流体力学

流体力学

课程编码：	3073009242	课程名称：	流体力学
总学分：	3	总学时：	48 （理论40 实验8）
课程英文名称：	Fluid Mechanics
先修课程：	高等数学、工程力学、传热学等
适用专业：	环境工程

一、课程的性质、地位和任务

流体力学是环境工程专业的学科基础课程。先修课程主要有高等数学、理论力学、工程力学、热力学等。本课程的基本任务是：学习流体力学的基础理论、基本分析方法，培养学生进行流体力学实验研究和实验测量的基本技能，学习和掌握流体力学的基本计算。本课程将通过对各种典型流动问题的分析，阐述支配流体运动的各种物理规律及其不同情况下所表现出来的数学形式；并通过大量的实例，理解如何将这些理论和方法用于分析和解决与流体流动相关的实际工程问题，通过实验教学环节，加深学生对典型流动现象的了解，并培养学生在流体力学实验测量，水力计算和流动阻力计算等方面的基本技能。本课程教学内容不仅是学习后继专业课程必要的基础，也是从事相关科学研究及实际工程技术工作的必要基础。

二、教学目标要求

1.理解和掌求握流体力学的基本概念、基本原理及基本的计算方法；

2.掌握流体的静力学和动力学的力学规律并能应用这些规律解决工程实际中的计算问题；

3.学习和掌握流体运动的阻力形成特性及阻力损失的计算方法和计算技巧；

4.掌握实验测量的初步技能，即能应用液柱测压计等测定各种水力要素，掌握液体在管道中流动阻力损失的测定方法；

5.掌握孔口出流、管嘴出流和有压管路的水力计算方法和计算技巧。

三、理论教学内容及安排

第1章绪论 （2学时） 

教学目标：理解作用在流体上力, 掌握流体的主要物理性质。

重点和难点：重点是流体的主要物理性质；难点是流体的粘滞性。

1.1 流体力学的研究对象   （1学时）

1.2 作用在流体上的力

1.3 流体的主要物理性质   （1学时）

1.4 流体的力学模型                

第2章 流体静力学    （8学时）

教学目标：理解静压强特性、分布规律和静压强分布图，掌握压强计算方法和作用在壁面上总压力的计算。

重点和难点：重点是静压强分布规律、压强计算方法和静压强分布图；难点是流体作用在固体壁面上总压力的计算。

2.1 流体的静压强及其特性       （1学时）

2.2 静压强的分布规律           （1学时）     

2.3 静压强的计算基准和度量单位 （1学时）  

2.4 液柱测压计                 （1学时 ）           

2.5 作用于平面的液体总压力     （2学时）              

2.6 作用于曲面的液体总压力     （1学时 ） 

2.7 水静力学原理的运用         （1学时 ）     

第3章 一元流体动力学基础  （10学时）

教学目标：理解流体流动的基本概念，认识流体机械能变化规律，掌握流体动力学的连续方程、能量方程和动量方程等三大基本方程，并能正确运用三大方程解决工程实际问题。

重点和难点：重点是流体动力学的连续性方程，能量方程和动量方程等三大基本方程；难点是运用流体动力学的三大基本方程解决工程实践中的计算问题和计算技巧。

3.1 描述流体运动的两种方法    （1学时 ）   

3.2 恒定流动与非恒定流动      

3.3 流线和迹线                （1学时 ）                         

3.4 一元流动模型                

3.5 连续性方程                （1学时 ）          

3.6 恒定元流能量方程          （1学时 ）          

3.7 过流断面的压强分布        （1学时 ）            

3.8 恒定总流能量方程式        （1学时 ）

3.9 能量方程的应用            （1学时 ）        

3.10 总水头线和测压管水头线   （1学时）   

3.11 恒定气流能量方程式       （1学时 ）

3.12 总压线和全压线

3.13 恒定流动量方程式及其运用 （1学时 ）            

第4章 流动阻力和能量损失 （8学时）

教学目标：理解紊流、层流的特性和雷诺数，掌握流体流动过程中两种不同流态的能量损失的计算方法。

重点和难点：重点是雷诺数判别紊流和层流，流动过程中两种不同能量损失即沿程损失和局部的计算方法；难点是雷诺数的物理意义，紊流运动的能量损失计算技巧。

4.1 沿程损失和局部损失             （1学时 ）   

