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《流体力学》教学大纲一、课程性质与任务1.课程性质：本课程是安全工程专业的主要专业基础课程之一。
该课程的主要任务是使学生掌握流体运动的一般规律和有关的基本概念、基本原理、基本方法和一定的数值计算及实验技能，注意培养学生较好地分析和解决本专业中涉及流体力学问题的能力，为学习专业课程、从事专业技术工作或进行科学研究打下坚实的基础2.课程任务：本课程的目的是为安全工程专业学生提供学习专业课之前的重要的基础理论课程。
通过本课程的学习，要求学生能够掌握流体力学的一些基本原理，并要求能够学会理论联系实际分析和解决工程中各种流体力学方面的有关问题。
二、课程教学内容及要求注重基本理论、基本概念、基本方法的理解和掌握，只有这样才能对专业范围内的流体力学现象做出合乎实际的定性判断，进行足够精确的定量估计，正确地解决专业范围内的流体力学的设计和计算问题。
第一章绪论 (2学时)·流体力学的研究对象、任务和方法，流体力学的发展概况·作用在运动流体上的力，流体的主要力学性质，流体力学模型。
基本要求:掌握质量力、表面力、粘滞力的物理含义，研究流体力学的主要方法，流体力学模型。
重点：粘滞力的物理含义、牛顿内摩擦定律、流体的力学模型。
难点：惯性力是质量力，牛顿内摩擦定律的应用计算。
第二章流体静力学(4学时)·流体的静压强及其特性、流体静压强的分布规律、压强的计算基准和量度单位·流体平衡微分方程、液体的相对平衡·作用于平面的液体压力、作用于曲面的液体压力基本要求:流体静压强的概念、特性、分布规律；两种计算基准、量度单位；液柱测压计；作用在平面上的流体压力；作用在曲面上的流体压力；流体的平衡微分方程和相对平衡。
重点：等压面的概念，流体静压强的计算，作用在平面上的流体压力的计算。
难点：绝对压强和相对压强，作用在平面上的流体压力的计算，流体的平衡微分方程和相对平衡。
第三章流体运动学(2学时)·描述流体运动的两种方法，恒定流动和非恒定流动、流线和迹线、一元流动模型·连续性方程基本要求:描述流体运动的两种方法，基本概念，流动分类；连续性方程，重点：流线和迹线、一元流动模型难点：流线和迹线的区别，第四章流体动力学基础（6学时）流体运动微分方程、元流伯努利方程、总流能量方程及其应用·总水头线和测压管水头线总流动量方程基本要求:连续性方程，能量方程及其应用，动量方程，总水头线和测压管水头线，气流的能量方程，总压线和全压线。
授课时间班级授课顺序第1次课课题绪论、流体的物理性质目的要求1、了解流体力学工程与历史背景；2、了解流体力学的研究方法；3、明确理解流体的概念及连续介质假设、流体的主要物理参数；4、掌握牛顿内摩擦定律.教学内容要占八、、1、工程流体力学的研究任务和研究方法2、流体的概念及连续介质假设3、流体的主要物理参数4、流体的粘性工一■—重点：流体的概念及连续介质假设、流体的粘性、牛顿内摩擦定律.J2T 1任J27难点：连续介质假设、牛顿内摩擦定律.通过经典力学的知识引入本门课程,结合大量的实例讲解流体力学的开展过程及其重要性,增加学生对本课程的学习积极性.本此课以讲 述为 主,结合多媒体手段.1导论 1.1 工程流体力学的研究任务和研究方法 讲清工程流体力学的研究对象、研究内容、开展历程和研究方法,重 点介绍流体力学的开展历程和研究方法.说明工程流体力学在工程实践中的具体应用范围, 有重点地介绍流 体力学新的开展方向及在生产生活中的作用.〔20分钟〕通过与固体力学的比拟,引出流体力学各物理参数的概念,以及连续 介质假设和牛顿内摩擦定律.把抽象的概念具体化.____ 彳 0 ：玄右卜"今 R /4寺/S 山侬也教 学 思路与 教法设 计首先介绍流体的概念,并对物质的根本属性进行总结,突出介绍流体与固体之间的差异所在.〔8分钟〕讲清流体质点概念、流体连续介质模型的主要物理意义.〔12分钟〕1.2流体的密度、重度、比体积与相对密度讲清流体几个根本物理量,使学生掌握流体的密度、重度、比体积与相对密度的根本定义和公式,并对常见的水和空气的一些参数有所了解. 〔10分钟〕讲解流体的热膨胀性和可压缩性定义及计算公式,使学生掌握体积膨胀系数、体积压缩率和体积模量的概念和物理意义.〔10分钟〕1.3流体的粘性本节为重点,详细向学生介绍粘性的定义和牛顿内摩擦定律以及粘性的表示方法和单位,应使学生掌握动力粘度、运动粘度和恩氏粘度三者之间的区别和变换关系.