流体力学教学大纲

中央广播电视大学“开放教育试点”土木工程专业 (专升本 )流体力学课程教学大纲中央广播电视大学2001 年 12 月流体力学教学大纲第一部分大纲说明一、课程的性质与任务流体力学是中央广播电视大学 “开放教育试点” 工学科土建类土木工程专业的一门公共必修课程。 该课程的主要任务是使学生掌握流体 （水流）运动的一般规律和有关的基本概念、 基本原理、基本方法和一定的试验技能， 注意培养学生发现和解决问题的能力， 为学习专业课程、 从事专业技术工作或进行科学研究打下基础。二、课程的教学基本要求学生学完本课程后应达到下列基本要求：1具有一定的理论基础。 正确理解流体力学的基本概念。 掌握连续性方程、能量方程、动量方程的应用。 掌握水流运动的分析方法。 认识量纲分析与实验的关系。2对工程中的一般流体问题具有分析和计算的能力。3掌握一定的实验技能与方法，具有测量运动参数、分析实验数据和编写实验报告的能力。三、课程教学要求的层次有关定义、定理、性质、特征等概念的内容按“知道、了解、理解”三个层次要求；有关计算、解法、公式、法则等方法的内容按“会、掌握、熟练掌握”三个层次要求；实验按“观察、学会、能、测定、掌握、应用”六个层次要求。第二部分学时、教学安排、教材与教学环节一、学时分配与学分1学时分配本课程共 72 学时1章号内容课内学时实验名称：学时备注1绪论22流体静力学63流体运动学11流场演示实验： 14流体动力学基础12能量方程实验： 25流动阻力和能量损失13雷诺实验： 1沿程水头损失实验： 26孔口、管嘴和有压管流67明渠恒定流88堰流6堰流实验： 29渗流410相似原理与量纲分析4合计： 72 学时6482学分本课程共 4 学分。二、教学安排流体力学课程安排在第三学期，一个学期完成全部教学任务。三、文字教材根据远距离教育要求， 本课程的文字教材以文字主教材和文字辅助教材两部分组成，并采用合一式编排。文字教材是学生学习课程的主要用书，主教材部分的内容是课程的基本内容，是教学的主要依据。 辅教材部分的内容是对主教材相应内容进行归纳、 总结，通过例题与习题，帮助学生理解和掌握课程的内容。文字教材是学生获得知识和提高能力的重要媒体之一， 教材的内容要具有科学性，概念叙述要准确无误，方法的阐述要详细，论证要清楚，要体现远程开放教育的特点，要适合成人、以业余学习为主的特点，要便于自学。四、教学环节1本课程配有电视课，是重要的教学形式。22自学自学是电大学生获得知识的重要方式，自学能力的培养也是远程开放高等教育的目的之一，本课程的教学要注意对学生自学能力的培养。学生可以通过自学，收看电视、直播课堂、网上教学辅导等方式进行学习，各教学点可以采用灵活多样的助学方式，帮助学生学习。3面授助学面授助学要服从与教学大纲、文字教材、音像教材，采用讲解、讨论、答疑等方式，通过解题思路分析，计算方法训练，培养学生分析和计算、解决问题的能力。4作业独立完成作业是学生学好本课程的一项重要的、必不可少的工作。 作业内容以教材中的习题为主，通过这些习题的练习，逐步加深对课程中各种概念的理解、熟悉分析和计算方法，达到基本掌握本课程主要内容的目的。5实验实验是巩固和加深所学知识的重要手段，亦是培养学生掌握一定的实验技能、具有分析实验数据和编写报告能力的重要途径。学生应在教师的指导下独立完成规定的实验并编写实验报告。6考试考试题目要全面，符合教学大纲要求，同时要做到体现重点，题量适度，难度适中，题量和难度的梯度应按教学要求的不同层次安排。不出难题、怪题。第三部分教学内容与教学要求第一章 绪论（ 2 学时）一、教学内容§1-1 流体力学的任务及研究对象§1-2 流体的主要物理力学性质1 易流动性2 惯性3 粘滞性34 压缩性和膨胀性5 表面张力特性 §1-3 作用在流体上的力1 质量力2 表面力§1-4 流体的力学模型与研究方法1 力学模型2 研究方法重点：力的单位、易流动性、粘滞性、牛顿内摩擦定律、质量力、表面力、连续介质概念二、教学要求1 了解流体的主要物理力学性质，理解易流动特性和粘滞性，掌握牛顿内摩擦定律。2 理解质量力和表面力，掌握其表示方法。3 理解连续介质（质点的概念） 、粘性流体、理想流体、不可压缩流体、可压缩流体。知道流体的研究方法。