4.2 层流与紊流、雷诺数   

4.3 圆管中的层流运动               （2学时 ）       

4.4 紊流运动的特征和紊流阻力       （1学时 ）       

4.5 尼古拉兹实验                   （1学时 ）        

4.6 工业管道紊流阻力系数的计算公式 （1学时 ）            

4.7 非圆管的沿程损失计算           （1学时 ）       

4.8 管道流动的局部水头损失         （1学时 ）  

4.9 减小阻力的措施                      

第5章  孔口管嘴管路流动  （8学时）

教学目标：理解孔口和管嘴出流的特性，掌握孔口、管嘴出流和有压管路的水力计算。

重点和难点：重点是应用孔口和管嘴出流的计算公式解决工程实际中的计算问题；难点是应用流体力学的基本方程推导孔口和管嘴出流、串联和并联管路的水力计算公式以及运用其公式进行计算的技巧。

5.1 孔口自由出流           （1学时 ）        

5.2 孔口淹没出流           （1学时 ）          

5.3 管嘴出流               （2学时 ）            

5.4 简单管路               （1学时 ）         

5.5 管路的串联与并联       （2学时 ）       

5.6 管网计算基础           （1学时 ）        

5.7 有压管中的水击            

第6章 流体力学的应用（4学时）

教学目标：了解水泵与风机的基本理论，掌握水泵与风机的性能曲线，运行工况点，工况调节，能根据工程实际合理选择水泵和风机。

重点和难点：重点是水泵与风机的工作原理及性能参数，难点是水泵与风机选型。

6.1 水泵与风机的工作原理及主要参数   （1学时）

6.2 水泵的性能曲线和运行工作点       （1学时）

6.3 水泵与风机的调节                 （1学时）

6.3 水泵与风机选型                   （1学时）

四、实验教学环节安排

1．目的和任务

通过实验教学环节，使学生掌握测量流体运动要素的基本技能，能应用毕托管测流速，掌握测定圆管中流动液体的沿程阻力系数λ和管道各种局部阻力系数ζ的方法；用雷诺实验仪测定沿程水头损失与断面平均流速等相关参数，观察层流和紊流流动形态，并确定临界雷诺数。培养学生的科学态度和实验结果的分析、综合和独立完成实验报告的能力。

2．教学目标及要求

1）运用静压仪测量任意一点静压强，测定两种液体的重度，理解测压管水头的实际意义，验证静力学基本方程式，加深对基本方程的理解。

2）运用测压仪及稳定流动的圆管，突然扩大的局部阻力损失测量仪测出相关数据，掌握测量管道各种局部损失系数ζ的方法，并将实测值与理论值比较，分析其结果。

3）运用用雷诺实验仪测定沿程水头损失与断面平均流速等相关参数，观察层流和紊流流动形态，并确定临界雷诺数。

3．实验内容与学时分配（8学时）

五、教学方式及考核方式

采用多媒体与黑板板书相结合的教学方式，以课堂教学为主，实验教学为辅。

课程考核方式：检查作业，闭卷考试。

课程成绩评定：平时作业（作业、实验、小设计、考勤）40％，期末考试60%。

六、主要参考文献

[1] 龙天渝，蔡增基.流体力学.北京：中国建筑工业出版社，2004

[2] 于布. 水力学. 广州：华南理工大学出版社，2001

[3] 徐文鹃.工程流体力学. 哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2002

[4] 景思睿.张鸣远编. 流体力学.西安：西安交大出版社，2001

 [5] 张也影.流体力学.北京：高等教育出版社，1999

[6] 莫乃榕.流体力学、水力学题解.武汉：华中科技大学出版社，2000

[7] 李玉柱.苑明顺编.流体力学.（第二版）北京：高等教育出版社，2008

 [8] 陈文义，张伟等.流体力学.天津：天津大学出版社，2004

[9] http://mechanics.cncourse.com

[10] http://www.fluid.net.cn

[11] http://www.ansys.com.cn/cae/cfd.php

[12] http://www.watertech.net.cn

        撰稿人：肖新棉

                                               审稿人：张衍林