流體力學(xué)教學(xué)大綱

《流體力學(xué)》教案大綱一、基本信息課程名稱流體力學(xué)課程編號(hào)英文名稱課程類型專業(yè)基礎(chǔ)課總學(xué)時(shí)理論學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)實(shí)踐學(xué)時(shí)學(xué)分預(yù)修課程高等數(shù)學(xué)，大學(xué)物理，工程力學(xué)合用對(duì)象環(huán)境工程課程介紹課程的重要內(nèi)容涉及流體靜力學(xué)，流體動(dòng)力學(xué)，量綱分析與相似原理，流動(dòng)阻力和能量損失，有壓管流，明渠均勻流，孔口管嘴閘孔出流和堰流，滲流等。學(xué)生通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，掌握流體的基本力學(xué)性質(zhì)；理解外力作用下，流體的靜止與運(yùn)動(dòng)規(guī)律；掌握流體與邊界的互相作用。課程的學(xué)習(xí)將有助于數(shù)理、力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的鞏固與提高，培養(yǎng)分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力，為后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)及環(huán)境工程實(shí)踐奠定基礎(chǔ)。二、教案目的及任務(wù)

“流體力學(xué)”作為環(huán)境工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是連接前期基礎(chǔ)課程和后續(xù)專業(yè)課程的橋梁。學(xué)生通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，掌握流體的基本性質(zhì)，流體靜止與運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及流體與邊界的互相作用、明渠流、管流、堰流等知識(shí)，含有流體計(jì)算（水力計(jì)算）的基本技能，為解決環(huán)境工程專業(yè)中的有關(guān)流體力學(xué)問(wèn)題奠定基礎(chǔ)。本課程支撐環(huán)境工程專業(yè)畢業(yè)規(guī)定、、、、和。三、學(xué)時(shí)分派教案學(xué)時(shí)分派章節(jié)章節(jié)內(nèi)容授課實(shí)驗(yàn)實(shí)踐累計(jì)緒論工程流體力學(xué)的任務(wù)及研究對(duì)象；流體的重要物理力學(xué)性質(zhì)；作用在流體上的力；流體力學(xué)的研究辦法第一章流體靜力學(xué)第二章流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第三章量綱分析與相似原理第四章流動(dòng)阻力和能量損失第五章有壓管流第六章孔口管嘴閘孔出流和堰流第七章明渠均勻流第八章滲流累計(jì)四、教案內(nèi)容及教案規(guī)定

緒論第一節(jié)流體力學(xué)的任務(wù)和發(fā)展簡(jiǎn)史第二節(jié)持續(xù)介質(zhì)假定與流體的重要物理性質(zhì).持續(xù)介質(zhì)假設(shè).流體的重要物理性質(zhì)習(xí)題要點(diǎn)：牛頓內(nèi)摩擦定律的理解與應(yīng)用第三節(jié)作用在流體上的力習(xí)題要點(diǎn)：質(zhì)量力與表面力的概念第四節(jié)流體力學(xué)的研究辦法本章重點(diǎn)、難點(diǎn)：黏性、牛頓內(nèi)摩擦定律、質(zhì)量力、表面力、持續(xù)介質(zhì)概念。