《流體力學(xué)3》課程教學(xué)大綱

流體力學(xué)3編碼：EM04032Code:EM04032課程名稱：流體力學(xué)CourseTitle:FluidMechanics課程類別：學(xué)類核心 Coursecategory:CoreCoursesinGeneralCategory學(xué)分：4 Credit（s）:4開課單位：機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院OfferingCollege/School:CollegeofMechanical&VehicleEngineering課程描述：本課程主要包括流體的平衡、流體力學(xué)的基本方程、不可壓縮無粘流動(dòng)、渦旋運(yùn)動(dòng)、平面勢(shì)流等，強(qiáng)調(diào)應(yīng)用這些基本概念及定律分析與流體力學(xué)相關(guān)的工程問題，學(xué)生需了解流體力學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，理解流體力學(xué)中的基本概念、基本理論及基本定律，掌握流體力學(xué)的實(shí)驗(yàn)、分析與數(shù)值計(jì)算的基本技能與基本方法，并能靈活運(yùn)用這些基本概念及定律分析與流體力學(xué)相關(guān)的工程問題。通過學(xué)習(xí)本課程，讓學(xué)生學(xué)會(huì)流體力學(xué)基本理論，獲得解決流體工程問題的基本技能，鍛煉和提升對(duì)復(fù)雜的流體工程問題進(jìn)行簡化，從而建立數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行求解的能力。Coursedescription:Thisisabasiccourseformajorsofengineeringmechanics,aimingatstudents’physicalconceptsandbasicprinciplescommonlyusedtoanalyzeengineeringproblemsrelatedtofluidmechanics,thuslayingasolidfoundationfortheirresearchanddesigninaerospace,mechanical,civil,chemical,environmentalandocean.Theapplicationsofthedimensionalandorderanalysismethodinengineeringareemphasizedinthiscourse.Thestudyofthiscoursedevelopsthestudents’abilitytosimplifythecomplexproblems,presentandsolvethemathematicmodelofrelatedengineeringproblems.Themaincontentsofthiscoursearethebasicequationsoffluidmechanics,incompressiblein-viscidflow,themotionofvortex,dimensionalanalysis,incompressibleviscidflow.Prerequisites:AdvancedMathematics,MathematicsPhysicsEquation,FieldTheory，TheoreticalMechanics，MechanicsofMaterials.課程內(nèi)容課程教學(xué)目標(biāo)設(shè)置本課程是為了讓工程力學(xué)專業(yè)的學(xué)生對(duì)工程力學(xué)專業(yè)知識(shí)體系的重要組成板塊之一的流體力學(xué)進(jìn)行較為系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，并深度掌握與理解，具備應(yīng)用流體力學(xué)的基本知識(shí)和基本理論分析解決生產(chǎn)實(shí)際工程問題的能力。本課程對(duì)學(xué)生達(dá)到畢業(yè)要求有如下貢獻(xiàn)：1.知曉流體力學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，應(yīng)用流體力學(xué)及其軟件在機(jī)械、土木、航空航天和材料等工程領(lǐng)域解決與流體相關(guān)的技術(shù)問題（畢業(yè)要求1）；2.