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職業資格類、計算機類、建筑工程類、等9大類考試的在線網絡培訓輔導。

英文名稱：Engineering Fluid Mechanics

課程編號：080820060

總學時：56 實驗學時：6 總學分：3.5

適用對象：熱能與動力工程

先修課程：高等數學、物理學、理論力學等

大綱主撰人：張潔 大綱審核人：張小兵

一、課程性質、目的和任務

1、課程性質：本課程是建筑環境與設備工程及熱能與動力工程專業的共有專業基礎課程。

2.、教學目的：是使學生掌握流體力學的基本概念、基本原理、基本實驗方法和實驗技能，為后續專業課的學習提供充分的理論準備，為將來從事科學研究以及專業工作打下必要的理論基礎。

二、教學內容及要求：

第1章：緒論

授課學時：3

內容及要求：

1-1 流體力學的任務及發展概況

要求：了解流體力學的發展歷史，了解流體力學的研究方法及其應用。

1-2 流體的主要物理性質

內容：流體的密度、流體的壓縮性和膨脹性、流體的粘性和牛頓內摩擦定律、流體的表面張力和毛細現象

要求：掌握流體的密度及相對密度的定義；掌握流體連續介質假定的必要性和合理性；了解不同流體粘性的成因，掌握牛頓內摩擦定律，了解影響流體粘性的因素，掌握理想流體的定義及其意義，了解黏度的測量方法；了解表面張力和毛細現象的成因。

1-3 流體的特征和連續介質假設

內容：流體的特征和連續介質假設、流體連續介質假定

要求：掌握流體的定義，了解不同流體的特征；掌握流體連續介質假定的必要性和合理性。

1-4 作用在流體上的力

內容：表面力、質量力

要求：掌握流體的表面力的定義及種類；掌握流體的質量力的定義及種類。

思考題：

1、流體有哪些特性？試述液體和氣體特征的異同。

2、什么是連續介質？在流體力學中為什么要建立連續介質這一理論模型？

3、試敘述流體的密度、相對密度的概念，并說明它們之間的關系。

4、何謂流體的壓縮性和膨脹性？

5、舉例說明怎樣確定流體是可壓縮的或是不可壓縮的。

6、何謂流體的粘性？流體的粘性與流體的宏觀運動是否有關？靜止流體是否有粘性？靜止流體內部是否有粘性切向應力?

7、為什么要提出理想流體這個假設？它與熱力學中的理想氣體有什么區別？

8、什么是表面張力？試對表面張力現象作物理解釋。

9、作用在流體上的力有哪些？在什么情況下有慣性力？在什么情況下有摩擦力？

第2章：流體靜力學

授課學時：12

內容及要求：

2-1 流體靜壓強及其特性

要求：掌握流體靜壓強及其特性，流體靜壓強的分布規律，壓強的計量基準和度量單位，了解液柱測壓計的工作原理，掌握作用在平面的液體壓力和作用在曲面的液體壓力的特性和計算。