本章教案規(guī)定：理解流體力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史，理解本課程在專業(yè)及工程中的應(yīng)用；掌握流體重要物理性質(zhì)，特別是黏性和牛頓內(nèi)摩擦定律；理解作用在流體上的力；掌握持續(xù)介質(zhì)、不可壓縮流體及抱負(fù)流體的概念；理解研究流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的普通辦法。第一章流體靜力學(xué)第一節(jié)流體靜壓強(qiáng)特性第二節(jié)流體平衡微分方程.流體平衡微分方程.流體平衡微分方程的積分.等壓面習(xí)題要點(diǎn)：流體平衡微分方程的推導(dǎo)第三節(jié)流體靜力學(xué)基本方程.流體靜力學(xué)基本方程.壓強(qiáng)的表達(dá)辦法測(cè)壓計(jì)習(xí)題要點(diǎn)：流體靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用，壓強(qiáng)表達(dá)與計(jì)算第四節(jié)液體的相對(duì)平衡.液體的相對(duì)平衡.液體的相對(duì)平衡在生產(chǎn)中的應(yīng)用習(xí)題要點(diǎn)：等壓面方程，壓強(qiáng)分布規(guī)律第五節(jié)作用在平面上的液體總壓力.圖解法.解讀法習(xí)題要點(diǎn)：平面靜水總壓力的計(jì)算第六節(jié)作用在曲面上的液體總壓力習(xí)題要點(diǎn)：曲面靜水總壓力的計(jì)算本章重點(diǎn)、難點(diǎn)：靜壓強(qiáng)及其特性，點(diǎn)壓強(qiáng)的計(jì)算，靜壓強(qiáng)分布圖，壓力體圖，作用于平面壁和曲面壁上的液體總壓力，流體平衡微分方程的建立與應(yīng)用。本章教案規(guī)定：理解流體靜壓強(qiáng)的概念；掌握靜水壓強(qiáng)的特性，壓強(qiáng)的表達(dá)辦法及計(jì)量單位；掌握流體微分方程及其物理意義；掌握液柱式測(cè)壓儀的基本原理；純熟掌握平衡流體靜壓強(qiáng)的分布規(guī)律及點(diǎn)壓強(qiáng)的計(jì)算辦法；掌握作用于平面壁和曲面壁上的液體總壓力的計(jì)算。第二章流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)描述流體運(yùn)動(dòng)的二種辦法.拉格朗日法.歐拉法.流線跡線脈線習(xí)題要點(diǎn)：流線與跡線方程求解第二節(jié)描述流體運(yùn)動(dòng)的概念習(xí)題要點(diǎn)：掌握流體運(yùn)動(dòng)的概念第三節(jié)流體運(yùn)動(dòng)的類型習(xí)題要點(diǎn)：掌握流體運(yùn)動(dòng)類型及其特性第四節(jié)流體運(yùn)動(dòng)的持續(xù)性方程.流體運(yùn)動(dòng)的持續(xù)性微分方程.總流的持續(xù)性方程.流體流量的測(cè)量習(xí)題要點(diǎn)：持續(xù)性方程推導(dǎo)與應(yīng)用；流量計(jì)的類型及原理第五節(jié)流體微元運(yùn)動(dòng)的基本形式.流體微元運(yùn)動(dòng)形式的分析.速度分解定理習(xí)題要點(diǎn)：流動(dòng)線變率、角變率、角轉(zhuǎn)速計(jì)算第六節(jié)無(wú)渦流和有渦流習(xí)題要點(diǎn)：流動(dòng)無(wú)渦與有渦的鑒別第七節(jié)抱負(fù)流體運(yùn)動(dòng)微分方程.歐拉運(yùn)動(dòng)微分方程.葛羅M柯（蘭姆）運(yùn)動(dòng)微分方程習(xí)題要點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)微分方程的推導(dǎo)第八節(jié)抱負(fù)流體元流能量方程.