《工程流体力学》课程教学大纲——赵威风.docx

《《工程流体力学》课程教学大纲——赵威风.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《工程流体力学》课程教学大纲——赵威风.docx（18页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、工程流体力学课程教学大纲一、课程基本信息英文名称EngineeringF1uidMechanics课程代码UMEC1001课程性质大类基础课程授课对象建筑环境与能源应用工程学分3.5学时72主讲教师赵威风修订日期20230527指定教材蔡增基，龙天渝，流体力学泵与风机第五版，中国建筑工业出版社，2009二、课程性质工程流体力学课程是建筑环境与能源应用工程专业的大类基础课程，旨在使学生掌握流体力学的基本概念、基本原理、基本实验方法和实验技能，为后续专业课的学习提供充分的理论准备，为将来从事科学研究以及专业工作打下必要的理论基础。三、课程目标(-)总体目标：通过本课程的学习，学生应理解并掌握流体的

2、基本理论、基本概念、基本方法。本课程主要培养学生掌握流体平衡和运动的基本理论和工程计算方法，并能够根据所学知识分析和解决相应的工程设计实践中面临的流体平衡和流动问题，同时为学生在相关专业的课程设计及毕业设计或相关专业的继续深造打下基础。(二)课程目标：课程目标1：了解和掌握对流体力学中流体物理性质的基本概念。课程目标2：掌握流体静力学、流体运动学、流体动力学以及相似原理与量纲分析的基本理论和规律。课程目标3：掌握圆管内的粘性流动水头损失计算，会进行管道设计的水力计算。课程目标4：了解流体力学对工程实际问题的解决方法和思路，能够根据所学知识分析和解决工程设计实践中面临的流体流动的问题。(H)课程

3、目标与毕业要求、课程内容的对应关系本课程支撑专业培养计划中毕业要求2：观测点2-1.能运用相关科学原理，识别和判断建筑环境与能源应用工程专业中的复杂工程问题的关键环节。观测点2-2.能基于相关科学原理和数学模型方法正确表达建筑环境与能源应用工程中的狂杂工程问题。观测点2-4.能运用基本原理，借助文献研究，分析过程的影响因素，获得有效结论。课程目标与毕业要求观测点对应关系：表1:课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表课程目标课程子目标对应课程内容对应毕业要求课程目标11.1：了解和掌握对流体力学中流体物理性质的基本概念导论观测点2-1课程目标22.1：掌握流体静力学的基本理论和规律流体静力学观

4、测点2-22.2：掌握流体运动学、流体动力学的基本理论和规律一元流体动力学基础、不可压缩流体动力学基础观测点2-2掌握相似原理与量纲分析的基本理论和规律相似性原理和因次分析观测点2-2课程目标33.1：掌握圆管内的粘性流动水头损失计算，会进行管道设计的水力计算流体阻力和能量损失观测点2-1课程目标44.1：了解流体力学对工程实际问题的解决方法和思路，能够根据所学知识分析和解决工程设计实践中面临的流体流动的问题空口管嘴管路流动、绕流运动观测点2-4四、教学内容第一章导论1教学目标1 1)了解流体力学的发展历史，了解流体力学的研究方法及其应用。(2)掌握流体的主要物理性质和连续介质假设。(3)掌握

5、作用在流体上的力。2 .教学重难点(1)理解牛顿内摩擦定律及其适用条件。(2)基于实例，深入理解作用在流体上的力，特别是质量力。3 .教学内容第一节流体力学的任务及发展概况第二节流体的特征和连续介质假设(1)流体的特征和连续介质假设(2)流体连续介质假定第三节流体的主要物理性质(1)流体的密度(2)流体的压缩性和膨胀性(3)流体的粘性和牛顿内摩擦定律(4)流体的表面张力和毛细现象第四节作用在流体上的力(1)表面力(2)质量力4 .教学方法(1)讲授法：相关概念及理论框架。(2)案例：讲解典型表面力和质量力。(3)自学：观看相关教学视频材料。5 .教学评价回答下问题：(1)流体有哪些特性？试述液

