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職業(yè)資格類、計(jì)算機(jī)類、建筑工程類、等9大類考試的在線網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)輔導(dǎo)。

英文名稱：Engineering Fluid Mechanics

課程編號：080820060

總學(xué)時：56 實(shí)驗(yàn)學(xué)時：6 總學(xué)分：3.5

適用對象：熱能與動力工程

先修課程：高等數(shù)學(xué)、物理學(xué)、理論力學(xué)等

大綱主撰人：張潔 大綱審核人：張小兵

一、課程性質(zhì)、目的和任務(wù)

1、課程性質(zhì)：本課程是建筑環(huán)境與設(shè)備工程及熱能與動力工程專業(yè)的共有專業(yè)基礎(chǔ)課程。

2.、教學(xué)目的：是使學(xué)生掌握流體力學(xué)的基本概念、基本原理、基本實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能，為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)提供充分的理論準(zhǔn)備，為將來從事科學(xué)研究以及專業(yè)工作打下必要的理論基礎(chǔ)。

二、教學(xué)內(nèi)容及要求：

第1章：緒論

授課學(xué)時：3

內(nèi)容及要求：

1-1 流體力學(xué)的任務(wù)及發(fā)展概況

要求：了解流體力學(xué)的發(fā)展歷史，了解流體力學(xué)的研究方法及其應(yīng)用。

1-2 流體的主要物理性質(zhì)

內(nèi)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(nèi)摩擦定律、流體的表面張力和毛細(xì)現(xiàn)象

要求：掌握流體的密度及相對密度的定義；掌握流體連續(xù)介質(zhì)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(nèi)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(xì)現(xiàn)象的成因。

1-3 流體的特征和連續(xù)介質(zhì)假設(shè)

內(nèi)容：流體的特征和連續(xù)介質(zhì)假設(shè)、流體連續(xù)介質(zhì)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(xù)介質(zhì)假定的必要性和合理性。

1-4 作用在流體上的力

內(nèi)容：表面力、質(zhì)量力

要求：掌握流體的表面力的定義及種類；掌握流體的質(zhì)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(xù)介質(zhì)？在流體力學(xué)中為什么要建立連續(xù)介質(zhì)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(guān)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(yùn)動是否有關(guān)？靜止流體是否有粘性？靜止流體內(nèi)部是否有粘性切向應(yīng)力?

7、為什么要提出理想流體這個假設(shè)？它與熱力學(xué)中的理想氣體有什么區(qū)別？

8、什么是表面張力？試對表面張力現(xiàn)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(xué)

授課學(xué)時：12

內(nèi)容及要求：

2-1 流體靜壓強(qiáng)及其特性

要求：掌握流體靜壓強(qiáng)及其特性，流體靜壓強(qiáng)的分布規(guī)律，壓強(qiáng)的計(jì)量基準(zhǔn)和度量單位，了解液柱測壓計(jì)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(jì)算。

2-2 流體平衡微分方程

內(nèi)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(dǎo)；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(nèi)容：重力作用下的靜力學(xué)基本方程、壓強(qiáng)的度量

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

2-4 流體靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用

內(nèi)容：測壓管、U形管測壓計(jì)、U形管差壓計(jì)、傾斜微壓計(jì)

要求：掌握測壓管的結(jié)構(gòu)和工作原理；掌握U形管測壓計(jì)的結(jié)構(gòu)和工作原理；掌握U形管差壓計(jì)的結(jié)構(gòu)和測量原理；掌握傾斜微壓計(jì)的結(jié)構(gòu)和測量原理。

2-5 平面上的靜水總壓力

內(nèi)容：總壓力的大小、總壓力的作用點(diǎn)

要求：掌握總壓力大小的計(jì)算方法；掌握總壓力的作用點(diǎn)的求解方法。

2-6 曲面的靜水總壓力

內(nèi)容：總壓力的大小和方向、總壓力的作用點(diǎn)、壓力體的概念、靜止液體作用在曲面上的總壓力的計(jì)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(diǎn)的求解方法；掌握壓立體的概念和計(jì)算方法；掌握靜止液體作用在曲面上的總壓力的計(jì)算程序。