抱負(fù)流體運(yùn)動(dòng)微分方程的積分.元流的伯努利方程.功效原理推導(dǎo)抱負(fù)流體元流伯努利方程.抱負(fù)流體元流伯努利方程的物理意義和幾何意義.皮托管習(xí)題要點(diǎn)：皮托管的應(yīng)用第九節(jié)實(shí)際流體的運(yùn)動(dòng)微分方程.以應(yīng)力表達(dá)的實(shí)際流體的運(yùn)動(dòng)微分方程.流體質(zhì)點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài).實(shí)際流體的運(yùn)動(dòng)微分方程納維斯托克斯方程習(xí)題要點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)微分方程的推導(dǎo)第十節(jié)實(shí)際流體總流的伯努利方程.漸變流過(guò)水?dāng)嗝嫔蟿?dòng)水壓強(qiáng)的分布規(guī)律.恒定總流能量方程.總流能量方程的應(yīng)用條件和應(yīng)用辦法.文丘里管習(xí)題要點(diǎn)：總流能量方程的應(yīng)用第十一節(jié)總流的動(dòng)量方程.總流的動(dòng)量方程.總流動(dòng)量方程的應(yīng)用條件和應(yīng)用辦法習(xí)題要點(diǎn)：總流動(dòng)量方程的應(yīng)用本章重點(diǎn)、難點(diǎn)：跡線與流線，流體流動(dòng)的基本概念，無(wú)旋流與有旋流，持續(xù)性方程、伯努利方程、動(dòng)量方程及其應(yīng)用。本章教案規(guī)定：理解描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種辦法，建立以流場(chǎng)為對(duì)象的描述流體運(yùn)動(dòng)的概念；理解流體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)的基本形式，理解有勢(shì)流動(dòng)和有旋流動(dòng)，能鑒別有渦流與無(wú)渦流；理解流體運(yùn)動(dòng)的微元分析法；掌握抱負(fù)流體運(yùn)動(dòng)微分方程及其伯努利積分；理解納維—斯托克斯方程及其各項(xiàng)的物理意義；掌握流體運(yùn)動(dòng)的總流分析法，能綜合運(yùn)用持續(xù)性方程、總流能量方程和動(dòng)量方程計(jì)算總流問(wèn)題。第三章量綱分析與相似原理第一節(jié)量綱分析.量綱和單位.量綱和諧原理.瑞利法.π定理習(xí)題要點(diǎn)：π定理的應(yīng)用流動(dòng)相似的概念.幾何相似.運(yùn)動(dòng)相似.動(dòng)力相似.初始條件與邊界條件相似.牛頓普通相似原理習(xí)題要點(diǎn)：相似概念的理解第三節(jié)相似準(zhǔn)則.重力相似準(zhǔn)則.粘滯力相似準(zhǔn)則.壓力相似準(zhǔn)則.相似準(zhǔn)則.表面張力相似準(zhǔn)則習(xí)題要點(diǎn)：相似準(zhǔn)則的應(yīng)用第四節(jié)準(zhǔn)數(shù)方程習(xí)題要點(diǎn)：準(zhǔn)數(shù)方程概念理解第五節(jié)模型實(shí)驗(yàn).雷諾模型.弗勞德模型習(xí)題要點(diǎn)：原型與模型的轉(zhuǎn)換本章重點(diǎn)、難點(diǎn)：量綱分析法，相似原理，相似準(zhǔn)則。本章教案規(guī)定：理解相似的概念、相似準(zhǔn)則和對(duì)實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)意義；掌握量綱分析辦法及其初步運(yùn)用；理解模型實(shí)驗(yàn)辦法及內(nèi)容。