《工程流體力學(xué)》教學(xué)大綱

《工程流體力學(xué)》教學(xué)大綱課程英文名EngineeringFluidMechanics課程代碼06M0062學(xué)分3總學(xué)時(shí)48理論學(xué)時(shí)42實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐學(xué)時(shí)6課程類別學(xué)科基礎(chǔ)課課程性質(zhì)選修先修課程《高等數(shù)學(xué)》、《大學(xué)物理》、《工程力學(xué)》適用專業(yè)安全工程開(kāi)課學(xué)院質(zhì)量與安全工程學(xué)院注：課程類別是指公共基礎(chǔ)課/學(xué)科基礎(chǔ)課/專業(yè)課；課程性質(zhì)是指必修/限選/任選。一、課程地位與課程目標(biāo)（一）課程地位工程流體力學(xué)是安全工程專業(yè)學(xué)生必修的一門學(xué)科基礎(chǔ)課程，是研究流體平衡、運(yùn)動(dòng)及能量間內(nèi)在聯(lián)系與相互轉(zhuǎn)換規(guī)律的一門學(xué)科。課程主要講授流體的基本性質(zhì)；流體靜力學(xué)；流體動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)如連續(xù)性方程式、流體微團(tuán)的運(yùn)動(dòng)分析、實(shí)際流體的運(yùn)動(dòng)微分方程式、伯努利方程式及其應(yīng)用等；相似原理和量綱分析；流體在管道中的流動(dòng)、圓管中的層流和湍流、管路中的沿程阻力，孔口出流；黏性流體繞過(guò)物體的流動(dòng)等內(nèi)容。本課程為學(xué)生學(xué)習(xí)安全工程方面的專業(yè)課程提供了有關(guān)的基礎(chǔ)理論知識(shí)；同時(shí)也是數(shù)學(xué)、物理及工程力學(xué)等課程所講授知識(shí)的鞏固和強(qiáng)化，提供了應(yīng)用實(shí)踐的機(jī)會(huì)。（二）課程目標(biāo)1.培養(yǎng)學(xué)生的流體力學(xué)分析思維，了解流體力學(xué)與安全工程的關(guān)系，能在比較經(jīng)典的實(shí)際工程中提煉流體力學(xué)問(wèn)題并且能進(jìn)行簡(jiǎn)化和求解。2.使學(xué)生掌握流體力學(xué)的基本概念、基本原理和研究方法和手段，為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)提供充分的理論準(zhǔn)備，為將來(lái)從事相關(guān)專業(yè)技術(shù)工作、科學(xué)研究及管理工作打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。3.通過(guò)課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)課使學(xué)生對(duì)工程實(shí)踐中有關(guān)的流體力學(xué)問(wèn)題有較廣泛而系統(tǒng)的理論知識(shí)、必要的實(shí)驗(yàn)技能和一定的分析和解決問(wèn)題的實(shí)際能力。（三）思政教育目標(biāo)1.通過(guò)學(xué)習(xí)流體力學(xué)的發(fā)展歷史，了解中國(guó)在流體力學(xué)發(fā)展中的地位和貢獻(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷，并為學(xué)生樹(shù)立飽滿的文化自信和科學(xué)的世界觀奠定基礎(chǔ)；2.通過(guò)學(xué)習(xí)工程應(yīng)用的流場(chǎng)案例，理解流場(chǎng)參數(shù)特征與生活生產(chǎn)的密切關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)參與、積極進(jìn)取、崇尚科學(xué)、探究科學(xué)的學(xué)習(xí)態(tài)度和思想意識(shí)；3.能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法和現(xiàn)代工具對(duì)流場(chǎng)相關(guān)復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行研究，包括理論分析、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過(guò)信息綜合得到合理有效的結(jié)論。在研究、分析過(guò)程中體現(xiàn)科學(xué)精神和社會(huì)責(zé)任，并能夠理解所用方法和工具的局限性。二、課程目標(biāo)達(dá)成的途徑與方法1.本課程涉及較多的物理概念和現(xiàn)象，注重培養(yǎng)學(xué)生從最基本的流動(dòng)現(xiàn)象出發(fā)去理解和把握物理概念，在受力分析及應(yīng)用過(guò)程中注意結(jié)合以往課程的知識(shí)，幫助學(xué)生更好地理解概念。2.