2-7 浮體與潛體的穩(wěn)定性

內(nèi)容：浮體的原理、浮體與潛體的穩(wěn)定性

要求：掌握浮體的計(jì)算原理；掌握掌握浮體的平衡條件，掌握潛體的受力計(jì)算。

思考題：

1、流體的靜壓強(qiáng)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(zhì)量力有什么關(guān)系？

4、寫出流體靜力學(xué)基本方程的幾種表達(dá)式。說明流體靜力學(xué)基本方程的物理意義和幾何意義。

5、什么是絕對壓強(qiáng)？表壓？真空度？它們之間有什么關(guān)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(xué)

授課學(xué)時：12

內(nèi)容及要求：

3-1 描述流體運(yùn)動的兩種方法

要求：理解拉格朗日法和歐拉法描述流體運(yùn)動的本質(zhì)及其方程式。

3-2 流體運(yùn)動的一些基本概念

內(nèi)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(zhì)區(qū)別；掌握跡線與流線的概念及其區(qū)別；掌握流管、流束和總流的概念以及應(yīng)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(shù)學(xué)表達(dá)；掌握均勻流和非均勻流的概念。

3-3 流體流動的連續(xù)性方程

內(nèi)容：直角坐標(biāo)系下連續(xù)性方程、微元流束和總流的連續(xù)性方程

要求：掌握直角坐標(biāo)系下連續(xù)性方程的推導(dǎo)過程；掌握微元流束和總流的連續(xù)性方程的形式。

3-4 理想流體的運(yùn)動微分方程

要求：掌握理想流體運(yùn)動微分方程的推導(dǎo)。

3-5 理想流體微元流束的伯努利方程

內(nèi)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(dǎo)；了解該方程的物理意義和幾何意義。

3-6 伯努利方程的應(yīng)用

內(nèi)容：皮托管、文特里流量計(jì)

要求：掌握皮托管的測量原理；了解文特里流量計(jì)的工作原理。

3-7 定常流動的動量方程和動量矩方程

內(nèi)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(yùn)動的拉格朗日法和歐拉法的實(shí)質(zhì)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(qū)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(xiàng)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(jì)算

授課學(xué)時：7

內(nèi)容及要求：

4-1 流體運(yùn)動與流動阻力的兩種形式、粘性流體的均勻流動

內(nèi)容：過流斷面上影響流動阻力的主要原因、流體運(yùn)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(tài)

內(nèi)容：雷諾實(shí)驗(yàn)、雷諾數(shù)、能量損失與平均流速的關(guān)系

要求：掌握雷諾實(shí)驗(yàn)的方法和內(nèi)容；掌握雷諾數(shù)反映的內(nèi)容；掌握關(guān)系曲線反映的規(guī)律。

4-3 流動損失分類

內(nèi)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(jì)算；掌握局部阻力與局部損失的含義和計(jì)算公式。

4-4 圓管中流體的層流運(yùn)動

內(nèi)容：速度分布、流量及平均流速、切應(yīng)力分布、沿程損失、動能修正系數(shù)

要求：掌握由牛頓內(nèi)摩擦定律推導(dǎo)出的數(shù)學(xué)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(jì)算流量的方法；掌握圓管中切應(yīng)力在流動斷面上的分布曲線的推導(dǎo)；掌握圓管沿程損失公式的推導(dǎo)；掌握圓管流動中動能修正系數(shù)的推導(dǎo)。

4-5 圓管中流體的紊流流動

內(nèi)容：紊流脈動現(xiàn)象與時均速度、紊流中的切向應(yīng)力、紊流結(jié)構(gòu)及“光滑管”和“粗糙管”、圓管中紊流有效截面上的切應(yīng)力分布和速度分布、紊流中沿程損失的計(jì)算