具備對(duì)復(fù)雜的流體工程問題進(jìn)行簡化、建立數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行求解的能力（畢業(yè)要求2）；3.具有針對(duì)復(fù)雜工程問題中的流體系統(tǒng)進(jìn)行流體力學(xué)計(jì)算和技術(shù)設(shè)計(jì)的能力（畢業(yè)要求2）；4.具有針對(duì)復(fù)雜流體工程問題開展實(shí)驗(yàn)研究的能力（畢業(yè)要求3）；5.了解和初步掌握流體力學(xué)現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)，進(jìn)行流體力學(xué)問題的仿真計(jì)算（畢業(yè)要求3）?；窘虒W(xué)內(nèi)容緒論教學(xué)目的：掌握流體力學(xué)的研究方法、流體力學(xué)中常用的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。教學(xué)重點(diǎn)：流體的三大研究方法：實(shí)驗(yàn)方法、分析方法、數(shù)值計(jì)算；數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。教學(xué)難點(diǎn)：三大研究方法之間的關(guān)系、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。相應(yīng)畢業(yè)要求:1教學(xué)內(nèi)容：三大研究方法的主要特點(diǎn)、流體力學(xué)的研究對(duì)象、特點(diǎn)及學(xué)習(xí)方法、流體力學(xué)常用的數(shù)學(xué)知識(shí)。學(xué)時(shí)分配：2課時(shí)。第一章、流體的物理性質(zhì)和物理運(yùn)動(dòng)物理量的描述教學(xué)目的：掌握流體的定義和物理特性，用于流體力學(xué)研究的基本簡化假設(shè)；描述流體的兩者方法；流體的運(yùn)動(dòng)分解。教學(xué)重點(diǎn)：流體的三大特征；流體的連續(xù)介質(zhì)假設(shè)；描述流體運(yùn)動(dòng)的歐拉方法和拉格朗日方法。教學(xué)難點(diǎn)：連續(xù)介質(zhì)假設(shè)；牛頓內(nèi)摩擦定律；表面張力。相應(yīng)畢業(yè)要求：2、3教學(xué)內(nèi)容：流體的定義與主要特征、流體的主要物理性質(zhì)、流體的連續(xù)介質(zhì)模型、流體運(yùn)動(dòng)分析及其描述流體的方法、跡線與流線、質(zhì)量力與表面力、應(yīng)力張量。學(xué)時(shí)分配：6課時(shí)。第二章、流體的平衡教學(xué)目的：掌握流體力學(xué)的基本概念，流體靜壓強(qiáng)的分布規(guī)律，壓強(qiáng)的計(jì)量基準(zhǔn)和計(jì)量單位，了解液柱測壓計(jì)的工作原理，掌握作用在平面和曲面上的流體總壓力的特性和計(jì)算、流體在慣性坐標(biāo)系中平衡。教學(xué)重點(diǎn)：流體靜壓強(qiáng)及其特性、流體靜力學(xué)基本方程及其應(yīng)用、液體在非慣性坐標(biāo)系中的相對(duì)平衡、靜止液體作用在平面和曲面上的總壓力、歐拉平衡方程。教學(xué)難點(diǎn)：流體的相對(duì)平衡、平面和曲面上的流體總壓力計(jì)算、流體中物體所受壓強(qiáng)合力的計(jì)算。相應(yīng)畢業(yè)要求：2、3教學(xué)內(nèi)容：作用在流體上的力、流體平衡微分方程、流體的靜力學(xué)基本方程、流體靜壓強(qiáng)特性及其分布規(guī)律、液體在非慣性坐標(biāo)系中的相對(duì)平衡、靜止液體作用在壁面上的總壓力。學(xué)時(shí)分配：6課時(shí)。第三章、流體運(yùn)動(dòng)的基本方程組教學(xué)目的：掌握流體系統(tǒng)與控制體的概念、流體力學(xué)基本方程組。教學(xué)重點(diǎn)：應(yīng)用六面體建立微分形式的流體力學(xué)基本方程組。教學(xué)難點(diǎn)：雷諾輸運(yùn)定理、微分形式和積分形式的流體力學(xué)方程組。