《工程流体力学理论与进展2》课程教学大纲.docx

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1、工程流体力学理论与进展2 (2-2)教学大纲一、课程基本信息课程名称工程流体力学理论与进展(2-2)Theory and Progress of Engineering Fluid Mechanics (2-2)课程编码SPE422512200开课院部石油工程学院课程团队流体力学课程组学分3.0课内学时48讲授48实验0上机0实践0课外学时48适用专业本研一体化班(石油工程类)授课语言中文先修课程数学分析(2-1).数学分析(2-2).大学物理(2-1).线性代数与解析几何、大学物理(2-2).工程流体力学理论与进展(2-1).数学物 理方法、工程力学课程简介 (必修)工程流体力学理论与进展(

2、2-2)是工程流体力学理论与进展(2-1)的进阶课程，主要内容包括场论与张量基本知识、流体运动学、 流体力学基本方程、粘性流体运动基本性质、N-S方程的精确解、边界层理论基础、流体的旋涡运动、湍流流动。本课程的学习目标是让 相关专业的本科生掌握较为扎实的流体力学知识，结合实际工程问题，培养学生在科学研究和工程实践中利用流体力学知识分析、解决复 杂问题的能力。The Theory and Progress of Engineering Fluid Mechanics (2-2) is an advanced course of the Theory and Progress of Enginee

3、ring Fluid Mechanics (2-1). The main contents include basic knowledge of field theory and tensor, Fluid kinematics, basic equations of fluid mechanics, basic properties of viscous fluid motion, exact solutions of N-S equations, theoretical basis of boundary layer, vortex motion of fluid, turbulent f

4、low. The learning goal of this course is to enable undergraduates of relevant majors to master relatively solid knowledge of fluid mechanics, and to train students to use fluid mechanics knowledge analysis in scientific research and engineering practice in combination with practical engineering prob

5、lems, ability to solve complex problems.负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标0BE毕业要求指标点任务自选1Ml目标1 ：掌握流体力学基本概念，并能综合流体力学相关的基础知识，从工程实际问题中抽象出流体 力学问题是2M2目标2 ：针对工程实际问题中抽象出的流体力学问题，利用基本概念和方程，建立问题的数学模型， 并进行初步求解是3M3目标3 ：用理论手段对建立起的数学模型进行复杂求解，进一步从专业相关的实际问题中识别流体力 学问题并加以分析是三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课 程目标课内 学时教学方式课外 学时课外环节1第1章第1

6、章场论与张 量基本知识本章重点难点：基本方程的矢量表达与分量表达转换f / /21. 11.1场论简述场的概念、矢量运算（点积、叉积、混合积、向量积）Ml1讲授1自学31.21.2曲线坐标正交曲线坐标系下的常用表达式Ml1讲授1自学41.31. 3张量初步Nabla算子、梯度、散度、旋度Ml2讲授2作业5第2章第2章流体运动 学本章重点难点：平面势流求解的基本思路和实施途径/62. 12.1流体运动的描 述方法拉格朗日法、欧拉法、迹线、流线、速度势、流函数、复势Ml2讲授2作业72.22. 2流体微团运动 分析Helmholtz速度分解定理、有旋与无旋流动Ml2讲授2自学82.32. 3平面定

7、常无旋 流动的复势均匀流、源/汇、点涡、偶极子Ml2讲授2作业92.42.4势流叠加原理圆柱体的无环量绕流、圆柱体的看坏量绕流M2, M32讲授，讨 论2作业10第3章第3章流体力学 基本方程本章重点难点：两种形式（积分形式、微分形式）的方程推导/113. 13.1雷诺输运方程预备知识（质点导数、雅可比行列式、系统和控制体）Ml0.5讲授0.5自学123.23. 2连续性方程积分形式、微分形式、雷诺第二输运方程Ml0.5讲授0. 5自学133.33.3运动方程（动积分形式、微分形式Ml1讲授1自学量方程）143.43. 4能量方程积分形式、微分形式Ml1讲授1自学15第4章第4章粘性流体 运动

8、基本性质本章重点难点：方程推导、适用范围及实例应用/164. 14. 1本构方程Stokes三大假定、广义牛顿内摩擦定律Ml1讲授1自学174.24.2粘性流动的运 动方程（N-S方 程）方程推导、物理意义、方程退化、适用条件、可解性Ml1讲授1自学184.34.3伯努利积分与 拉格朗日积分及应用伯努利积分及应用（虹吸管）、拉格朗日积分及应用（U形管振 荡）M2, M32讲授，讨 论2作业19第5章第5章N-S方程 的精确解本章重点难点：利用多种数学手段得到N-S方程的某些精确解/205. 15.1定常平行剪切 流重力作用卜平行平板间流动、重力作用下倾斜流动、管流、环 空流动M2, M33讲授

9、，讨 论3作业215.25. 2非定常平行剪 切流平行平板间脉冲流动、圆管Poiseuille流起动过程、平板起动 流、平板振荡流M2, M33讲授，讨 论3作业225.35. 3小雷诺数流动Stokes方程、圆球绕流M2, M32讲授，讨 论2作业23第6章第6章边界层理 论基础本章重点难点：边界层微分方程和积分方程的推导及应用/246. 16.1基本概念定义、流态、厚度量级、厚度定义、边界层内外流动衔接Ml1讲授1自学256.26. 2边界层微分方 程N-S方程的无量纲化、量级对比分析、相似性解Ml1讲授1自学266.36. 3边界层动量积 分方程从边界层微分方程推导、从动量定理推导Ml1