要求：了解紊流脈動現(xiàn)象，掌握時均速度的概念；掌握紊流中切向應(yīng)力的特點(diǎn)和計(jì)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(yīng)力分布和速度分布的概況；了解計(jì)算內(nèi)容。

4-6 沿程阻力的實(shí)驗(yàn)研究

內(nèi)容：尼古拉茲實(shí)驗(yàn)、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(shí)驗(yàn)曲線；了解莫迪圖的結(jié)構(gòu)和概念。

4-7 非圓形管道沿程損失的計(jì)算

要求：了解非圓形管道沿程阻力計(jì)算的折算辦法。

4-8 局部損失的計(jì)算

內(nèi)容：損失產(chǎn)生的原因、局部損失的計(jì)算

要求：了解局部阻力產(chǎn)生的各種原因。

4-9 邊界層理論基礎(chǔ)、粘性流體的不均勻流動

內(nèi)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(yīng)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(shù)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(chǎn)生的原因。對于有數(shù)段管道及數(shù)個管道附件的管道系統(tǒng)，其流動阻力應(yīng)如何計(jì)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(jù)這一理論紊流中的切應(yīng)力應(yīng)如何計(jì)算？

6、什么叫水力光滑管和水利粗糙管？與哪些因素有關(guān)？

7、按照尼古拉茲實(shí)驗(yàn)曲線可將流動分為哪幾個區(qū)域？各區(qū)域有什么特點(diǎn)？如何判別？沿程阻力系數(shù)如何確定？

8、什么叫當(dāng)量直徑？為什么要引入當(dāng)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(jì)算

授課學(xué)時：7

內(nèi)容及要求：

內(nèi)容：管道系統(tǒng)分類、管道水力計(jì)算的主要任務(wù)、串并聯(lián)管道的水力計(jì)算、水擊現(xiàn)象的描述、水擊壓強(qiáng)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(jì)算的主要任務(wù)內(nèi)容和方法；掌握串聯(lián)管道的概念和計(jì)算方法；掌握并聯(lián)管道的概念和計(jì)算方法；了解水擊現(xiàn)象的理論描述；掌握水擊壓強(qiáng)的概念和傳播速度的計(jì)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(tǒng)是如何劃分的？管道水力計(jì)算的任務(wù)是什么？

2、何為水擊現(xiàn)象？分析水擊現(xiàn)象時，必須考慮哪些因素的影響？

3、為什么說要盡量避免發(fā)生直接水擊？怎樣減少水擊壓強(qiáng)？

第6章：明渠定常均勻流

授課學(xué)時：5

內(nèi)容及要求：

內(nèi)容：明渠相關(guān)概念、分類，明渠定常均勻流的水力計(jì)算，水力最佳斷面

要求：掌握明渠相關(guān)概念；掌握明渠均勻流的計(jì)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(jì)算相關(guān)因素有哪些？

第7章：縫隙流

授課學(xué)時：4

內(nèi)容及要求：

內(nèi)容：流經(jīng)平行平面、傾斜平面及環(huán)形縫隙的流動，流經(jīng)平行圓盤間的徑向流動

要求：掌握縫隙流的相關(guān)概念；熟悉流經(jīng)各種不同縫隙流動的原理及計(jì)算。

三、實(shí)驗(yàn)（無）

四、學(xué)時分配

課程總學(xué)時為56，其中理論學(xué)時50，實(shí)驗(yàn)學(xué)時6。

五、推薦教材及參考書目

教材：《工程流體力學(xué)》，徐文娟、韓建勇主編，哈爾濱工程大學(xué)出版社

參考書目：

[1] 山東工業(yè)大學(xué)孔瓏主編.工程流體力學(xué).北京:水利電力出版社,1992

[2] 于榮憲.工程流體力學(xué)解題分析.南京:江蘇科學(xué)技術(shù)出版社,1985

[3] 于榮憲等.工程流體力學(xué).南京:東南大學(xué)出版社,1994

[4] 清華大學(xué)熱能工程系鄭洽余等.流體力學(xué).北京:機(jī)械工業(yè)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(jìn)行。

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