最后向学生介绍粘度的变化规律,理想流体和实际流体.〔25分钟〕小结.布置作业：习题：1-9； 1T0; 〔5分钟〕通过生活中有趣的流表达象分析,学生对课程产生了一定的兴趣.课后分析授课时间班级授课顺序第2次课课题流体静力学目目的要V9 求1、明确理解流体静压强及根本特性；2、掌握流体静力学根本方程；3、掌握静压强的计算；4、掌握静压强的表示方法.教学内容要点1、作用于静止流体上的力2、流体静压强及其特性3、静止流体的平衡微分方程4、重力作用下静止流体中的压强分布规律5、静压强的表示方法及其单位重占难占重点：静止流体的平衡微分方程的建立及应用. 难点：静止流体的平衡微分方程的建立及应用.教学路与教旺设计2流体静力学介绍流体静力学定义以及流体静止状态的两种形式：相对静止和绝对静止.〔5分钟〕2.1作用于静止流体上的力画图讲解静止流体所受作用力的种类以及质量力和外表力的性质. 重点讲清质量力与惯性力之间的关系.〔10分钟〕2. 2流体静压强及其特性介绍压强的概说明流体静压强的两个重要特性.详细推导特性二,并给出流体静压强全微分公式,说明流体静压强是标量的具体含义.〔15分钟〕2. 3静止流体的平衡微分方程式画图推导静止流体的平衡微分方程式,并说明其物理意义.〔分钟〕综合平衡微分方程,得出压强差公式.介绍力势函数、有势力的定义以及相应的物理意义.〔10分钟〕给出等压面XE义,并由压强差公式引出等压面方程,介绍等压面的三个性质,由此说明判断等压面的原那么和方法.〔10分钟〕2.4重力作用下静止流体中的压强分布规律说明重力场中流体的根本特征,并推出流体静力学根本方程,详细分析流体静力学根本方程的能量意义和几何意义. 集中介绍概念：位置水头、压强水头、静力水头和淹深的概念.〔15分钟〕2. 5静压强的表示方法及其测量介绍概念大气压强、表压强、绝对压强和真空度,并对它们之间的关系画图详细说明.〔5分钟〕讲解压强测量的三种主要方式,并说明每一种的具体应用场合.详细介绍测压管、测压计、差压计和微压计的主要原理和具体测量方法.〔10分钟〕教学内容安排恰当,课堂节奏紧凑,学生对本次课内容理解较好.课后分析授课时间班级授课顺序第3次课课题流体静力学目的1、掌握相对平衡的问题.要求教学内容要1、流体的相对静止占八、、重占难占重点：流体的相对静止.难点：流体的相对静止.2.7流体的相对静止再次强调流体的相对静止意义,简单说明静止流体在容器作等速直线 运动时遵守流体静力学根本规律.〔10分钟〕分析静止流体在容器作等加速直线运动时的平衡规律,重点说明对此 类问题的具体分析方法：先写出流体的单位质量力,再列出等压面方 程,而后推导出流体静压强分布规律,得出最终的流体压强分布公式. 〔25分钟〕由此再推导出二种特例情况下流体静压强分布规律.〔20分钟〕分析静止流体在容器作等角速度旋转运动时的平衡规律,重点说明对 此类问题的具体分析方法：先写出流体的单位质量力,再列出等压面方 程,而后推导出流体静压强分布规律,得出最终的流体压强分布公式.〔20分钟〕由此再推导出两种特例情况下流体静压强分布规律.60分钟〕教 学 思路与 教法设 计小结.〔5分钟〕应该多结合具体实例讲解该局部内容. 课后分析授课时间班级授课顺序第4次课课题流体静力学目的要求1、掌握静止流体对平壁和曲壁合力的计算；教学内容要占八、、1、静止流体对壁面作用力的计算重占难占重点：静止流体对平壁和曲壁的合力计算.难点：静止流体对平壁和曲壁的合理计算.教学思路与教法设计2.6静止流体对壁面作用力的计算总压力概念.介绍本节主要内容.〔10分钟〕讲解静止流体对平面壁总压力的计算,之中介绍面积矩、惯性矩和压力中央等概念.〔20分钟〕讲解静止流体对曲面壁总压力的计算,重点说明压力体定义及其具体确定方法,并由此简述阿基米德原理.〔25分钟〕讲解实例.〔15分钟〕小结,布置本草习题：习题：2-4； 2-10； 2-13 ； 2-15； 2-18. 〔10分钟〕学生对压力体的理解有一定难度.课后分析授课时间班级授课顺序第5次课课题流体运动学根底r理解描述流体运动的方法;目的2、理解流体运动中的根本概念；要求3、掌握连续性方程的意义和作用.内容要1、研究流体运动的两种方法卜2、流体运动中的根本概念八、\3、连续性方程重点：流线和迹线的求法、连续性方程的意义和作用. 占又隹占难点：流线和迹线的求法.3流体运动学根本方程流体运动学定义,描述流体运动的几个根本运动规律.