實(shí)驗(yàn)是研究和學(xué)習(xí)流體力學(xué)的方法和途徑，本課程強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)操作，要求學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)理論知識(shí)，每個(gè)小組獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，并由實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師指導(dǎo)。本課程的實(shí)驗(yàn)充分考慮實(shí)驗(yàn)性質(zhì)和要求，分為驗(yàn)證性和演示性實(shí)驗(yàn)，具體分類見(jiàn)學(xué)時(shí)分配表。3.本課程結(jié)合實(shí)際工程案例，使學(xué)生能夠理論聯(lián)系實(shí)際，加深對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)際問(wèn)題分析能力，逐步建立將所學(xué)知識(shí)與工程實(shí)際相結(jié)合的思維習(xí)慣。三、課程目標(biāo)與相關(guān)畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐程度（H、M、L）畢業(yè)要求1畢業(yè)要求4課程目標(biāo)1HL課程目標(biāo)2HL課程目標(biāo)3HL注：支撐強(qiáng)度分別填寫(xiě)H、M或L（其中H表示支撐程度高、M為中等、L為低）。畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)分解支撐權(quán)重畢業(yè)要求1：工程知識(shí)：能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)用于解決安全工程領(lǐng)域的復(fù)雜工程問(wèn)題。1-1掌握安全工程領(lǐng)域所需的數(shù)學(xué)與自然科學(xué)知識(shí)，并能解決該領(lǐng)域所涉及的數(shù)學(xué)與自然科學(xué)問(wèn)題。1-2掌握工程圖學(xué)、熱工基礎(chǔ)、工程力學(xué)等工程基礎(chǔ)知識(shí)，并能用于解決安全工程領(lǐng)域的相關(guān)問(wèn)題。0.21-3掌握安全管理、安全系統(tǒng)工程、安全人機(jī)工程、安全法學(xué)等專業(yè)知識(shí)，并用于解決安全工程領(lǐng)域的復(fù)雜工程問(wèn)題。畢業(yè)要求4：研究：能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對(duì)安全工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行研究，包括理論分析、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過(guò)信息綜合得到合理有效的結(jié)論。4-1能夠?qū)Π踩こ滔嚓P(guān)的各類物理、化學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行理論分析，明確問(wèn)題涉及的參數(shù)、變量及其相互關(guān)系0.14-2能基于科學(xué)原理和專業(yè)理論，根據(jù)對(duì)象特征，設(shè)計(jì)可行的實(shí)驗(yàn)方案。4-3能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案選用或搭建實(shí)驗(yàn)裝置，采用科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法，安全開(kāi)展實(shí)驗(yàn)并正確采集數(shù)據(jù)。0.24-4能夠分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并通過(guò)信息綜合以獲得合理有效的結(jié)論。四、課程主要內(nèi)容與基本要求第一章流體的基本物理性質(zhì)了解工程流體力學(xué)的研究對(duì)象、任務(wù)和方法，了解工程流體力學(xué)在工程技術(shù)中的地位。掌握流體質(zhì)點(diǎn)與連續(xù)介質(zhì)概念，流體密度、比體積和相對(duì)密度，掌握流體的壓縮性和膨脹性，流體的粘性；理解平衡流體上的作用力；了解流體的表面張力和汽化壓強(qiáng)。第二章流體靜力學(xué)流體平衡的微分方程式；掌握重力場(chǎng)中的平衡流體靜壓強(qiáng)的計(jì)算與測(cè)量，流體對(duì)壁面的作用力的計(jì)算；掌握液體的相對(duì)平衡的計(jì)算方法。第三章流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)了解描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法，流體運(yùn)動(dòng)中的幾個(gè)基礎(chǔ)概念；掌握連續(xù)方程式，掌握伯努利方程式及其應(yīng)用；掌握動(dòng)量方程式及其應(yīng)用；了解動(dòng)量矩方程式。