《工程流體力學(xué)B》課程教學(xué)大綱

《工程流體力學(xué)B》課程教學(xué)大綱課程編碼：412403課程名稱：工程流體力學(xué)B英文名稱：EngineeringFluidMechanics開課學(xué)期：5學(xué)時(shí)/學(xué)分：40/2（其中實(shí)驗(yàn)為8學(xué)時(shí)）課程類型：學(xué)科基礎(chǔ)必修課開課專業(yè)：工科各專業(yè)本科生選用教材：于萍主編：《工程流體力學(xué)》，科學(xué)出版社2015年8月第二版。主要參考書：1、張也影：《流體力學(xué)》，高等教育出版社1998年第二版。2、孔瓏主編.：《工程流體力學(xué)》，北京大學(xué)出版社1982年版。3、清華大學(xué)工程力學(xué)系編：《流體力學(xué)基礎(chǔ)》，水利電力出版社1992年版。4、李詩(shī)久：《工程流體力學(xué)》，機(jī)械工業(yè)出版社1989年版。5.、A.J.Ward-Smith：《InternalFluidFlow》，1980版6.、王致清主編：《工程流體力學(xué)》，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社1983年版。一．課程簡(jiǎn)介【課程名稱】：《工程流體力學(xué)B》，（40學(xué)時(shí)/2學(xué)分，秋季）[CourseName]：EngineeringFluidMechanics(38studyhours/2credits,AutumnSemester)【教學(xué)目的】《工程流體力學(xué)》是我國(guó)高等院校工科各專業(yè)的一門主要專業(yè)基礎(chǔ)課，作為研究流體力與運(yùn)動(dòng)的專業(yè)學(xué)科，本課程以高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理以及理論力學(xué)等基礎(chǔ)課程為基礎(chǔ)，目的培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，掌握流體流動(dòng)基本理論，為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)課程及奠定初步的流體力學(xué)理論基礎(chǔ)。[CourseObjects]“EngineeringFluidMechanics”isoneofthemajorbasiccourseofengineeringspecialtyinhighereducationinstitutionsinourcountry.Asaspecializeddisciplinetostudyflowandforceoffluid,thecourseisbasedonAdvancedmathematics,CollegePhysicsandTheoreticalmechanicsandsoon.Thepurposeistocultivatestudents'understandingofthelawoffluidmovement,masterthebasictheoryoffluidflow,andstudythefollow-upcourseforstudentsandlaytheinitialtheoreticalfoundationoffluidmechanics.【教學(xué)內(nèi)容】本書共分八章。主要包括流體流動(dòng)基本概念，牛頓內(nèi)摩擦定律及應(yīng)用；流體平衡狀態(tài)的規(guī)律；流體流動(dòng)的連續(xù)方程、伯努利方程及動(dòng)量方程三大基本方程及在工程實(shí)際中的應(yīng)用；流動(dòng)過程中的損失及計(jì)算；簡(jiǎn)要介紹了氣體流動(dòng)基本規(guī)律。[TeachingContent]Thiscourseconsistsofeightchapters.Whichmainlyincludesthebasicconceptsoffluidflow,Newton'slawoffrictionandapplication;thelawoffluidequilibrium;thethreebasicequationsoffluidflow,Bernoulliequationandmomentumequationanditsapplicationinengineeringpractice;Andthebasiclawofgasflowisbrieflyintroduced.【授課對(duì)象】本課程的授課對(duì)象為機(jī)械工程、車輛工程、發(fā)動(dòng)機(jī)、能源與動(dòng)力工程、農(nóng)業(yè)機(jī)械化與自動(dòng)化和包裝工程的專業(yè)本科生。本課程要求授課對(duì)象先修下列課程高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、理論力學(xué)。[TargetStudents]Thetargetstudentsofthiscoursemainlyaretheundergraduatesinmechanicalengineering,automobileengineering,automobileengine，thermalenergyandpowerengineering,automobileapplicationengineering,agriculturalmechanizationandautomation,packagingengineering.ThepreliminaryrequirementcoursesincludeAdvancedmathematics,CollegePhysicsandTheoreticalmechanics.