第二章 流体静力学（ 8 学时）一、教学内容§2-1 流体静压强及其特性1 静压强的定义2 静压强的特性§2-2 流体的平衡微分方程及其积分1 流体的平衡微分方程 欧拉平衡微分方程2 流体的平衡微分方程的积分3 等压面及其特性§2-3 流体静压强分布规律1 流体静压强公式2 压强的计算基准和表示方法43 静压强分布图4 压强的量测仪器和方法 §2-4 作用于平面的液体总压力1 图解法2 解析法§2-5 作用于曲面的液体总压力1 水平分力2 铅垂分力3 总压力§2-6 浮力与浮体的稳定性1 浮力2 潜体的平衡及其稳定性3 浮体的稳定性重点：静压强及其特性，点压强的计算，静压强分布图，压力体图，作用于平面的液体总压力（图解法） ，作用于曲面的液体总压力。难点：复杂情况点压强的计算（利用等压面） ，压力体图，作用于曲面的液体总压力。二、教学要求1 理解和掌握静压强及其特性2 会欧拉平衡微分方程的推导，理解欧拉平衡微分方程的物理意义。3 熟练掌握流体静压强公式， 熟练掌握点压强的计算方法， 掌握压强的计算基准和表示方法，熟练掌握静压强分布图，掌握压强的量测方法。4 熟练掌握计算作用于平面的液体总压力。5 熟练掌握计算作用于曲面的液体总压力。第三章 流体运动学（ 13 学时）一、教学内容§3-1 流动描述51 描述流体运动的两种方法2 迹线与流线3 质点速度、加速度§3-2 描述流体运动的一些基本概念1 恒定流与非恒定流2 流管、总流、流量、断面平均流速3 一元流、二元流、三元流4 均匀流与非均匀流、渐变流与急变流 §3-3 流体运动的连续性方程1 流体运动的连续性方程：从三维流动入手推导2 总流的连续性方程：由三维连续性方程导出恒定总流的连续性方程3 连续性方程的应用：由一断面的平均速度求另一断面的平均速度；检验给定流动是否满足连续性方程§3-4 流体微团运动分析1 流体微团运动的基本形式：平移、线变形、角变形、旋转的概念及其相应表达式2 无旋流与有旋流：基本概念、无旋流满足的条件§3-5 平面势流1 速度势函数及其性质2 流函数及其性质3 流函数与速度势函数的关系4 几种简单的平面势流：均匀直线流、源流与汇流、环流5 流网法解平面势流：流网原理6 势流叠加法解平面势流：势流叠加原理重点：迹线与流线，质点加速度，连续性方程，无旋流与有旋流，流函数与速度势难点：微团运动的基本形式及其相应表达式，流函数与速度势函数建议：对微团运动分析的内容， 不必详细讲解， 但需明确指出流体微团运动的基本形式：平移、线变形、角变形、旋转。对无旋流（势流）强调对基本概念的理6解。二、教学要求1 了解描述液体运动的两种方法，掌握迹线、流线的概念及方程，掌握质点加速度表达式。2 了解描述流体运动的一些基本概念。3 熟练掌握连续性方程，尤其总流的连续性方程。4 理解无旋流与有旋流。5 了解几种简单的平面势流，知道流网法、势流叠加法解平面势流的原理。三、教学实验1 实验名称 : 流场演示实验2 实验内容：演示不同边界条件下的水流形态、水流绕不同形状物体的流动现象。3 实验要求：观察不同边界条件下的水流形态、水流绕不同形状物体的流动现象。第四章 流体动力学（ 14 学时）一、教学内容§4-1 理想流体运动微分方程 Euler 运动微分方程1 理想流体动压强的特性2 Euler 运动微分方程： 推导、加速度项展开、 静止条件下简化为 Euler 平衡方程§4-2 实际流体运动微分方程 Navier-Stokes方程1 实际流体质点应力分析2 实际流体运动基本微分方程（切应力表示）3 Navier-Stokes 方程（简介）§4-3 理想流体及实际流体恒定元流的能量方程（Bernoulli 方程）1 理想流体恒定元流的能量方程2 实际流体恒定元流的能量方程3 解释能量方程中各项意义74 能量方程应用（说明：上述方程亦可由理想流体、实际流体运动微分方程的积分导出，不详细推导）§4-4 实际流体恒定总流的能量方程1 实际流体恒定总流的能量方程推导：对元流能量方程在总流断面上积分。2 实际流体恒定总流的能量方程的应用应用条件、有能量输入输出、应用、总水头线和测压管水头线§4-5 动量方程推导、应用条件和方法、应用重点：能量方程及其应用，动量方程及其应用难点：能量方程、动量方程以及与连续性方程的联合应用。建议：对理想、实际流体运动微分方程的内容作一般介绍，指出方程的用途，即联立连续性方程理论上可求解流场中每一点的速度和压强，对学生不作要求。二、教学要求1 理解能量方程各项的