6、体和气体特征的异同。(2)什么是连续介质？在流体力学中为什么要建立连续介质这一理论模型？(3)试叙述流体的密度、相对密度的概念，并说明它们之间的关系。(4)何谓流体的压缩性和膨胀性？(5)举例说明怎样确定流体是可压缩的或是不可压缩的。(6)何谓流体的粘性？流体的粘性与流体的宏观运动是否有关？静止流体是否有粘性？静止流体内部是否有粘性切向应力？(7)为什么要提出理想流体这个假设？它与热力学中的理想气体有什么区别？(8)什么是表面张力？试对表面张力现象作物理解释。(9)作用在流体上的力有哪些？在什么情况下有惯性力？在什么情况下有摩擦力？第二章流体静力学1 .教学目标(1)掌握流体静压强及其特性，流

7、体静压强的分布规律，压强的计量基准和度量单位,了解液柱测压计的工作原理，掌握作用在平面的液体压力和作用在曲面的液体压力的特性和计算。(2)掌握流体平衡微分方程式及其推导。(3)掌握平面上的静水总压力大小的计算方法及作用点的求解方法。(4)掌握曲面静水总压力大小和方向的确定。(5)掌握流体相对平衡时的压力分布规律。2 .教学重难点(1)流体平衡微分方程式。(2)平面上的静水总压力及作用点。(3)曲面静水总压力。3 .教学内容第一节流体静压强及其特性第二节流体平衡微分方程(1)流体平衡微分方程式(2)流体平衡条件(3)等压面第三节重力作用下的流体平衡方程(1)重力作用下的静力学基本方程(2)压强的

8、度量第四节压强计量基准和液柱测压计(1)测压管(2) U形管测压计(3) U形管差压计(4)倾斜微压计第五节平面上的静水总压力(1)总压力的大小(2)总压力的作用点第六节曲面的静水总压力(1)总压力的大小和方向(2)压力体的概念第七节液体的相对平衡4 .教学方法(1)讲授法：相关概念及理论框架。(2)自学：观看相关教学视频材料。5 .教学评价回答下问题：(1)流体的静压强有哪些特性？(2)流体平衡微分方程是如何建立的？它的物理意义是什么？(3)什么是等压面？等压面的特征方程是取何形式？等压面与单位质量力有什么关系？(4)写出流体静力学基本方程的几种表达式。说明流体静力学基本方程的物理意义和几何

9、意义。(5)什么是绝对压强？表压？真空度？它们之间有什么关系？(6)什么是压力体？(7)重力为G的物体在液体中有哪些存在方式？如何确定？第三章一元流体动力学基础1教学目标(1)理解拉格朗日法和欧拉法描述流体运动的本质及其方程式。(2)掌握流体恒定流动和非恒定流动、迹线与流线、流量和平均流速、均匀流和非均匀流的概念。(3)理解流管、流束和总流的概念以及应用原理。(4)掌握微元流束和总流的连续性方程的形式。(5)掌握理想流体微元流束的伯努利方程的推导及应用。(6)掌握总水头线和测压管水头线。(7)掌握定常流动的动量方程的形式。6 .教学重难点(1)恒定流动和非恒定流动、迹线与流线、流量和平均流速、

10、均匀流和非均匀流。(2)理想流体微元流束的伯努利方程的推导及应用。(3)恒定流动的动量方程的形式。7 .教学内容第一节描述流体运动的两种方法第二节恒定流动和非恒定流动第三节迹线与流线第四节一元流动模型第五节连续性方程第六节恒定元流能量方程式第七节过流断面的压强分布第八节恒定总量能量方程式第九节伯努利方程的应用第十节总水头线和测压管水头线第十一节恒定气流能量方程式第十二节总压线和全压线第十三节恒定流动量方程8 .教学方法(1)讲授法：相关概念及理论框架。(2)自学：观看相关教学视频材料。9 .教学评价回答下问题：(1)研究流体运动的拉格朗日法和欧拉法的实质是什么？(2)何为流线、迹线、有效截面、