第四章流動(dòng)阻力和能量損失第一節(jié)流動(dòng)的種流動(dòng)形態(tài)—層流和湍流.雷諾實(shí)驗(yàn)—層流和湍流.流態(tài)的鑒別準(zhǔn)則—臨界雷諾數(shù)習(xí)題要點(diǎn)：流態(tài)的鑒別恒定均勻流基本方程—沿程損失的表達(dá)式.均勻流基本方程.沿程損失的普遍表達(dá)式習(xí)題要點(diǎn)：均勻流基本方程推導(dǎo)，切應(yīng)力分布第三節(jié)層流沿程損失的分析和計(jì)算習(xí)題要點(diǎn)：沿程阻力損失的計(jì)算第四節(jié)湍流理論基礎(chǔ).層流向湍流的轉(zhuǎn)變.湍流的脈動(dòng)與時(shí)均法.湍流的基本方程—雷諾方程.湍流的半經(jīng)驗(yàn)理論.粘性底層.光滑壁面.粗糙壁面習(xí)題要點(diǎn)：湍流理論理解第五節(jié)湍流沿程損失的分析和計(jì)算.尼古拉茲實(shí)驗(yàn).湍流光滑區(qū)沿程阻力系數(shù)的擬定.湍流粗糙區(qū)沿程阻力系數(shù)的擬定.實(shí)用管道沿程阻力系數(shù)的擬定.非圓形管道沿程損失的計(jì)算.計(jì)算沿程損失的經(jīng)驗(yàn)公式習(xí)題要點(diǎn)：沿程損失的計(jì)算第六節(jié)局部損失的分析和計(jì)算.局部損失的分析.局部損失的計(jì)算習(xí)題要點(diǎn)：局部損失的計(jì)算本章重點(diǎn)、難點(diǎn)：雷諾數(shù)及流態(tài)鑒別，圓管層流運(yùn)動(dòng)規(guī)律，沿程阻力系數(shù)的擬定，沿程損失和局部損失計(jì)算。本章教案規(guī)定：理解流動(dòng)阻力和水頭損失的分類；雷諾實(shí)驗(yàn)過(guò)程及層流、紊流的流態(tài)特點(diǎn)，純熟掌握流態(tài)鑒別原則；理解沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系；掌握?qǐng)A管過(guò)流斷面上的流速分布、水頭損失與平均流速的關(guān)系，沿程阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系；理解紊流脈動(dòng)與時(shí)均化，紊動(dòng)附加切應(yīng)力，混合長(zhǎng)度理論；掌握阻力系數(shù)的擬定辦法；掌握管路沿程損失和局部損失的計(jì)算；理解邊界層概念，邊界層的分離，繞流阻力。第五章有壓管流第一節(jié)簡(jiǎn)樸短管中的恒定有壓流.自由出流.沉沒(méi)出流.簡(jiǎn)樸短管中有壓流計(jì)算的基本問(wèn)題和辦法習(xí)題要點(diǎn)：簡(jiǎn)樸短管恒定有壓流的計(jì)算第二節(jié)簡(jiǎn)樸長(zhǎng)管中的恒定有壓流習(xí)題要點(diǎn)：簡(jiǎn)樸長(zhǎng)管恒定有壓流的計(jì)算復(fù)雜長(zhǎng)管中的恒定有壓流.串聯(lián)管道.并聯(lián)管道習(xí)題要點(diǎn)：復(fù)雜長(zhǎng)管恒定有壓流的計(jì)算沿程均勻泄流管道中的恒定有壓流.沿程持續(xù)均勻泄流.沿程多孔口等間距等流量出流習(xí)題要點(diǎn)：沿程均勻泄流管道計(jì)算第五節(jié)管網(wǎng)中的恒定有壓流計(jì)算基礎(chǔ).枝狀管網(wǎng).環(huán)狀管網(wǎng)習(xí)題要點(diǎn)：枝狀管網(wǎng)計(jì)算、環(huán)狀管網(wǎng)平差計(jì)算本章重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：短管、長(zhǎng)管水力計(jì)算。