〔10分钟〕3.1研究流体运动的两种方法流场的概念,介绍研究流体运动的两种方法：拉格朗日法和欧拉法.教学主要说明两种方法的异同点,重点介绍欧拉法.〔15分钟〕思路与3.2流体运动中的根本概念教法设讲解欧拉法分析流体运动时的几个根本概念：定常流动、非定常流计动、均匀流动、一维流动、迹线、流线〔重点〕、流管、流束、过流断面、流量、平均速度.〔35分钟〕3. 3连续性方程式说明流体运动遵循的质量守恒定律就是连续性方程.〔25分钟〕小结,布置本章习题：3-1； 3-5o 〔5分钟〕到达了预期的教学效果. 课后分析授课时间班级授课顺序第6次课课题伯努利方程目的要求1、理解不可压缩理想流体的运动方程2、掌握伯努利方程的意义及应用教学内容要占八、、1、理想流体的运动微分方程式2、理想流体的伯努利方程式3、实际流体总流的伯努利方程式4、伯努利方程的应用重占难占重点：伯努利方程的意义及应用.难点：伯努利方程的意义及应用.教学思路与教法设计3流体运动学根本方程流体动力学定义及研究内容.〔5分钟〕3. 4理想流体的运动微分方程式画图推导理想流体的欧拉运动微分方程式,并说明各局部物理意义. 〔15分钟〕3. 5理想流体的伯努利方程式利用外力做功的能量关系,推导理想流体沿流线的伯努利方程式.〔10分钟〕引进几个根本概念：动能修正系数、缓变流动、缓变过流断面.〔10 分钟〕画图推导理想流体总流的伯努利方程式,并联系流体静力学根本方程说明各局部参量的能量意义和几何意义.〔10分钟〕3.7实际流体总流的伯努利方程式及其应用根据对理想流体总流的伯努利方程的修正得到实际流体总流的伯努利方程形式,并说明其应用条件.〔15分钟〕介绍毕托管、文丘里流量计的分析过程.〔25分钟〕通过数学函数的推导,学生能更好理解伯努利方程.课后分析授课时间班级授课顺序第7次课课题伯努利方程的应用目的要求1、掌握伯努利方程的意义及应用教学内容要占八、、1、伯努利方程的应用重占难占重点：伯努利方程的建立.难点：伯努利方程的建立.教学思路与教法设计3. 8实际流体总流的伯努利方程式及其应用讲解伯努利方程的物理意义,伯努利应用的条件,以及如何建立伯努利方程式.〔15分钟〕介绍孔板流量计和射流泵原理及分析过程.〔35分钟〕最后,结合几道具体的例题讲解,并做随堂练习.〔40分钟〕教学内容和方法安排得当,学生对此局部内容找我较好. 课后分析授课时间班级授课顺序第8次课课题动量定理及其应用目的要求1、掌握动量方程及其应用；2、了解动量矩方程.教学内容要占八、、1、动量定理及其应用2、动量矩定理及其应用重占难占重点：动量定理及其应用.难点：3.11动量定理及其应用详细推导流体的动量守恒原理,并对动量定理的几种不同形式进行分说明其各局部含义.利用动量方程对流体运动的几种典型情况进 行求 〔70分钟〕简单介绍动量矩定理,以及它应用的方面.〔10分钟〕 小结,布置本章习题：3-11； 3-14； 3-22； 3-27； 3-36.〔 10 分析, 教学解. 思路与 教法设 计 钟〕学生对流体的受力分析理解不是很透彻. 课后分析授课时间班级热动普授课顺序第9次课课题习题课目的对所学的知识进行总结要求教学内容要作业讲评占八、、重占难占教学思路与教法设计把学生没有掌握透彻的知识,通过实例讲解进行分析,到达了预期的课后效果分析授课时间班级授课顺序第10次课课题流体在管路中的流动目的要求1、掌握流体运动分两种类型及判别方法；2、正确理解层流和紊流的特征；3、了解沿程能量损失和局部能量损失的原因；4、掌握沿程能量损失的计算.教学内容要占八、、1、管路中流体流动的两种状态2、能量损失的两种形式3、圆管中的层流流动重占难占重点：恒定均匀流的沿程损失.难点：恒定均匀流的沿程损失.教学思路与教法设计4流体在管路中的流动介绍流体流动的主要方式.〔10分钟〕4.1管路中流体流动的两种状态介绍雷诺实验装置及实验过程,说明流动的三种不同状态：层流、湍流和过渡状态.并重点解释雷诺数和上、下临界流速等概念.〔25 分钟〕4. 2能量损失的两种形式利用公式说明流动阻力的两种形式：沿程阻力和局部阻力.并利用伯努利方程向学生解释清楚能量损失的具体物理含义.〔25分钟〕4. 3圆管中的层流流动利用牛顿内摩擦定律推导出圆管中的层流流动微分方程, 并以此分别导出速度分布公式、流量公式以及切应力分布公式.〔30分钟〕通过多媒体动画演示实际流动状态,学生很容易理解.课后分析授课时间班级授课顺序第11次课课题流体在管路中的流动目的要求1、掌握圆管中的湍流流动；2、掌握沿程阻力系数和局部阻力系数确实定；3、了解管路计算原那么和根本方法.