相應(yīng)畢業(yè)要求：2、3教學(xué)內(nèi)容：系統(tǒng)與控制體、雷諾輸運(yùn)方程、連續(xù)性方程、運(yùn)動(dòng)方程、能量方程、初始條件與邊界條件、流體力學(xué)的理論模型、基本方程組的工程應(yīng)用。學(xué)時(shí)分配：8課時(shí)。第四章、流體的積分關(guān)系式及其應(yīng)用教學(xué)目的：掌握積分形式的流體力學(xué)的基本方程：連續(xù)性方程、伯努利方程、拉格朗日積分、能量方程、動(dòng)量方程和角動(dòng)量方程的推導(dǎo)及其工程應(yīng)用。教學(xué)重點(diǎn)：蘭姆----葛羅米柯方程簡化為伯努利與拉格朗日積分；積分形式流體力學(xué)方程組的應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)：無粘性流體運(yùn)動(dòng)方程的簡化、拉格朗日與伯努利積分及其應(yīng)用、動(dòng)量定理的應(yīng)用、動(dòng)量矩定理的應(yīng)用。相應(yīng)畢業(yè)要求：2、3教學(xué)內(nèi)容：無粘性流體運(yùn)動(dòng)方程的簡化、流體流動(dòng)的連續(xù)性方程、拉格朗日與伯努利方程及其應(yīng)用、動(dòng)量定理、角動(dòng)量定理積分形式的守恒方程、定常歐拉運(yùn)動(dòng)微分方程的積分求解。學(xué)時(shí)分配：8課時(shí)。第五章、流體的渦旋運(yùn)動(dòng)教學(xué)目的：掌握流體渦旋運(yùn)動(dòng)的基本概念和運(yùn)動(dòng)性質(zhì)、渦旋所感生的流體運(yùn)動(dòng)公式，產(chǎn)生渦旋的原因和與描述渦旋運(yùn)動(dòng)相關(guān)定理與理論。教學(xué)重點(diǎn)：渦旋運(yùn)動(dòng)的基本概念和渦量輸運(yùn)方程、渦旋運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)、渦對(duì)、卡門渦街、蘭金組合渦的分析。教學(xué)難點(diǎn)：渦旋運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生、擴(kuò)散及衰減渦旋運(yùn)動(dòng)的速度場、以開爾文和亥姆霍茲表示的渦線、渦面和渦管的保持性。相應(yīng)畢業(yè)要求：2、3教學(xué)內(nèi)容：渦旋運(yùn)動(dòng)的基本概念和運(yùn)動(dòng)性質(zhì)、渦旋運(yùn)動(dòng)的基本概念和渦量輸運(yùn)方程、渦旋運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)、渦線、渦面和渦管的保持性、渦對(duì)、卡門渦街、蘭金組合渦的分析。學(xué)時(shí)分配：8課時(shí)。第六章、無粘性不可壓縮粘性流體的無旋流動(dòng)教學(xué)目的：掌握速度勢(shì)函數(shù)及基本方程組、平面運(yùn)動(dòng)的流函數(shù)、平面運(yùn)動(dòng)的復(fù)勢(shì)、掌握二種求復(fù)勢(shì)函數(shù)的方法：奇點(diǎn)法疊加法、鏡像法教學(xué)重點(diǎn)：平面運(yùn)動(dòng)的流函數(shù)、平面運(yùn)動(dòng)的復(fù)勢(shì)、求復(fù)勢(shì)函數(shù)的方法。教學(xué)難點(diǎn)：速度勢(shì)函數(shù)及基本方程組、求復(fù)勢(shì)函數(shù)的方法、平面運(yùn)動(dòng)的求解流函數(shù)的拉普卡斯方程、柱體的繞流的受力及其達(dá)朗伯佯謬。相應(yīng)畢業(yè)要求：2、3教學(xué)內(nèi)容：速度勢(shì)函數(shù)及基本方程組、平面運(yùn)動(dòng)的流函數(shù)、平面運(yùn)動(dòng)的復(fù)勢(shì)、掌握二種求復(fù)勢(shì)函數(shù)的方法：奇點(diǎn)法疊加法、鏡像法、平面運(yùn)動(dòng)的求解流函數(shù)的拉普卡斯方程、柱體的繞流的受力及其達(dá)朗伯佯謬、粘性流體繞流物體的阻力。學(xué)時(shí)分配：8課時(shí)。第七章、量綱分析與相似原理教學(xué)目的：理解相似概念、相似準(zhǔn)則及模型試驗(yàn)，了解量綱分析法。