二、課程目標(biāo)1、對(duì)本課程有總體了解，對(duì)流體流動(dòng)現(xiàn)象及相關(guān)理論有初步掌握，掌握牛頓內(nèi)摩定律及應(yīng)用。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)2.1）2、掌握流體平衡狀態(tài)的基本理論、基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)靜壓強(qiáng)和真空度有清晰的概念，掌握靜壓分布規(guī)律，具有初步分析靜壓下流體與固體作用力的能力。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)2.1、3.2）3、掌握連續(xù)方程、能量方程、動(dòng)量方程，能運(yùn)用這些方程對(duì)與本專業(yè)有關(guān)的一般流體力學(xué)問題進(jìn)行分析和計(jì)算。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)2.1、3.2）4、掌握流體流動(dòng)損失規(guī)律，能選擇相應(yīng)的能量損失系數(shù)，進(jìn)行管路計(jì)算及管路基本設(shè)計(jì)。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)2.1、3.2）5、能進(jìn)行流體有關(guān)參量測(cè)試，具有分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和編寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)2.1）三、各章節(jié)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配第一章緒論及流體的主要物理性質(zhì)(2學(xué)時(shí))教學(xué)目的與要求流體的平衡和運(yùn)動(dòng)規(guī)律與自身的物理性質(zhì)緊密相關(guān)，本章主要對(duì)流體的物理性質(zhì)進(jìn)行闡述，使學(xué)生對(duì)流體力學(xué)的基本概念、流體的主要物理特性有基本了解。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)緒論、連續(xù)介質(zhì)的概念、流體的密度和相對(duì)密度第二節(jié)流體的粘性一、粘性產(chǎn)生的原因二、牛頓內(nèi)摩擦定律第三節(jié)相關(guān)概念一、理想流體二、流體的膨脹性與壓縮性三、不可壓縮流體考核要求了解：流體的物理性質(zhì)對(duì)流體的力學(xué)現(xiàn)象的影響。理解：理想流體、可壓縮和不可壓縮流體、流體質(zhì)點(diǎn)、連續(xù)介質(zhì)的概念。掌握：粘性概念，工程中常用的粘性單位，牛頓內(nèi)摩擦定律及應(yīng)用。第二章流體靜力學(xué)（4學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求通過本部分的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握流體靜力學(xué)的有關(guān)基本知識(shí)、基本理論，學(xué)會(huì)分析流體的受力情況，掌握曲面受力的解題方法，了解流體在非慣性坐標(biāo)系中的相對(duì)平衡。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)平衡流體上的作用力質(zhì)量力表面力流體靜壓強(qiáng)第二節(jié)流體平衡微分方程流體平衡微分方程的導(dǎo)出質(zhì)量力的勢(shì)函數(shù)等壓面第三節(jié)重力場(chǎng)中的平衡流體不可壓縮平衡流體的靜壓強(qiáng)基本公式可壓縮流體的靜壓強(qiáng)分布公式靜壓強(qiáng)的計(jì)算與測(cè)量第四節(jié)平衡流體對(duì)于壁面的作用力作用在平面上的總壓力作用在曲面上的總壓力考核要求了解：流體靜力學(xué)的基本知識(shí)，物體受力類型、流體平衡微分方程、靜壓強(qiáng)的計(jì)算、平面與曲面受力及計(jì)算，流體在非慣性坐標(biāo)系中的相對(duì)平衡。理解：相對(duì)壓強(qiáng)的概念及應(yīng)用，曲面壓力體的畫法，潛體、沉體、浮體的概念掌握：靜壓強(qiáng)的計(jì)算及相對(duì)壓強(qiáng)的應(yīng)用，平面壓力的分布狀態(tài)，曲面壓力體的畫法及曲面的總壓力計(jì)算，掌握流體平衡微分方程的推導(dǎo)及應(yīng)用條件。第三章流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)（10學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求本章是全課的重點(diǎn)，學(xué)生通過本章的學(xué)習(xí)，了解流體流動(dòng)的一些基本規(guī)律，對(duì)流體動(dòng)力學(xué)有初步的理解，掌握工程流體力學(xué)中最重要的三大基本方程連續(xù)方程、伯努利方程和動(dòng)量方程及其應(yīng)用。