教学内容要占人1、圆管中的湍流流动2、管中流动沿程阻力系数确实定3、局部阻力系数确实定4、管路计算重占难占重点：沿程阻力系数和局部阻力系数确实定.难点：沿程阻力系数和局部阻力系数确实定.教堂思路与教法设计4.5圆管中的湍流流动首先说明湍流与层流的本质区别,而后介绍研究湍流的统计时均法,主要解释概念：脉动、时均速度、时均值等.〔15分钟〕由时均速度引出湍流流动的时均速度结构,着重介绍粘性底层厚度.并根据雷诺数大小说明水力光滑流水力粗糙流动是湍流流动的两种不同流动状态,并穿插介绍水力光滑管和水力粗糙管概念.〔15 分钟〕根据普朗特混和长度理论,推导出湍流切应力分布规律公式和断面速度分布公式.〔15分钟〕4. 8管中流动沿程阻力系数确实定由管道沿程损失引出尼古拉兹实验,并说明参量间关系.此后利用尼古拉兹曲线图说明流体流动在五个区域流动中入值的理论和经验公式计算方法.由此再说明莫迪图与尼古拉兹曲线图二者之间的关系, 以及莫迪图的使用方法.〔20分钟〕4. 9局部阻力系数确实定介绍局部能量损失的三种形式,并说明产生局部能量损失的主要原因.〔5分钟〕详细讲解断面忽然扩大的局部阻力系数计算方法及过程.说明Z i 和Z 2代表的意义.〔10分钟〕小结,布置习题：4-8 ; 4-13.〔10分钟〕内容较多,学生应该课下及时看书复习.课后分析授课时间班级授课顺序第12次课课题相似理论和量纲分析目的要求1、掌握量纲分析法及其应用；2、掌握力学相似概念和主要相似准那么的意义及应用.教学内容要占八、、1、相似理论2、量纲分析及其应用重占难占重点：量纲一致原理及相似理论.难点：量纲一致原理应用.教学思路与教法设计相似理论详细讲解力学相似的概念,推倒主要的相似判据,重力相似判据、粘性力相似判据和压力相似判据〔30分钟〕量纲分析及其应用详细讲解布金汉定理.结合实例讲解布金汉定理的应用〔50分钟〕本章小结.〔10分钟〕学生对布金汉定理的理解有一定难度. 课后分析授课时间班级授课顺序第13次课课题压力管路目的要求1、掌握压力管路的分类；2、掌握压力管路的水力计算；教学内容要占八、、1、压力管路的分类2、压力管路的水力计算重占难占重点：串并联管路的水力计算.难点：串并联管路的水力计算.压力管路介绍压力管路在工程实际中的主要应用.〔10分钟〕压力管路的分类〔10分钟〕教学思路与教法设计长管的水力计算〔20分钟〕复杂管路的水力计算〔50分钟〕根本完本钱次课的相关内容. 课后分析授课时间班级授课顺序第14次课课题压力管路目的要求1、掌握压力管路的水力计算；教学内容要占八、、1、压力管路的水力计算重占难占重点：分支管路的水力计算.难点：分支管路的水力计算.教学思路与教法设计压力管路复杂管路的水力计算〔60分钟〕短管的水力计算〔30分钟〕根本完本钱次课的相关内容. 课后分析授课时间课题孑L 口出流目的要求1、掌握孔口出流的分类；2、掌握薄壁小孔出流的特征；教学内容要占八、、1、孔口出流的分类2、薄壁小孔口自由出流重占难占重点：薄壁小孔出流.难点：薄壁小孔出流.教学思路与教法设计孔口出流介绍孔口出流在工程实际中的主要应用和研究方法.〔10分钟〕孔口出流的分类本节主要讨论孔口出流的一些根本概念：薄壁孔口、厚壁孔口、大孔口、小孔口、自由出流、淹没出流.重点介绍薄壁孔口和厚壁孔口的主要技术特征.〔20分钟〕薄壁小孔口自由出流分析推导薄壁小孔口自由出流时的各个特征参数计算公式.〔60分钟〕课后分析学生独立分析实际问题的水平还有欠缺.授课时间课题一元不稳定流失目的要求1、了解水击的现象；2、了解水击压力计算和水击的预防.教学内容要占八、、1、水击的产生和水击波的传播2、水击的分类3、水击压力的计算4、水击的预防和利用重占难占重点：水击的预防和利用难点：水击的预防和利用充分利用多媒体软件的特点给学生演示水击的这个动画过程. 结合实际的流体运动,再进行相关的理论知识分析.教学思路与教法设计课堂反响较好. 课后分析授课时间班级授课顺序第17次课课题非牛顿流体目的要求1、掌握非牛顿流体的流变性和流变方程；2、塑性流体的流动规律；3、了解塑性流体的水力计算.教学内容要占八、、1、非牛顿流体的流变性和流变方程；2、塑性流体的流动规律.重占难占重点：非牛顿流体的流变性和流变方程；塑性流体的流动规律.难点：塑性流体的流动规律教学思路与教法设计非牛顿流体介绍流变性的相关概念,以及非牛顿流体的流变曲线〔20分钟〕重点讲解塑性流体的静止根本规律和运动规律,分析其流动状态,以及与水头损失之间的关系.