2-2 流體平衡微分方程

內容：流體平衡微分方程式、流體平衡條件、等壓面

要求：掌握流體平衡微分方程式及其推導；掌握流體的平衡條件，液體的相對平衡條件；掌握流體等壓面的概念和方程表示。

2-3 重力作用下的流體平衡

內容：重力作用下的靜力學基本方程、壓強的度量

要求：掌握重力作用下的靜力學基本方程的物理意義和幾何意義；掌握流體壓強的度量單位，掌握壓i強的表壓、絕對壓力和真空度的概念。

2-4 流體靜力學基本方程的應用

內容：測壓管、U形管測壓計、U形管差壓計、傾斜微壓計

要求：掌握測壓管的結構和工作原理；掌握U形管測壓計的結構和工作原理；掌握U形管差壓計的結構和測量原理；掌握傾斜微壓計的結構和測量原理。

2-5 平面上的靜水總壓力

內容：總壓力的大小、總壓力的作用點

要求：掌握總壓力大小的計算方法；掌握總壓力的作用點的求解方法。

2-6 曲面的靜水總壓力

內容：總壓力的大小和方向、總壓力的作用點、壓力體的概念、靜止液體作用在曲面上的總壓力的計算程序

要求：掌握曲面靜水總壓力大小和方向的確定；掌握曲面總壓力的作用點的求解方法；掌握壓立體的概念和計算方法；掌握靜止液體作用在曲面上的總壓力的計算程序。

2-7 浮體與潛體的穩定性

內容：浮體的原理、浮體與潛體的穩定性

要求：掌握浮體的計算原理；掌握掌握浮體的平衡條件，掌握潛體的受力計算。

思考題：

1、流體的靜壓強有哪些特性？

2、流體平衡微分方程是如何建立的？它的物理意義是什么？

3、什么是等壓面？等壓面的特征方程是取何形式？等壓面與單位質量力有什么關系？

4、寫出流體靜力學基本方程的幾種表達式。說明流體靜力學基本方程的物理意義和幾何意義。

5、什么是絕對壓強？表壓？真空度？它們之間有什么關系？

6、什么是壓力體？

7、重力為G的物體在液體中有哪些存在方式？如何確定？

第3章：流體動力學

授課學時：12

內容及要求：

3-1 描述流體運動的兩種方法

要求：理解拉格朗日法和歐拉法描述流體運動的本質及其方程式。

3-2 流體運動的一些基本概念

內容：定常流動和非定常流動、跡線與流線、流管、流束和總流、流量和平均流速、一維、二維和三維流動、均勻流和非均勻流

要求：掌握流體定常流動和非定常流動的本質區別；掌握跡線與流線的概念及其區別；掌握流管、流束和總流的概念以及應用原理；掌握流量和平均流速的概念；掌握一維、二維和三維流動的概念和數學表達；掌握均勻流和非均勻流的概念。

3-3 流體流動的連續性方程

內容：直角坐標系下連續性方程、微元流束和總流的連續性方程

要求：掌握直角坐標系下連續性方程的推導過程；掌握微元流束和總流的連續性方程的形式。

3-4 理想流體的運動微分方程

要求：掌握理想流體運動微分方程的推導。

3-5 理想流體微元流束的伯努利方程

內容：理想流體微元流束的伯努利方程、方程的物理意義和幾何意義

要求：掌握理想流體微元流束的伯努利方程的推導；了解該方程的物理意義和幾何意義。

3-6 伯努利方程的應用

內容：皮托管、文特里流量計

要求：掌握皮托管的測量原理；了解文特里流量計的工作原理。

3-7 定常流動的動量方程和動量矩方程

內容：定常流動的動量方程、定常流動的動量矩方程

要求：掌握定常流動的動量方程的形式；掌握定常流動的動量矩方程的形式。

思考題：

1、研究流體運動的拉格朗日法和歐拉法的實質是什么？

2、何為流線、跡線、有效截面、定常流動、非定常流動、一維流動、二維流動、三維流動？

3、流線和跡線有什么區別？

4、在什么條件下流場中的流線和跡線重合？

5、伯努利方程各項的物理意義？

6、動量方程能解決什么問題？

第4章：粘性流體的流動阻力計算

授課學時：7

內容及要求：

4-1 流體運動與流動阻力的兩種形式、粘性流體的均勻流動

內容：過流斷面上影響流動阻力的主要原因、流體運動與流動阻力的兩種形式

要求：掌握影響流動阻力的兩個因素；掌握流體阻力形式。

4-2 粘性流體的兩種流動形態

內容：雷諾實驗、雷諾數、能量損失與平均流速的關系

要求：掌握雷諾實驗的方法和內容；掌握雷諾數反映的內容；掌握關系曲線反映的規律。

4-3 流動損失分類

內容：沿程阻力與沿程損失、局部阻力與局部損失

要求：掌握掌握沿程阻力和沿程損失的計算；掌握局部阻力與局部損失的含義和計算公式。

4-4 圓管中流體的層流運動

內容：速度分布、流量及平均流速、切應力分布、沿程損失、動能修正系數

要求：掌握由牛頓內摩擦定律推導出的數學模型及其含義；了解圓管中速度分布曲線形狀及其成因；掌握圓管平均流速的概念，掌握由平均流速計算流量的方法；掌握圓管中切應力在流動斷面上的分布曲線的推導；掌握圓管沿程損失公式的推導；掌握圓管流動中動能修正系數的推導。