第四章黏性流體運(yùn)動(dòng)及其阻力計(jì)算了解雷諾實(shí)驗(yàn)；理解圓管中的層流和湍流現(xiàn)象；了解水力半徑、沿程阻力、局部阻力、水力光滑管、水力粗糙管、當(dāng)量直徑；掌握沿程阻力損失計(jì)算、局部阻力損失計(jì)算、尼古拉茲曲線與莫迪圖的應(yīng)用，以及管路計(jì)算方法。掌握黏性流體微分形式的運(yùn)動(dòng)方程（N-S方程），理解邊界層概念、邊界層微分方程、邊界層動(dòng)量積分方程；掌握平板層流和湍流邊界層近似計(jì)算；了解邊界層分離現(xiàn)象。第五章有壓管流與孔口、管嘴出流了解孔口及機(jī)械中的氣穴現(xiàn)象；了解變水頭作用下的孔口出流問(wèn)題；了解管中水擊現(xiàn)象；掌握薄壁孔口出流和厚壁孔口出流計(jì)算方法。第六章相似原理和量綱分析理解相似原理，定理和量綱分析的應(yīng)用。與課程目標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系通過(guò)學(xué)習(xí)《工程流體力學(xué)》課程，使學(xué)生掌握工程流體力學(xué)的基本原理和流體的基本性質(zhì)，以及相關(guān)壓力和方程的計(jì)算，旨在使學(xué)生能夠建立工程流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，采用理論分析、?shí)驗(yàn)等手段對(duì)工程流體力學(xué)中的問(wèn)題進(jìn)行具體分析。（課程目標(biāo)1、2、3）五、課程學(xué)時(shí)安排章節(jié)號(hào)教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)數(shù)學(xué)生任務(wù)對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)第1章流體的基本物理性質(zhì)6習(xí)題1.5、習(xí)題1.6課程目標(biāo)1、2第2章流體靜力學(xué)8習(xí)題2.15、習(xí)題2.16、習(xí)題2.23課程目標(biāo)1、2第3章流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)10習(xí)題3.1、習(xí)題3.4、習(xí)題3.9、習(xí)題3.17、習(xí)題3.20、習(xí)題3.21、習(xí)題3.31課程目標(biāo)1、2、3第4章黏性流體運(yùn)動(dòng)及其阻力計(jì)算10習(xí)題4.8、習(xí)題4.9課程目標(biāo)1、2、3第5章有壓管流與孔口、管嘴出流4習(xí)題5.3、習(xí)題5.6課程目標(biāo)1、2第6章相似原理與量綱分析4習(xí)題9.2、習(xí)題9.14課程目標(biāo)1、2六、實(shí)踐環(huán)節(jié)及基本要求序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱學(xué)時(shí)基本要求學(xué)生任務(wù)實(shí)驗(yàn)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)類別1雷諾實(shí)驗(yàn)2了解管道流動(dòng)雷諾數(shù)測(cè)定方法，以及實(shí)驗(yàn)操作、調(diào)節(jié)方法。實(shí)驗(yàn)報(bào)告驗(yàn)證必做2畢托管測(cè)速實(shí)驗(yàn)\文丘里流量測(cè)定實(shí)驗(yàn)2掌握測(cè)量流速、流量的常規(guī)方法和常見(jiàn)儀表的使用要求。實(shí)驗(yàn)報(bào)告驗(yàn)證必做3沿程阻力實(shí)驗(yàn)\局部阻力實(shí)驗(yàn)2掌握沿程（局部）阻力和沿程（局部）阻力系數(shù)的定義，了解沿程阻力系數(shù)的測(cè)量方法。實(shí)驗(yàn)報(bào)告驗(yàn)證必做七、考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定考核內(nèi)容考核方式評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)（依據(jù)）占總成績(jī)比例過(guò)程考核到課率、課堂討論發(fā)言、平時(shí)作業(yè)、實(shí)驗(yàn)出勤、課堂表現(xiàn)、作業(yè)完成情況、實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)及報(bào)告30%期末考核閉卷考試試卷參考答案和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)70%考核類別考試成績(jī)登記方式百分制八、推薦教材與主要參考書(shū)（一）推薦教材：工程流體力學(xué)，謝振華，冶金工業(yè)出版社，2013年8月，第4版（二）主要參考書(shū)：1.《工程