〔40分钟〕讲解钻井工程中,钻井泵压力和功率的相关计算.〔25分钟〕本章小结,布置本章习题：6-6o 〔5分钟〕课后分析学生对实际应用有很浓厚的兴趣.授课时间班级授课顺序第18次课课题气体的一元流动目的要求1、掌握压力波的传播、音速、马赫数；2、掌握一元稳定流的根本方程.教学内容要占八、、1、声速和马赫数2、可压缩气体的一元流动的根本方程式重占难占重点：一元稳定流的根本方程.难点：一元稳定流的根本方程.教学思路与教法设计气体的一元流动简单介绍气体一元流动的概念及气体动力学研究内容和对象.〔5 分钟〕声速和马赫数通过例子推导出气体运动传播速度公式〔三种不同形式〕.〔15 分钟〕介绍马赫数概念及物理意义.〔5分钟〕可压缩气体的一元流动的根本方程式与液体的伯努利方程以及连续性方程比拟,推导出可压缩气体的一元流动的连续性方程和伯努利方程.〔20分钟〕小结,布置习题：7-3 ；7-4o 〔5分钟〕随堂练习〔40分钟〕教学效果较好. 课后分析授课时间班级授课顺序第19次课课题气体的一元流动目的1、掌握一元气流的根本特征要求2、了解气体在变截面管〔喷嘴〕中的流动教学内容要占八、、1、一元气流的根本特征2、气体在变截面管〔喷嘴〕中的流动重占难占重点：一元气流的根本特征.难点：一元气流的根本特征.本节米用自学加提问的方式进行教学.教学思路与教法设计完本钱堂课的教学方案.课后分析。
流体力学教案
流体力学教案
一、教学目标
1.理解流体的定义和特性；
2.掌握流体力学的力学规律；
3.理解流体力学在工程中的应用。
二、教学内容
1.流体的定义和特性；
2.流体的平衡和运动规律；
3.流体力学在工程中的应用。
三、教学重点与难点
1.重点：流体的定义和特性，流体的平衡和运动规律；
2.难点：流体力学在工程中的应用。
四、教学方法
1.讲授法：教师对流体力学的基本概念和理论进行讲解；
2.案例法：教师选取具体的工程案例，演示流体力学的应用。
五、教学过程
1.导入新课：通过提问导入，引导学生思考流体的定义和特性；
2.讲授新课：讲解流体的定义和特性，流体的平衡和运动规律；
3.巩固练习：让学生分析具体的流体问题，计算流体平衡和运动的力学规
律；
4.归纳小结：回顾本节课的重点和难点，总结流体力学的应用。
六、教学评价
1.评价方法：考试、作业、课堂表现；
2.设计评价策略：设计考试题目，检测学生对流体力学知识的掌握程度。
流体力学授课教案（32）
总体说明
课程性质：专业基础课、必修课。
教学目的与要求：要求学生了解或掌握流体运动与平衡规律及其在工程上的简单应用。
教学内容包括两大部分：前半部分介绍流体的平衡与运动规律、后半部分介绍其工程应用。
通过学习，希望学生能够掌握流体平衡与运动的基本概念与计算方法，了解流体运动的基本规律，提高对流体运动的认识，为解决将来工作上的流体问题奠定理论基础。
与本课程同时开设的相关专业基础课有：材料力学
课程总学时32时，包括实验4学时。
教学方式：讲堂讲授、实验教学、课堂讨论等，以课堂讲授为主。
考核方式：考查，总成绩评定中，闭卷成绩占70%，实验、平时作业占30%。
实验课：学生自由组合按组实验，由实验指导教师评定实验成绩。
答疑时间：每周一次固定时间以及电话随时答疑。
具体安排
课程名称：第1次课
课程名称：第2次课
课程名称：第3次课
课程名称：第4次课
课程名称：第6次课
课程名称：第7次课
课程名称：第8次课
课程名称：第9次课
课程名称：第11次课
课程名称：第12次课
课程名称：第13次课
课程名称：第14次课机动课。
大学物理电子教案一、前言1.1 课程简介：本课程旨在帮助学生掌握大学物理的基本概念、原理和定律，培养学生的科学思维能力和实验技能。
通过本课程的学习，学生将能够运用物理知识解决实际问题，为后续专业课程的学习打下坚实的基础。
1.2 教学目标：（1）理解并掌握大学物理的基本概念、原理和定律；（2）培养科学思维能力和实验技能；（3）能够运用物理知识解决实际问题。
二、教学内容2.1 力学2.1.1 牛顿运动定律2.1.2 动量与能量2.1.3 刚体运动2.1.4 流体力学2.2 热学2.2.1 温度的概念与热力学定律2.2.2 热传导与对流2.2.3 热力学第一定律与第二定律2.2.4 热力学势2.3 电磁学2.3.1 静电场2.3.2 稳恒电流场2.3.3 磁场与电磁感应2.3.4 电磁波2.4 光学2.4.1 几何光学2.4.2 波动光学2.4.3 量子光学2.5 原子与分子物理2.5.1 原子结构2.5.2 原子光谱2.5.3 分子结构与化学键2.5.4 分子光谱三、教学方法3.1 授课方式：采用多媒体教学与板书相结合的方式，生动形象地展示物理概念和原理。
