工程流体力学基础教程 教学大纲.docx

工程流体力学教学大纲第一局部大纲说明一、基本信息课程名称（中/英文）：工程流体力学/Engineering Fluid Mechanics课程类别：学科专业基础课程学分：4总学时：48 （其中：讲授学时44,实验学时4,上机学时0）适用专业：土木工程适用对象：本科先修课程：高等数学、大学物理、理论力学、材料力学二、课程简介本课程是土木工程专业的专业基础必修课，也可以作为工程管理类专业的选 修课程。本课程详细讲述了流体静止和运动的力学规律及在工程中的应用，使学 生掌握流体力学的基本概念、原理及研究方法、有关的计算与基本实验技能，对 工程中有关的流体力学问题能够应用流体力学知识进行分析并具备一定的解决 实际问题的能力，适应从事本专业各领域的工程技术和施工管理工作的要求，将 学生培养成基础扎实、工作踏实、作风朴实、具有开拓创新精神的建设者。同时 也为后续土力学、地基基础、土木工程施工技术、工程地质及交通、市政相关课 程的学习奠定理论基础。本课程教学过程中，引入国内典型工程、生活案例和介 绍杰出人物等思政元素，注重提高学生思想道德修养，培育学生的核心价值观, 以实现中国梦，激发学生爱国情怀。三、教材、参考书目及学习资料1、（德）L.普朗特.流体力学概论.北京：科学出版社,19812、于玲红.工程流体力学.北京：机械工业出版社,20153、郭仁宁，孟凡英主编.流体力学.徐州：中国矿业大学出版社,20104、刘树红，吴玉林，左志钢编著.应用流体力学.北京：清华大学出版社, 20125、孔珑主编.流体力学.I.北京：高等教育出版社,20036、孔珑主编.流体力学.11.北京：高等教育出版社,20037、伍悦滨主编.高等流体力学.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,20138、刘鹤年，刘京编.流体力学.北京：中国建筑工业出版社,20169、禹华谦主编.工程流体力学.北京：高等教育出版社,201110、张鸣远，景思睿，李国君.高等工程流体力学.西安：西安交通大学出版 社，200611、韩国军主编.流体力学基础与应用.北京：机械工业出版社,201212、章梓雄，董曾南编著.粘性流体力学.北京：清华大学出版社,201113、Pope, S. B. Turbulent flows.北京：世界图书出版公司，201014> OEDEN, J. TINSLEY. Finite elements: Fluid mechanics（V6）. Englewwod PRETICE-HALL, INC, 198615、胡敏良，吴雪茹主编.流体力学（第三版）.武汉：武汉理工大学出版社, 200816、（美）森哲尔,（美）辛巴拉编著.流体力学基础及其工程应用（英文版，原书 第2版）.北京：机械工业出版社,201317、赵萌主编.流体力学及其土木工程应用.北京：水利水电出版社,202018、俞永辉，赵红晓编著.流体力学与水力学实验（第二版）.上海：同济大学 出版社,201719、王先智编著.物理流体力学.北京：清华大学出版社,201820、高殿荣，张伟主编.工程流体力学（附习题详解）.北京：化学工业出版社, 201421、侯国祥主编.流体力学.北京：机械工业出版社,201522、禹华谦.工程流体力学（水力学）.成都：西南交通大学出版社,201823、尹小玲，唐小南著.Fluid Mechanics in Civil Engineering.广州：华南理工 大学出版社,2018第二局部学时、教材安排及成绩评定一、教学课时安排本课程共48个学时，4个学分早下内容讲授学时实验名称：学时备注1绪论22流体静力学4流体静力学实验：13流体运动学44流体动力学基础6能量方程实验：15量纲分析与相似理论46流动阻力与水头损失8雷诺实验：1沿程水头损失实验：17孔口、管嘴出流和有压管流68明渠流69堰流210渗流2合计：48444二、成绩构成和评分方法成绩构成：总分100分（其中：操行成绩20分，实验成绩10分，期末成绩 70分，及格线60分）（1）操行成绩评分方法：主要考核课堂表现（综合出勤、课堂纪律、课上 回答下列问题、作业完成情况等），及格线12分，不及格者课程成绩为0。（2）实验成绩评分方法：主要考核实验过程、实验结果及实验报告的质量。（3）期末成绩评分方法：采用闭卷形式考核，主要考核知识的综合运用。第三局部教学内容及要求一、课程内容及要求（1）绪论1、内容：流体力学概述，流体的连续介质模型，流体的主要物理性质，作 用在流体上的力。2、重点：力的单位、惯性、黏性、外表张力特性、压缩性、牛顿内摩擦定 律、质量力、外表力、连续介质概念。3、教学要求：了解流体的主要物理力学性质，理解惯性、黏性、压缩性和 外表张力特性，掌握牛顿内摩擦定律；理解质量力和外表力，掌握其表示方法; 理解连续介质（质点的概念）、黏性流体、理想流体、不可压缩流体、可压缩流 体。知道流体的研究方法。（2）流体静力学1、内容：流体静压强的性质，流体平衡微分方程，重力场中液体静压强的 分布规律，流体压强的量测，静止液体作用在平面上的总压力，静止液体作用在 曲面上的总压力。