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)研究流體流動(dòng)的方法拉格朗日法歐拉法第二節(jié)基本概念定常流動(dòng)與非定常流動(dòng)一維流動(dòng)、二維流動(dòng)與三維流動(dòng)均勻流與非均勻流緩變流與急變流流線與跡線流管、流束、過流斷面流量、平均流速第三節(jié)連續(xù)方程概念應(yīng)用第四節(jié)伯努利方程及應(yīng)用伯努利方程的幾何意義及物理意義伯努利方程在工程實(shí)際中的應(yīng)用第五節(jié)沿流線主法線方向壓強(qiáng)和速度的變化第六節(jié)粘性總流的伯努利方程第七節(jié)動(dòng)量方程概念應(yīng)用考核要求了解：拉格朗日、歐拉法、流線、緩變流等重要概念。理解：假設(shè)條件的應(yīng)用，公式幾何意義的概念，三個(gè)基本方程在流體力學(xué)中的重要作用。掌握：連續(xù)性方程、伯努利方程、動(dòng)量方程的導(dǎo)出條件、假設(shè)條件及應(yīng)用條件，掌握三個(gè)方程在工程實(shí)際中的應(yīng)用，能運(yùn)用方程解決簡(jiǎn)單的工程實(shí)際問題。對(duì)流體質(zhì)點(diǎn)的變形和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)有相當(dāng)?shù)牧私?。第四章流體在圓管中的流動(dòng)（10學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求本章主要討論不可壓縮流體在圓管中的流動(dòng)及運(yùn)動(dòng)規(guī)律，其中流動(dòng)過程中的能量損失是本章的重點(diǎn)，要求學(xué)生掌握應(yīng)用莫迪圖計(jì)算損失系數(shù)方法，對(duì)常見的流動(dòng)損失的計(jì)算有熟練掌握，了解水擊現(xiàn)象、產(chǎn)生原因及預(yù)防措施。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)雷諾實(shí)驗(yàn)層流和湍流流動(dòng)狀態(tài)的判定沿程損失和速度的關(guān)系水力直徑的概念第二節(jié)圓管中的層流流動(dòng)速度分布和流量平均流速和最大流速層流的動(dòng)能和動(dòng)量修正系數(shù)層流的沿程損失管路進(jìn)口起始段第三節(jié)圓管中的湍流流動(dòng)時(shí)均流動(dòng)與脈動(dòng)混合長(zhǎng)度理論湍流的速度分布第四節(jié)管路流動(dòng)的沿程阻力產(chǎn)生原因計(jì)算方法尼古拉茲實(shí)驗(yàn)?zāi)蠄D第五節(jié)管路流動(dòng)的局部阻力產(chǎn)生原因管路突然擴(kuò)大的局部阻力常用的局部阻力系數(shù)局部阻力的相互干擾第六節(jié)管路計(jì)算簡(jiǎn)單管路串聯(lián)管路并聯(lián)管路管路特性第七節(jié)水擊現(xiàn)象水擊的物理過程水擊壓強(qiáng)防止水擊危害的措施考核要求了解：能量損失是本章的重點(diǎn)，同時(shí)也是對(duì)伯努利方程的補(bǔ)充和完善。學(xué)生應(yīng)了解流動(dòng)有層流和湍流兩種不同的形態(tài)，了解相應(yīng)的特性和計(jì)算方法。對(duì)水擊現(xiàn)象有初步了解。理解：湍流流動(dòng)中時(shí)均速度的概念，管路特性的應(yīng)用。掌握：雷諾實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)的原理、意義及解決的工程實(shí)際問題。層流及湍流的特性及相關(guān)的損失計(jì)算方法。尼古拉茲實(shí)驗(yàn)、莫迪圖的應(yīng)用；對(duì)不同的局部裝置，相對(duì)的局部損失系數(shù)的確定，管路突然擴(kuò)大的損失計(jì)算方法；串、并聯(lián)管路的特性及計(jì)算公式。水擊現(xiàn)象的危害及防止措施。第五章孔口出流及相似原理（6學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求流體流經(jīng)各種不同形式的孔口出流是一個(gè)應(yīng)用廣泛的問題。本章要求學(xué)生掌握工程中常用的孔口出流特征，分析影響孔口出流性能的主要因素，確定孔口出流的基本參數(shù)和主要系數(shù)，掌握簡(jiǎn)單的計(jì)算方法。同時(shí)掌握常用的相似原理。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)孔口出流概述薄壁孔口和厚壁孔口自由出流和淹沒出流三、完善收縮和不完善收縮第二節(jié)薄壁孔口出流出流的速度和流量計(jì)算孔口出流系數(shù)第三節(jié)厚壁孔口出流出流的速度和流量計(jì)算孔口出流系數(shù)不同孔口出流系數(shù)第四節(jié)機(jī)械中的氣穴現(xiàn)象氣穴與氣蝕節(jié)流氣穴泵進(jìn)口處的氣穴第五節(jié)相似原理流體的力學(xué)相似動(dòng)力相似準(zhǔn)則近似模型法了解：孔口出流的一些基本概念，相似原因的概念及應(yīng)用理解：幾種常見的孔口出流性能的比較，力學(xué)相似準(zhǔn)則的應(yīng)用。掌握：薄壁孔口、厚壁孔口的速度、流量和相關(guān)系數(shù)的計(jì)算公式，各種孔口的特點(diǎn)及應(yīng)用。氣穴與氣蝕的形成及預(yù)防，相似原理的應(yīng)用。四實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c任務(wù)工程流體力學(xué)是一門基礎(chǔ)科學(xué)，在工程技術(shù)領(lǐng)域，土木、交通、建筑、水利、機(jī)械、動(dòng)力、環(huán)保、化工等領(lǐng)域中，涉及大量的流體力學(xué)問題。在實(shí)際的流體力學(xué)問題中，流動(dòng)現(xiàn)象極為復(fù)雜，即使經(jīng)過簡(jiǎn)化，也不一定能加以定量的理論分析。