3.2 课堂互动：鼓励学生提问和参与讨论，提高学生的积极性和主动性。
3.3 实验教学：安排相应的实验课程，培养学生的实验技能和科学思维能力。
四、教学评价4.1 平时成绩：根据学生的课堂表现、作业完成情况和实验报告，给予相应的平时成绩。
4.2 期中期末考试：设置期中和期末考试，检验学生对课程内容的掌握程度。
五、教学资源5.1 教材：选用国内权威的大学物理教材，为学生提供系统的学习资料。
5.2 多媒体课件：制作精美的多媒体课件，辅助学生理解物理概念和原理。
5.3 网络资源：提供相关教学视频、论文和实验数据等资源，方便学生自主学习和深入研究。
5.4 实验设备：配备完善的实验设备，为学生提供实践操作的机会。
六、教学安排6.1 课时分配：本课程共计32课时，其中课堂讲授24课时，实验课程8课时。
第二章 流体静力学§2－1作用在流体上的力、表面力、质量力在运动的实际流体中任取一块流体，其体积为V ，表面积为A ，在这块流体上任取一微元面积δA ，作用在其表面上的力为δF ，分解为⎩⎨⎧切向力法向力τδδF F n ，则法向力： AF p A δδδn 0lim →= (N/m 2)切向力：AF A δδτδτ0lim →= (N/m 2)在这块流体上，取一流体微团，其体积为δＶ，由于地球引力的作用，产生的重力为ρg δV 。
由于流体存在加速度a，根据达朗贝尔原理，虚加的惯性力为-ρδＶa。
所以，流体所受的力为：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧惯性力重力或体积力质量力一般情况不考虑和表面张力摩擦力切向应力压力法向应力表面力)()()()(στP 表面力―是指作用在流体中的所取某部份流体体积表面上的力，也就是该部分体积周围的流体（既可是同一种类的流体，也可是不同种类的流体）或固体通过接触面作用在其上的力。
质量力―是指作用在流体内部所有流体质点上并与流体的体积或质量成正比的力，又称体积力。
通常，单位质量流体的质量力用→f 表示，在笛卡尔直面坐标系中：k j i zyxf f f f →→→→++=流体静力学―研究流体处于静止状态时各种物理量的分布规律及在工程实际中的应用。
所谓流体的静止状态是指流体对选用的坐标系无相对运动的状态。
δF§2－2流体的静压强及其特性在静止的流体中，任取一块流体。
当δA →0时，p 就定义为空间某点的静压强：AP p A δδδlim→=静压强的两个特性：① 流体静压强指向作用面的内法线方向。
② 流体中任意点静压强的大小只是位置的函数，即p=f (x ，y ，z )与其作用面的方向无关，又称作静压强各向同性。
证①：流体中任意点所受的力均可分为切应力和压应力。
因总体静止，0d d =yu， 故切应力0=τ，所以，只存在法向应力，当然垂直于作用面。
又：流体在拉力作用下，要发生运动，因为静止，故只存在压应力。
《流体力学》课程教案（建筑环境与设备工程专业）第一章绪论1．本章的教学目标及基本要求本章为绪论，涉及到流体的定义、作用在流体上的力、流体的基本物理性质和流体的力学模型。
通过本章的教学，要求学生了解流体力学在本学科及相关工程技术领域内的地位和作用，掌握流体与固体的典型区别，连续介质模型、不可压缩流体和理想流体的定义，了解流体的主要物理性质；掌握流体的受力分析方法，能够正确应用牛顿内摩擦定律分析解决液膜条件下流体的运动及及其与固体间的相互作用问题。
2．本章各节教学内容（列出节名）及学时分配本章教学内容分2单元，每单元2学时单元1：流体力学在本学科中的地位和作用，流体的定义与特点，，作用在流体上的力;流体的惯性, 流体的粘性；习题1-1, 4单元2：流体的粘性，压缩性与膨胀性, 不可压缩流体和理想流体的概念，流体的连续介质模型；习题1-7，8，123．本章教学内容的重点和难点本章的重点是：本章的教学任务是让学生初步建立起流体及流体力学的基本概念，重点放在流体与固体的本质区别，描述流体的基本模型及流体的主要物理性质。
本章的难点是：熟练、正确进行受力分析；正确运用牛顿内摩擦定律分析求解液膜条件下流体的运动及及其与固体间的相互作用问题。