4-5 圓管中流體的紊流流動

內容：紊流脈動現象與時均速度、紊流中的切向應力、紊流結構及“光滑管”和“粗糙管”、圓管中紊流有效截面上的切應力分布和速度分布、紊流中沿程損失的計算

要求：了解紊流脈動現象，掌握時均速度的概念；掌握紊流中切向應力的特點和計算；掌握層流底層的概念，掌握粗糙管和光滑管的定義；了解圓管中有效截面上切應力分布和速度分布的概況；了解計算內容。

4-6 沿程阻力的實驗研究

內容：尼古拉茲實驗、莫迪圖

要求：了解尼古拉茲人工粗糙管的概念，了解尼古拉茲實驗曲線；了解莫迪圖的結構和概念。

4-7 非圓形管道沿程損失的計算

要求：了解非圓形管道沿程阻力計算的折算辦法。

4-8 局部損失的計算

內容：損失產生的原因、局部損失的計算

要求：了解局部阻力產生的各種原因。

4-9 邊界層理論基礎、粘性流體的不均勻流動

內容：邊界層的概念、邊界層的基本特征

要求：掌握邊界層的概念的形成；掌握邊界層的基本特征。

思考題：

1、試從流動特征、速度分布、切應力分布和水頭損失等方面來比較圓管中的層流和紊流特征。

2、輸水管道的流量一定時，隨著管徑增加，雷諾數是增加還是減少？

3、流動阻力與能量損失分哪幾種類型？試說明它們產生的原因。對于有數段管道及數個管道附件的管道系統，其流動阻力應如何計算？

4、什么叫時間平均流速？試說明紊流流動引用時間平均流速的合理性與必要性。

5、何為普朗特混和長度理論？根據這一理論紊流中的切應力應如何計算？

6、什么叫水力光滑管和水利粗糙管？與哪些因素有關？

7、按照尼古拉茲實驗曲線可將流動分為哪幾個區域？各區域有什么特點？如何判別？沿程阻力系數如何確定？

8、什么叫當量直徑？為什么要引入當量直徑的概念？

9、什么叫邊界層？邊界層有哪些基本特性？

第5章：有壓管道水力計算

授課學時：7

內容及要求：

內容：管道系統分類、管道水力計算的主要任務、串并聯管道的水力計算、水擊現象的描述、水擊壓強和傳播速度、水擊波的分類及減弱水擊的措施

要求：了解各種管道的分類方法；掌握管道水力計算的主要任務內容和方法；掌握串聯管道的概念和計算方法；掌握并聯管道的概念和計算方法；了解水擊現象的理論描述；掌握水擊壓強的概念和傳播速度的計算；了解水擊波的分類和特性，了解減弱水擊的措施。

思考題：

1、管道系統是如何劃分的？管道水力計算的任務是什么？

2、何為水擊現象？分析水擊現象時，必須考慮哪些因素的影響？

3、為什么說要盡量避免發生直接水擊？怎樣減少水擊壓強？

第6章：明渠定常均勻流

授課學時：5

內容及要求：

內容：明渠相關概念、分類，明渠定常均勻流的水力計算，水力最佳斷面

要求：掌握明渠相關概念；掌握明渠均勻流的計算；熟悉明渠水力最佳斷面和允許流速的概念。

思考題：

明渠是如何分類的？

明渠定常均勻流水力計算相關因素有哪些？

第7章：縫隙流

授課學時：4

內容及要求：

內容：流經平行平面、傾斜平面及環形縫隙的流動，流經平行圓盤間的徑向流動

要求：掌握縫隙流的相關概念；熟悉流經各種不同縫隙流動的原理及計算。

三、實驗（無）

四、學時分配

課程總學時為56，其中理論學時50，實驗學時6。

五、推薦教材及參考書目

教材：《工程流體力學》，徐文娟、韓建勇主編，哈爾濱工程大學出版社

參考書目：

[1] 山東工業大學孔瓏主編.工程流體力學.北京:水利電力出版社,1992

[2] 于榮憲.工程流體力學解題分析.南京:江蘇科學技術出版社,1985

[3] 于榮憲等.工程流體力學.南京:東南大學出版社,1994

[4] 清華大學熱能工程系鄭洽余等.流體力學.北京:機械工業出版社

六、課程考核

課程成績中期末考試成績占70%，平時成績占30%。期末考試采用筆試方式進行。

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