确定
.实用管道沿程阻力系数的确定
.非圆形管道沿程损失的计算
.计算沿程损失的经验公式
习题要点:
沿程损失的计算
第六节局部损失的分析和计算
.局部损失的分析
.局部损失的计算
习题要点:
局部损失的计算
本章重点、难点:
雷诺数及流态判别,圆管层流运动规律,沿程阻力系数的确定,沿程损失和局部损失计算。
本章教案要求:
了解流动阻力和水头损失的分类;雷诺实验过程及层流、紊流的流态特点,熟练掌握流态判别标准;了解沿程水头损失与切应力的关系;掌握圆管过流断面上的流速分布、水头损失与平均流速的关系,沿程阻力系数与雷诺数的关系;了解紊流脉动与时均化,紊动附加切应力,混合长度理论;掌握阻力系数的确定方法;掌握管路沿程损失和局部损失的计算;了解边界层概念,边界层的分离,绕流阻力。
第五章有压管流
第一节简单短管中的恒定有压流
.自由出流
.淹没出流
.简单短管中有压流计算的基本问题和方法
习题要点:
简单短管恒定有压流的计算
第二节简单长管中的恒定有压流
习题要点:
简单长管恒定有压流的计算
第三节复杂长管中的恒定有压流
.串联管道
.并联管道
习题要点:
复杂长管恒定有压流的计算
第四节沿程均匀泄流管道中的恒定有压流
.沿程连续均匀泄流
.沿程多孔口等间距等流量出流
习题要点:
沿程均匀泄流管道计算
第五节管网中的恒定有压流计算基础
.枝状管网
.环状管网
习题要点:
枝状管网计算、环状管网平差计算
本章重点、难点:
重点:
短管、长管水力计算。
本章教案要求:
掌握短管(虹吸管、水泵吸水管、有压涵管等)的水力计算、简单长管、串联并联长管、沿程泄流、枝状管网的水力计算,理解环状管网的水力计算的原理与方法,了解有压管路中水击产生的原因及危害预防。
第六章孔口、管嘴、闸孔出流和堰流
第一节恒定薄壁孔口出流
.孔口出流分类
.薄壁小孔口自由出流
.薄壁大孔口自由出流
.薄壁孔口淹没出流
习题要点:
孔口出流计算
第二节管嘴出流
.圆柱形外管嘴出流
.其他类型管嘴的出流
习题要点:
管嘴出流流量计算
第三节闸孔出流
.无底坎闸孔出流流动现象的分析
.无底坎闸孔自由出流的基本公式
.无底坎闸孔淹没出流的基本公式
习题要点:
闸孔流量的计算
第四节堰流
.薄壁堰溢流
.实用堰溢流
.宽顶堰溢流
习题要点:
堰流流量计算
第五节水工建筑物下游的水流衔接与消能
.底流衔接的形式
.底流衔接的基本关系式
.消力池简介
习题要点:
衔接方式的判别
第六节小桥孔径的水力计算
习题要点:
小桥孔径的水力计算
本章重点、难点:
实际流体三大方程的应用与各种流动情况下的边界条件。
本章教案要求:
掌握孔口、管嘴的基本公式及其应用;掌握闸孔出流、堰流的基本计算方法。
第七章明渠流
第一节恒定明渠均匀流
.明渠均匀流的特性与其发生条件
.明渠均匀流基本公式
.明渠的水力最优断面和允许流速
.明渠均匀流水力计算的基本问题和方法
习题要点:
明渠均匀流水力计算
第二节恒定明渠流的流动型态和若干基本概念
.缓流和急流
.微波的波速.弗劳德数
.断面单位能量.临界水深.临界底坡
习题要点:
流动形态的判别,概念理解
第三节恒定明渠流流态转换时的局部水力现象—水跃和跌水
.水跃
.跌水
习题要点:
水跃能量损失和水跃长度计算
本章重点、难点:
明渠的分类,水力计算的内容与方法,均匀流特征,水力最优断面。
本章教案要求:
了解明渠流动的特点;掌握水力最优断面和允许流速的概念,掌握明渠均匀流各类问题的水力计算方法及复式断面、无压圆管的水力计算;了解明渠流动状态;了解水跃和跌水。
第八章渗流
第一节渗流模型
习题要点:
渗流模型概念理解
第二节渗流基本定律—达西定律
.达西定律
.达西定律的适用范围
.渗透系数及其确定方法
习题要
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- 流体力学 教学大纲