本章教案規(guī)定：掌握短管(虹吸管、水泵吸水管、有壓涵管等)的水力計(jì)算、簡(jiǎn)樸長(zhǎng)管、串聯(lián)并聯(lián)長(zhǎng)管、沿程泄流、枝狀管網(wǎng)的水力計(jì)算，理解環(huán)狀管網(wǎng)的水力計(jì)算的原理與辦法，理解有壓管路中水擊產(chǎn)生的因素及危害防止。第六章孔口、管嘴、閘孔出流和堰流第一節(jié)恒定薄壁孔口出流.孔口出流分類.薄壁小孔口自由出流.薄壁大孔口自由出流.薄壁孔口沉沒(méi)出流習(xí)題要點(diǎn)：孔口出流計(jì)算管嘴出流.圓柱形外管嘴出流.其它類型管嘴的出流習(xí)題要點(diǎn)：管嘴出流流量計(jì)算閘孔出流.無(wú)底坎閘孔出流流動(dòng)現(xiàn)象的分析.無(wú)底坎閘孔自由出流的基本公式.無(wú)底坎閘孔沉沒(méi)出流的基本公式習(xí)題要點(diǎn)：閘孔流量的計(jì)算第四節(jié)堰流.薄壁堰溢流.實(shí)用堰溢流.寬頂堰溢流習(xí)題要點(diǎn)：堰流流量計(jì)算第五節(jié)水工建筑物下游的水流銜接與消能.底流銜接的形式.底流銜接的基本關(guān)系式.消力池介紹習(xí)題要點(diǎn)：銜接方式的鑒別第六節(jié)小橋孔徑的水力計(jì)算習(xí)題要點(diǎn)：小橋孔徑的水力計(jì)算本章重點(diǎn)、難點(diǎn)：實(shí)際流體三大方程的應(yīng)用與多個(gè)流動(dòng)狀況下的邊界條件。本章教案規(guī)定：掌握孔口、管嘴的基本公式及其應(yīng)用；掌握閘孔出流、堰流的基本計(jì)算辦法。第七章明渠流第一節(jié)恒定明渠均勻流.明渠均勻流的特性與其發(fā)生條件.明渠均勻流基本公式.明渠的水力最優(yōu)斷面和允許流速.明渠均勻流水力計(jì)算的基本問(wèn)題和辦法習(xí)題要點(diǎn)：明渠均勻流水力計(jì)算第二節(jié)恒定明渠流的流動(dòng)型態(tài)和若干基本概念.緩流和急流.微波的波速.弗勞德數(shù).斷面單位能量.臨界水深.臨界底坡習(xí)題要點(diǎn)：流動(dòng)形態(tài)的鑒別，概念理解恒定明渠流流態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)的局部水力現(xiàn)象—水躍和跌水.水躍.跌水習(xí)題要點(diǎn)：水躍能量損失和水躍長(zhǎng)度計(jì)算本章重點(diǎn)、難點(diǎn)：明渠的分類，水力計(jì)算的內(nèi)容與辦法，均勻流特性，水力最優(yōu)斷面。本章教案規(guī)定：理解明渠流動(dòng)的特點(diǎn)；掌握水力最優(yōu)斷面和允許流速的概念，掌握明渠均勻流各類問(wèn)題的水力計(jì)算辦法及復(fù)式斷面、無(wú)壓圓管的水力計(jì)算；理解明渠流動(dòng)狀態(tài)；理解水躍和跌水。第八章滲流第一節(jié)滲流模型習(xí)題要點(diǎn)：滲流模型概念理解滲流基本定律—達(dá)西定律.達(dá)西定律.達(dá)西定律的合用范疇.滲入系數(shù)及其擬定辦法習(xí)題要點(diǎn)：達(dá)西定律的應(yīng)用本章重點(diǎn)、難點(diǎn)：達(dá)西定律、恒定漸變滲流的裘皮依公式。本章教案規(guī)定：理解滲流現(xiàn)象、滲流模型，理解滲流達(dá)西定律；理解均勻漸變滲流斷面流速均勻分布，理解漸變滲流基本微分方程及浸潤(rùn)面的概念；掌握地下水漸變滲流的裘皮依公式；掌握井的滲流計(jì)算；理解滲流對(duì)建筑物安全穩(wěn)定的影響。五、考核方式及規(guī)定

期末閉卷考試（）、與平時(shí)考核（）相結(jié)合。平時(shí)成績(jī)涉及課后作業(yè)、課堂討論、出勤等。作業(yè)內(nèi)容以教材中的課后習(xí)題為主，通過(guò)習(xí)題練習(xí)，逐步加深對(duì)課程中多個(gè)概念的理