10、.5讲授1. 5自学276.46. 4平板边界层近层流、湍流、混合边界层近似计算M2, M32讲授，讨2作业似计算论286.56. 5边界层分离分离机理、绕流阻力（摩擦阻力、压差阻力）Ml1.5讲授1. 5自学29第7章第7章流体的旋 涡运动本章重点难点：旋涡运动基本定理及其诱导的速度场/307. 17.1基本概念涡量、涡线、涡管、涡束、涡通量Ml0.5讲授0. 5自学317.27. 2速度环量定义、速度环量定理M2, M31讲授，讨 论1作业327.37. 3旋涡运动基本 定理开尔文定理、拉格朗日定理、亥姆霍兹三大定理Ml1.5讲授1.5自学337.47.4旋涡诱导的速 度场毕奥一萨伐尔定律

11、、直线涡束诱导速度场、涡群的运动M2, M31讲授，讨 论1作业34第8章第8章湍流流动本章重点难点：湍流满足的基本方程及湍流模式/358. 18.1流动稳定性线性稳定性、临界雷诺数Ml0.5讲授0.5自学368.28. 2湍流的特征随机性、输运性、耗散性、有旋性Ml0.5讲授0.5自学378.38. 3湍流运动基本 方程连续性方程、时均流动运动方程Ml0.5讲授0.5自学388.48. 4湍流模式理论 简介涡粘模式、普朗特混合长度模式、k-模式Ml0.5讲授0. 5自学39习题课课后习题点评点评课后习题总体情况，讲解主要存在问题及错误的知识点M2, M34讲授，讨 论4自学40专题报 告专题

12、报告结合专业方向的流体力学相关研究进行PPT汇报M2, M34讲授，讨 论4大作业四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1平时表现1 .随机检查学生上课精神状态、回答问题情况。2 .开展随堂测试，实时掌握学生学习情况。10%2平时作业1 .每周布置2-3道题目，平均每次课1道题以上。20%2 .成绩采用百分制，根据作业完成准确性、是否按时上交、是否独立完成评分。3 .考核学生对工程流体力学基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力。题型主要有计 算、推导和证明题。3专题报告1 .要求每个学生有1次课堂报告（专题报告/案例分析报告）。2 .成绩采用百分制，主要根据PPT准

13、备、讲述表现、综合应用知识分析问题解决问题的能力、创新性等评分。15%4期末考试1 .开卷考试，成绩采用百分制，卷面成绩总分100分。2 .主要考核学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力，题型主要有简答题、作图题、分析题、计算题、证明 题等。50%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1Ml平时表现30%A-参与不同形式的教学活动3次以上。B-参与不同形式的教学活动2次以上。C-参与不同形式的教学活 动1次以上。D-不参与教学活动。2Ml平时作业30%A-独立思考、按时完成，作图规范，解题思路清晰、步骤完整、格式合理、答案准确。B-独立思考、按时 完成，作图比较规范，解题思路比

14、较清晰、步骤比较完整、格式合理、答案准确。c-独立思考、按时完 成，作图基本规范，解题思路基本清晰、步骤基本完整、格式比较合理、答案部分准确。D-作业抄袭，未 能按时完成，作图不规范，解题思路混乱3Ml期末考试40%（见试卷评分标准）4M2平时作业30%A-独立思考、按时完成，作图规范，解题思路清晰、步骤完整、格式合理、答案准确。B-独立思考、按时 完成，作图比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式合理、答案准确。C-独立思考、按时完 成，作图基本规范，解题思路基本清晰、步骤基本完整、格式比较合理、答案部分准确。D-作业抄袭，未 能按时完成，作图不规范，解题思路混乱5M2专题报告30%A

15、-独立思考、按时完成，讲述清晰，思路清楚，格式完整合理，且有一定个人见解。B-独立思考、按时完 成，讲述比较清晰，思路比较清楚，格式比较完整合理。C-独立思考、按时完成，讲述基本清晰，思路基 本清楚，格式基本完整合理。D-报告抄袭，未能按时完成，讲述不清晰，思维混乱。6M2期末考试40%（见试卷评分标准）7M3平时作业30%A-独立思考、按时完成，作图规范，解题思路清晰、步骤完整、格式合理、答案准确。B-独立思考、按时 完成，作图比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式合理、答案准确。c-独立思考、按时完成，作图基本规范，解题思路基本清晰、步骤基本完整、格式比较合理、答案部分准确。D-作

16、业抄袭，未 能按时完成，作图不规范，解题思路混乱8M3专题报告30%A-独立思考、按时完成，讲述清晰，思路清楚，格式完整合理，且有一定个人见解。B-独立思考、按时完 成，讲述比较清晰，思路比较清楚，格式比较完整合理。c-独立思考、按时完成，讲述基本清晰，思路基 本清楚，格式基本完整合理。D-报告抄袭，未能按时完成，讲述不清晰，思维混乱。9M3期末考试40%（见试卷评分标准）评分等级说明：A, B, C, D = 90-100, 75-89, 60-74, 0-59六、教材与参考资料序号教学参考资料明细1图书1粘性流体力学，张梓雄，董曾南，清华大学出版社，2011. （*主教材）2图书1流体力学，吴望一，北京大学出版社，2016.3图书高等流体力学，朱克勤，彭杰，科学出版社，2017.4图书1图等流体力学，费祥麟等，西安交通大学出版社，1989.