4. 本章教学内容的深化和拓宽；介绍不可压缩流体的概念及其工程应用意义，说明粘性的外部特性与内部特性的区别。
5．本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题；本章涉及到较多的物理基本概念，注意时刻提醒学生从最基本的物理现象出发去理解和把握物理概念，在受力分析及应用过程中注意结合以往课程的内容和知识，帮助学生逐步建立将所学知识与工程实际应用相结合的思维习惯。
教学方式以课堂教学为主。
6．本章的主要参考书目；●屠大燕主编·流体力学与流体机械·北京：中国建筑工业出版社，1999●刘鹤年编·水力学·北京：中国建筑工业出版社，1999●李玉柱苑明顺编·流体力学·北京：高等教育出版社，1998●汪兴华·工程流体力学习题集·北京：机械工业出版社，1983●周光炯等编·流体力学·第2版·北京：高等教育出版社，2000●潘文全·工程流体力学·北京：清华大学出版社，1988●Vennard J K and R L Street. Elementary Fluid Mechanics. 6th ed. New York: JohnWiley & Sons,1982●Clayton T.Crowe, Donald F. Elger and John A. Roberson. Engineering Fluid Mechanics.7th ed. New York: John Wiley & Sons,2001●山东工学院东北电力学院·工程流体力学·北京：电力工业出版社，1980●陈卓如主编·工程流体力学·北京：高等教育出版社，19927．本章的思考题和习题等。
计算流体力学教案一、课程介绍1.1 课程背景计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）是运用数值分析和算法解决和分析流体力学问题的一个分支。
本课程旨在让学生了解并掌握计算流体力学的基本原理、方法和应用。
1.2 课程目标通过本课程的学习，学生将能够：（1）理解流体力学的基本概念和原理；（2）掌握CFD的基本数值方法和算法；（3）应用CFD软件进行流体力学的数值分析和解决实际问题。
二、教学内容2.1 流体力学基础（1）流体力学的定义和发展；（2）流体力学的分支；（3）流体力学的基本方程。
2.2 数值方法基础（1）数值方法的分类；（2）数值方法的原理；（3）数值方法的稳定性分析。
2.3 网格技术（1）网格方法；（2）网格质量评价；（3）网格独立性研究。
2.4 流动问题的离散化（1）流动问题的离散化方法；（2）离散化方程的求解方法；（3）离散化方程的数值求解技术。
2.5 流场可视化（1）流场可视化的方法；（2）流场可视化的技术；（3）流场可视化的应用。
三、教学方法3.1 课堂讲授通过讲解流体力学的基本概念、原理和数值方法，使学生掌握CFD的基本理论。
3.2 软件操作实践通过操作CFD软件，使学生了解并掌握网格、流动问题离散化、求解和流场可视化的实际操作。
3.3 案例分析通过分析实际案例，使学生了解并掌握CFD在工程中的应用。
四、教学评估4.1 平时成绩包括课堂表现、作业完成情况等，占总成绩的30%。
4.2 期中考试包括理论知识和软件操作，占总成绩的30%。
4.3 期末考试包括理论知识，占总成绩的40%。
五、教学资源5.1 教材《计算流体力学导论》（Introduction to Computational Fluid Dynamics）。
5.2 软件CFD软件，如OpenFOAM、FLUENT等。
5.3 网络资源相关在线课程、论文、教程等。
六、网格技术（续）6.1 结构网格结构网格的定义和特点常见的结构网格算法结构网格在CFD中的应用案例6.2 非结构网格非结构网格的定义和特点常见的非结构网格算法非结构网格在CFD中的应用案例6.3 混合网格混合网格的定义和特点混合网格算法的基本原理混合网格在CFD中的应用案例七、流动问题的离散化（续）7.1 守恒定律的离散化质量守恒定律的离散化动量守恒定律的离散化能量守恒定律的离散化7.2 离散化方程的求解线性方程组的求解方法非线性方程组的求解方法代数方程组的求解方法7.3 离散化方程的数值求解技术（续）时间步进方法空间离散化技术稳定性和收敛性分析八、流场可视化（续）8.1 流场可视化的方法（续）着色法纹理映射法粒子追踪法8.2 流场可视化的技术（续）数据处理技术三维重构技术动画制作技术8.3 