2、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。3、教学要求：理解和掌握静压强及其特性；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；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；熟练掌握计算作用于平面的液体总压力；熟练掌握计算作用于曲 面的液体总压力。(3)流体运动学1、内容：流体运动的描述方法，流体运动的假设干基本概念，流体运动的连 续性方程，流体微团运动分析。2、重点：流线与迹线，质点加速度，连续性方程，无旋流与有旋流。3、教学要求：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；了解描述流体运动的一些基本概念；熟练掌握连 续性方程，尤其总流的连续性方程；理解无旋流与有旋流。(4)流体动力学基础1、内容：流体运动微分方程，恒定元流伯努利方程，恒定总流伯努利方程， 恒定总流动量方程。2、重点：能量方程及其应用，动量方程及其应用。3、教学要求：理解能量方程各项的意义；熟练掌握能量方程、动量方程及 与连续性方程的联合应用。(5)量纲分析与相似理论1、内容：量纲分析，相似原理，模型实验。2、重点：量纲分析法，相似原理，相似准那么。3、教学要求：理解流体力学中的量纲和谐原理，知道兀定理内容；理解几 何、运动、动力相似之间的关系，了解牛顿相似原理；理解弗劳德准那么、雷诺准 那么，学会应用弗劳德准那么；知道模型设计过程。(6)流动阻力与水头损失1、内容：流动阻力和水头损失的分类，黏性流体的两种流态，黏性流体的 两种流态，圆管中的层流运动，紊流运动，紊流的沿程水头损失，局部水头损失。2、重点：雷诺数，尼古拉兹实验，紊流的阻力系数，沿程损失，局部损失。3、教学要求：知道雷诺实验过程，了解层流与紊流流态的特点，熟练掌握 流态判别标准；知道边界层理论；理解流动阻力的两种形式，掌握沿程损失和局 部损失的计算方法；了解圆管中层流运动的流速分布，熟练掌握层流沿程损失的 计算公式；知道紊流运动的分析方法，知道摩阻速度；理解尼古拉兹实验，了解 莫迪图，掌握阻力系数确实定方法，学会使用阻力系数计算公式解决工程问题; 掌握管道流动中局部阻力计算方法，知道局部阻力减阻措施。(7)孔口、管嘴出流和有压管流1、内容：孔口出流，管嘴出流，短管水力计算，长管水力计算，有压管道 中的水击。2、重点：恒定流孔口出流、管嘴出流，短管、长管水力计算。3、教学要求：理解孔口自由、淹没出流的概念，掌握恒定流孔口出流的计 算方法；了解管嘴出流；熟练掌握短管水力计算和相关工程问题的计算方法；掌 握长管水力计算；知道枝状、环状管网计算过程；了解水击发生的条件，知道有 压管流中水击过程。（8）明渠流1、内容：明渠的分类，明渠均匀流，明渠恒定非均匀流的假设干基本概念， 水跃和跌水，明渠恒定非均匀渐变流的基本微分方程，明渠恒定非均匀渐变流的 水面曲线分析。2、重点：无压恒定均匀流特征、断面单位能量、临界水深、急流、缓流、 临界流的概念及判别标准、明渠恒定非均匀渐变流的基本微分方程、水面曲线定 性分析。3、教学要求：了解明渠的分类，理解棱柱型渠道与非棱柱型渠道、顺坡、 平坡和逆坡渠道的概念；掌握明渠恒定均匀流特征及产生条件；掌握谢才公式、 曼宁公式，知道巴甫洛夫斯基公式；知道水力最优断面和允许流速；熟练掌握渠 道输水能力水力计算，会确定渠道底坡和渠道断面尺寸；了解无压圆管均匀流水 流特征，会进行无压圆管的水力计算；理解明渠恒定非均匀流特征及产生条件; 理解断面单位能量、临界水深，掌握急流、缓流、临界流及其判别标准；了解水 跃现象、水跃的基本方程、水跃函数图示，知道水跃的能量损失与长度计算方法； 知道明渠恒定非均匀渐变流的基本微分方程，会水面曲线定性分析。（9）堰流1、内容：堰流的定义及其分类，堰流的基本公式，堰流的水力计算。2、重点：宽顶堰水流特征、小桥孔径的水力计算。3、教学要求：了解堰流的定义及其分类；掌握堰流的基本公式；知道三角 堰、矩形堰、梯形堰流量公式；理解宽顶堰水流特征，掌握形成淹没式宽顶堰的 充分、必要条件；理解小桥孔径水力计算原那么。（10）渗流1、内容：渗流概述，渗流基本定律，地下水的渐变渗流，井和井群。2、重点：达西定律、恒定渐变渗流的杜比公式、大口井、井群（基坑）的 水力计算。3、教学要求：了解渗流模型，理解渗流达西定律；理解非均匀渐变渗流断 面流速均匀分布（裘皮依公式），知道渐变渗流基本微分方程，知道浸润面的概 念；掌握井、井群（基坑）的水力计算。二、实验（实践）内容及要求1、流体静力学实验实验类型：验证型实验内容及要求：利用U形管测量液体密度；测定矩形平面上的静水总压 力等。2、能量方程实验实验类型：验证型实验内容及要求：测量急变流、渐变流、均匀流过水断面压强分布；绘制测 压管水头线和总水头线。3、雷诺实验实验类型：验证型实验内容及要求：测定水流的雷诺数；判别层流紊流的流态。4、沿程水头损失实验实验类型：综合型实验内容及要求：测定各种流态下管道的沿程水头损失系数。