或者理論分析所得結(jié)果與實(shí)際相差太遠(yuǎn)。因此實(shí)驗(yàn)課是工程流體力學(xué)課程的重要環(huán)節(jié)。應(yīng)用測(cè)試技術(shù)和實(shí)驗(yàn)方法來(lái)解決實(shí)際的流體力學(xué)問題，這就是流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的課題。流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的是研究流體運(yùn)動(dòng)中的新現(xiàn)象和相應(yīng)的規(guī)律；通過觀察流動(dòng)現(xiàn)象，驗(yàn)證所學(xué)理論，學(xué)會(huì)解決工程實(shí)際問題；通過觀察研究各種流動(dòng)現(xiàn)象的本構(gòu)關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生觀測(cè)和分析流動(dòng)現(xiàn)象的能力，更好地認(rèn)識(shí)流體流動(dòng)的基本概念和基本規(guī)律，從而研究新型測(cè)試儀器和測(cè)量方法。2實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本要求（1）學(xué)習(xí)并掌握流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本原理及方法，具備查閱資料、制訂實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)施實(shí)驗(yàn)方案、數(shù)據(jù)處理、分析總結(jié)和撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力。（2）熟悉有關(guān)儀器的使用方法和有關(guān)設(shè)備的用途，訓(xùn)練基本實(shí)驗(yàn)技能。（3）掌握基本的觀測(cè)方法、儀器使用和數(shù)據(jù)分析方法，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)研究的興趣和動(dòng)手能力；同時(shí)學(xué)會(huì)如何整理流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，為學(xué)生今后獨(dú)立進(jìn)行類似工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。（4）注意啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，根據(jù)條件安排一定的綜合性實(shí)驗(yàn)，鍛煉學(xué)生獨(dú)立綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書：《工程流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》。4．實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一覽表序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱實(shí)驗(yàn)類型實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)主要儀器設(shè)備實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)備注1伯努力方程驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證2伯努力實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械館流體實(shí)驗(yàn)室2動(dòng)量定律實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證2動(dòng)量實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械館流體實(shí)驗(yàn)室3阻力系數(shù)測(cè)定驗(yàn)證2阻力系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械館流體實(shí)驗(yàn)室4流量計(jì)校正實(shí)驗(yàn)綜合2機(jī)械館流體實(shí)驗(yàn)室儀器待買5雷諾實(shí)驗(yàn)演示雷諾實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械館流體實(shí)驗(yàn)室6流動(dòng)現(xiàn)象演示實(shí)驗(yàn)演示旋流儀機(jī)械館流體實(shí)驗(yàn)室五、考核及成績(jī)?cè)u(píng)定方法：全體筆試（閉卷）統(tǒng)考；流水作業(yè)評(píng)卷；平時(shí)成績(jī)占20％，期末考試成績(jī)占70％；實(shí)驗(yàn)成績(jī)占10％。項(xiàng)目及比例評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)畢業(yè)要求評(píng)估比例平時(shí)作業(yè)20%作業(yè)支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)2.14%作業(yè)支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)2