《工程流体力学》课程教学大纲

一、

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《工程流体力学》课程教学大纲

英文名称：Engineering Fluid Mechanics

课程编号：

学时数：72

其中实验学时数：12

课程性质：必修课

先修课程：高等数学，理论力学等

适用专业：建筑环境与能源应用工程专业

一、 课程的性质、目的和任务

本课程的性质：流体力学是建筑环境与设备工程专业的一门主要技术基础课。是该专业工程技术人员必须掌握的知识。它是研究流体平衡、运动及能量间内在联系与相互转换规律的一门学科，是一门以流体基础理论为主，结合一般工程技术的课程。学生通过本课程的学习后，能够获得流体力学方面基础理论的系统知识，实验技能和一定的分析、解决问题的能力。是后续专业课程学习的基础。

课程教学所要达到的目的是：1、使学生掌握流体静止及运动时的规律以及流体与固体之间的相互作用，并掌握这些规律在工程实际当中的应用，为后续专业课程的学习打下坚实的理论基础。2、通过课堂教学和实验课使学生对工程实践中有关的流体力学问题有较广泛而系统的理论知识、必要的实验技能和一定的分析和解决问题的实际能力。

本课程的任务：通过本课程的学习，学生应掌握流体力学的基本概念，基本理论，以及水力计算的基本方法。使学生具备必要的基础理论和一定的分析、解决实际工程中问题的能力，为学习后继专业课程及从事专业技术工作和进行科学研究奠定必要的基础。