11、定常流动、非定常流动、一维流动、二维流动、三维流动？(3)流线和迹线有什么区别？(4)在什么条件下流场中的流线和迹线重合？(5)伯努利方程各项的物理意义？(6)动量方程能解决什么问题？第四章流动阻力和能损失1教学目标(1) 了解沿程阻力和沿程损失。(2) 了解紊流脉动现象与时均速度，以及紊流中沿程损失的计算。(3) 了解尼古拉兹人工粗糙管的概念，了解尼古拉兹实验曲线。(4) 了解非圆形管道沿程阻力计算的折算办法。(5) 了解局部阻力产生的各种原因及局部损失的计算方法。(6)掌握沿程阻力与沿程损失的含义和计算公式。(7)掌握雷诺实验的方法和内容，以及雷诺数的物理意义。2 .教学重难点(1)沿程损

12、失计算。(2)雷诺数3 .教学内容第一节沿程损失和局部损失(1)流动损失分类(2)局部阻力与局部损失第二节层流与紊流、雷诺数(1)雷诺实验与雷诺数(2)层流与紊流(3)能量损失与平均流速的关系第三节圆管流体的层流运动第四节紊流运动的特征和紊流阻力第五节尼古拉兹实验第六节工业管道紊流阻力系数计算公式第七节非圆管的沿程损失第八节管道流动的局部损失第九节减小阻力的措施4 .教学方法(1)讲授法：相关概念。(2)自学：观看相关教学视频材料。5 .教学评价回答下问题：(1)如何理解流体的运动状态？(2)如何理解局部阻力产生的？第五章孔口管嘴管路流动6 .教学目标(1)掌握串联、并联管道的概念和计算方法。

13、7 2)了解水击现象的理论描述。2 .教学重难点管路的串联与并联3 .教学内容第一节孔口自由出流第二节孔口淹没出流第三节管嘴出流第四节简单管路第五节管路的串联与并联第六节管网计算基础第七节有压管中的水击4 .教学方法(1)讲授法：相关概念。(2)自学：观看相关教学视频材料。第六章气体射流(自学)第七章不可压缩动力学基础1教学目标(1)掌握线速度、线变形速度、旋转角速度和剪切变形速度的表达式及其概念。(2)掌握有旋运动和无旋运动的定义及其判定条件。(3)理解应力张量。(4)掌握流体运动的微分方程中的、avier-Stokes方程各项的意义5 .教学重难点(1)流体微团运动基本形式。(2)应力张量

14、。6 3)Navier-Stokes方程。3 .教学内容第一节流体微团运动的分析(1)表示流体微团运动特征的速度表达式(2)流体微团运动的分解第二节有旋流动(1)有旋运动和无旋运动的定义(2)速度环量和漩涡强度第三节不可压缩流体连续性微分方程第四节以应力表示的粘性流体运动微分方程式第五节应力与变形速率的关系第六节纳维-斯托克斯方程第七节理想流体运动微分方程及其积分第八节流体流动的初始条件和边界条件第九节不可压缩粘性流体紊流运动的基本方程及封闭条件4 .教学方法(1)讲授法：相关概念及理论框架。5 .教学评价回答下问题：(1)流体微团运动的基本形式？(2)如何理解应力张量？(3) NaViCr-StOkeS方程中各项的意义?第八章绕流运动1.教学目标(1)掌握速度势函数和流函数的概念及计算方法。(2)掌握边界层的概念及其基本特征。(3)掌握曲面边界层分离的起因和现象。(4)掌握卡门涡街的成因和现象。(5) 了解绕流阻力的概念和计算2 .教学重难点(1)速度势函数。(2)流函数。(3)附面层理论。(4)卡门涡街。3 .教学内容第一节无旋流动第二节平面无旋流动第三节几种简单的平面无旋流动第四节势流叠加第五节平面无旋流动的有限差分法第六节