教學(xué)重點(diǎn)：相似準(zhǔn)則、相似準(zhǔn)數(shù)、模型試驗(yàn)。教學(xué)難點(diǎn)：流動(dòng)的相似概念、五個(gè)相似準(zhǔn)數(shù)、量綱分析及定理的應(yīng)用。相應(yīng)畢業(yè)要求：2、3教學(xué)內(nèi)容：量綱分析、相似原理、模型實(shí)驗(yàn)。學(xué)時(shí)分配：4課時(shí)。第八章、不可壓縮粘性流體的內(nèi)部流動(dòng)教學(xué)目的：掌握粘性流體的能量方程；正確理解沿程阻力和局部阻力的物理概念；掌握?qǐng)A管層流運(yùn)動(dòng)規(guī)律，熟悉其流速、切應(yīng)力分布、流量計(jì)算以及沿程損失系數(shù)的計(jì)算；掌握?qǐng)A管湍流沿程阻力系數(shù)、速度分布與沿程損失計(jì)算；了解普朗特混合長度理論；熟悉尼古拉茲實(shí)驗(yàn)及莫迪圖；理解局部阻力的理論推導(dǎo)及計(jì)算；掌握總能量損失與伯努利方程的聯(lián)合求解。教學(xué)重點(diǎn)：圓管層流，平板層流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，圓管湍流，普朗特混合長度理論，莫迪圖，沿程損失、局部損失，管流中能量損失規(guī)律。教學(xué)難點(diǎn)：圓管層流、圓管湍流的特點(diǎn)、計(jì)算；沿程損失、局部損失的理論推導(dǎo)計(jì)算及與守恒方程的聯(lián)合求解。相應(yīng)畢業(yè)要求：2、3教學(xué)內(nèi)容：管內(nèi)流動(dòng)的能量損失；流動(dòng)阻力；圓管內(nèi)流層；平板間的層流；管內(nèi)湍流；沿程阻力系數(shù)和局部阻力系數(shù)。學(xué)時(shí)分配：6課時(shí)?？己朔绞奖菊n程考核采用閉卷考試的形式期評(píng)成績占比：1.平時(shí)成績一（考勤、課堂討論）占20%2.平時(shí)成績二（作業(yè)、實(shí)驗(yàn)）占30%3.期末考試成績（閉卷）占50%實(shí)驗(yàn)成績由實(shí)驗(yàn)老師評(píng)定給分。持續(xù)改進(jìn)方法1、采用先進(jìn)的教學(xué)手段、方法和教學(xué)理念。2、各章節(jié)布置一定量的習(xí)題。3、學(xué)生自學(xué)較容易理解的章節(jié)，分組準(zhǔn)備材料并小組課堂派人主講，討論，章節(jié)自我總結(jié)。4、對(duì)重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容安排小班討論課。5、課后對(duì)疑難問題安排答疑。6、教學(xué)環(huán)節(jié)中結(jié)合工程應(yīng)用實(shí)例講授。教材及參考書教材：流體力學(xué)（周光坰），高等教育出版社參考書：流體力學(xué)（吳望一），北京大學(xué)出版社水力學(xué)（清華大學(xué)水力學(xué)教研組編），高等教育出版社工程流體力學(xué)（侯國祥、孫江龍等），機(jī)械工業(yè)出版社工程流體力學(xué)（孫文策），大連理工大學(xué)出版社工程流體力學(xué)（楊小龍、孫石等），中國水利水電出版社授課手段（教學(xué)方法）本課程的課堂教學(xué)以課堂多媒體演示和板書結(jié)合的方式進(jìn)行講授。以課堂教學(xué)（含小班討論）為主，結(jié)合學(xué)生自學(xué)、章節(jié)自我總結(jié)、主題發(fā)言與討論、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等開展多種方式教學(xué)。課堂教學(xué)主要講解流體力學(xué)的基本概念、基本理論以及基本分析方法，并將自然現(xiàn)象、日常生活中遇到的流體力學(xué)問題以及工程中的流體力學(xué)問題等融入基本理論的教學(xué)，使學(xué)生更好地熟悉或掌握流體力學(xué)的基本理論，提高學(xué)生對(duì)流體力學(xué)的學(xué)習(xí)興趣、熟悉流體力學(xué)的理論體系、思維方式和研究方法。課堂教學(xué)盡量引入互動(dòng)環(huán)節(jié)，使學(xué)生能更好地融入課堂教學(xué)，提高教學(xué)效果。小班討論主要是以與課堂教學(xué)重要內(nèi)容相關(guān)的工程問題為基礎(chǔ)，圍