二、 课程教学内容及基本要求

第1章 绪论 一、

页脚内容2 1.1 作用于流体上的力

1.2 流体的主要力学性质

1.3 牛顿内摩擦定律

1.4 流体的力学模型

基本要求：

了解本课程在专业及工程中的应用；

掌握流体主要物理性质，特别是粘性和牛顿内摩擦定律；作用在流体上的力；连续介质、不可压缩流体及理想流体的概念。

第2章 流体静力学

2.1 流体静压强及其特性

2.2 流体静压强的分布规律

2.3 流体静压平衡微分方程及其积分形式

2.4 重力作用下流体静压分布规律

2.5 压强的测量、计算与应用

2.6 作用于平面的流体静压力

2.7 作用于曲面的流体静压力

2.8 重力与其它惯性力作用下的流体相对平衡

基本要求：

理解掌握流体静压强、等压面的概念及其性质；流体平衡微分方程及其在相对平衡中的应用；

掌握平面和曲面受压力的计算方法。

第3章 一元流体动力学基础

3.1 流场，流动参数

3.2 描述流体运动的两种方法

3.3 流体微元和控制体

3.4 连续性方程

3.5 伯努利方程的建立及其意义

3.6 伯努利方程的应用

3.7 一元气流伯努利方程

3.8 动量方程及其应用

3.9 一元流动模型

3.10 流线与迹线，流线方程，流线性质 一、

页脚内容3 基本要求：

了解描述流体运动的两种方法；

理解建立以流场为对象的描述流体运动的概念；掌握流体微团运动的基本形式；流体运动的微元分析法；

掌握一元流动模型的有关概念；流体运动的总流分析法，能综合运用连续性方程、总流能量方程或气流能量方程和动量方程计算总流问题。

第4章 流动阻力与能量损失

4.1 流体流态的划分，层流与紊流，雷诺实验

4.2 圆管中的层流运动

4.3 流动阻力与能量损失

4.4紊流运动及其特征

4.5 紊流沿程阻力系数的确定

4.6 局部阻力损失

4.7 减少阻力的措施

基本要求：

了解附加切应力及混合长度的概念；

掌握圆形管道中层流的运动规律；紊流的特性、紊流时均化概念；沿程能量损失的成因和阻力系数的变化规律；局部能量损失的成因；

熟练掌握流体运动的两种流态及其判别；沿程、局部能量损失的计算方法。

第5章 孔口、管嘴及管路流动

5.1 孔口自由出流、孔口淹没出流

5.2 孔口出流的力学原理、流速系数，收缩系数，流量系数

5.3 管嘴出流及其特征，力学原理

5.4 简单管路的水力计算原理

5.5 管网水力计算基础

5.6 有压管路中的水击

基本要求：

理解孔口、管道、管嘴流动的特点；

掌握孔口、管嘴的基本公式及其应用；简单管路、串联管路和并联管路的水力计算；了解有压管路中的水击现象及防治措施。

第6章 气体射流 一、

页脚内容4 6.1 紊流射流、自由射流、受限射流

6.2 紊流射流的结构、特征

6.3 紊流射流运动分析及结构参数的确定与计算

6.4 平面射流

6.5 浓差或温差射流的运动分析与参数计算

6.6 有限空间射流

基本要求：

了解气体射流产生的流场及特点；

理解无限空间紊流射流的基本特性；

掌握紊流射流、温差、浓差射流的计算方法；了解有限空间射流流场特点。

第7章 不可压缩流体动力学基础

8.1 纳维—斯托克斯方程的建立及意义

8.2 管流和槽流流动

8.3 动力学方程方程组的建立

8.4 数值求解简介

8.5 圆柱绕流、绕流阻力，悬浮速度

基本要求：

了解纳维—斯托克斯方程的建立、使用条件及求解方法；掌握管流和槽流流动的解的推导过程；数值求解方法；绕流阻力和升力；悬浮速度的计算方法。

第8章 绕流运动

7.1 不可压缩流体连续性方程

7.2 欧拉方程和能量方程

7.3 有旋流动

7.4 涡量连续性方程，涡量守恒定律，斯托克斯定理，汤姆逊定理

7.5 无旋流动与流函数

7.6 平面无旋流、流网及其性质

7.7 几种简单的平均无旋流

7.8 势流的迭加

7.9 三元理想流体运动微分方程的建立及意义

基本要求：

势流迭加原理；理解速度势函数、流函数和流网； 一、

页脚内容5 理解纳维 — 斯托克斯方程及其各项的物理意义；不可压缩粘性流体紊流运动的基本方程；有势流动和有旋流动；连续性微分方程；

掌握流函数、势函数的求解方法。

第9章 一元气体动力学基础

9.1 理想气流一元恒定流动的运动微分方程

9.2 理想气流一元恒定流动的连续性方程

9.3 理想气流一元恒定流动的运动微分方程积分：定容流动方程，定温流

动方程，绝热流动方程

9.4 音速，马赫数，滞止参数，临界参数

9.5 理想气流一元恒定流动的运动分析

9.6 绝热管流方程的建立与应用

9.7 等温管路方程的建立与应用

基本要求：

理解可压缩流体的基本参数、流动分类及基本方程；热力过程对流动的作用；掌握渐缩喷管、拉法尔喷管断面参数变化的规律；等熵流动，有沿程损失的圆管等温流动和绝热流动的计算方法。

第10章 相似性原理与因次分析

10.1 力学相似原理

10.2 相似准数

10.3 定性量，决定性准数与被决定性准数、准数方程

10.4 相似三定理及模型律

10.5 相似的自模化模型律

10.6 因次分析法

基本要求：

了解相似原理有关理论；

理解力学相似概念、相似准则数的物理意义及应用；自模化模型律及其应用。

三、 课程实践环节内容及基本要求

一、

页脚内容6 序 号 实 验 名 称 实 验 内 容 学时

实验1 雷诺实验、 观察水处于层流、紊流流动现象并测量上下临界雷诺数； 2

实验2 伯努利方程测量实验 水流动压、静压之间转换 2

实验3 静力学实验 验证P/r+Z为常数及油的密度 2

实验4 一元流动量方程验证实验 用平板法验证一元流动量方程实验 3

实验5 局部水头损失观测实验 利用自循环水观测仪观察弯管、阀门及圆柱周围的流动情况 3

四、 几点说明

1. 学习本课以前，先学高等数学，普通物理等相关课程。

2. 本课程诣在阐明与专业有关的流体力学的基本概念和基本理论，不应过分强调专业需要而削弱基本内容。

3.参考书目

蔡增基，龙天渝，流体力学泵与风机，中国建筑工业出版社（第四版），

张兆顺，崔桂香，流体力学，清华大学出版社，1999

王致清，流体力学基础，高等教育出版社，1987.

五、 学时分配

章节 主要内容 总时数 学时分配

讲授 讨论 实验 实践 其它

1 绪论 2 2

2 流体静力学 8 8

3 一元流体动力学基础 11 8 3

4 流动阻力与能量损失 8 8

5 孔口，管嘴及管路流动 12 8 4 一、

页脚内容7 6 气体射流 6 4 2

7 理想流体动力学基础 6 6

8 粘性流体动力学 11 8 3

9 一元气体动力学基础 4 4

10 相似性原理与因次分析 4 4

合计 72 60 12

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