流场可视化的应用（续）航空航天领域的应用汽车工业领域的应用生物医学领域的应用九、案例分析（续）9.1 案例分析的方法案例选择的原则案例分析的步骤9.2 流体动力学案例分析不可压缩流体的流动案例可压缩流体的流动案例复杂几何形状的流动案例9.3 热流体力学案例分析热传导问题案例热对流问题案例热辐射问题案例十、课程总结与展望10.1 课程总结本课程的主要内容和知识点回顾学生在本课程中学到的技能和知识10.2 课程作业与项目课程作业的布置与评价课程项目的选择与实施10.3 未来学习方向CFD在科学研究中的应用CFD在工业中的应用趋势CFD领域的最新研究动态十一、流体机械特性分析11.1 流体的粘性粘性的定义和测量牛顿流体和非牛顿流体的特性粘性流体的流动案例分析11.2 流体的弹性弹性流体的定义和特性弹性流体流动的数值模拟方法弹性流体流动案例分析11.3 流体的湍流特性湍流的定义和特性湍流流动的数值模拟方法湍流流动案例分析十二、多相流动分析12.1 多相流动的定义和分类单相流动和多相流动的定义连续相、分散相和界面流动的特点多相流动的数值模拟方法12.2 多相流动的数值模拟方法欧拉-欧拉模型欧拉-拉格朗日模型离散相模型12.3 多相流动案例分析油气水三相流动案例颗粒物在空气中的扩散案例喷雾燃烧过程的数值模拟案例十三、化学反应流体力学13.1 化学反应流体力学的定义和特点化学反应和流体运动的相互作用化学反应流体力学的应用领域化学反应流体力学的数值模拟方法13.2 化学反应流动的数值模拟方法反应速率模型化学反应平衡和化学平衡计算化学反应流体流动的数值模拟算法13.3 化学反应流体流动案例分析燃烧过程中的化学反应流动案例化工过程中的化学反应流动案例环境污染治理过程中的化学反应流动案例十四、计算流体力学的软件应用14.1 CFD软件的基本操作CFD软件的用户界面和操作流程CFD软件的网格和边界条件设置CFD软件的求解器和结果分析工具14.2 CFD软件的高级应用参数研究and 优化并行计算和云计算应用复杂几何形状和多物理场耦合问题的模拟14.3 CFD软件案例分析利用CFD软件分析风力发电机翼的气流分布利用CFD软件分析汽车发动机的冷却效果利用CFD软件分析建筑物的热环境十五、课程项目与实验15.1 课程项目的选择与实施项目选题的原则和步骤项目实施的计划和管理项目成果的评估和反馈15.2 实验设计与实验操作实验设计的原则和方法实验操作的步骤和安全注意事项实验数据的采集和分析报告的结构和内容要求报告的提交和评审流程重点和难点解析本文教案主要介绍了计算流体力学（CFD）的基本原理、方法与应用，内容涵盖了流体力学基础、数值方法基础、网格技术、流动问题的离散化、流场可视化、案例分析、多相流动分析、化学反应流体力学、计算流体力学的软件应用以及课程项目与实验等方面。
绪 论一、课程简介1、课程的研究对象——单元操作 （1）单元操作的概念指在各种化工过程中，遵守同一基本原理，所用设备相似，作用相同，仅发生物理变化过程的那些操作，称为单元操作。
（2）单元操作的特点①所有的单元操作都是物理性操作，只改变物料的状态或物理性质，并不改变化学性质。
②单元操作是化工生产过程中共有的操作，只是不同的化工生产中所包含的单元操作数目、名称与排列顺序不同。
③单元操作作用于不同的化工过程时，基本原理相同，所用的设备也是通用的。
（3）单元操作的分类根据单元操作所遵循的基本规律，分为三类：流体动力过程、传热过程和传质过程。
2、课程性质：本课程是化工类专业学生的专业必修课。
3、课程特点：理论与经验相结合的工程研究方法。
二、单元操作中常用的基本概念和观点 1、物料衡算根据需要人为地划出一个封闭体系，那么有：输入物料=输出物料+（物料损失） 2、 能量衡算 同样对于一个体系有：输入能量=输出能量+（能量损失）在化工生产过程中的能量衡算大多为热量衡算。
3、平衡关系平衡是过程进行的极限状态。
通过讨论平衡关系，我们可以判断过程进行的方向及过程推动力的大小。
4、过程速率 过程速率与过程推动力成正比，与过程阻力成反比。
即：过程阻力过程推动力过程速率5、经济核算 三、单位及单位换算单位可分为二大类：基本单位和导出单位。
（1）基本单位基本单位只有几个，指定的几个独立的物理量。
由于同一物理量在不同的单位制中具有不同的单位和数值，象cm.g.s 制和工程单位制等给人类的计算和交流带来麻烦，为此规定使用统一的“国际单位制”，即SI 制。
SI 制有七个基本单位SI 制有以下两大优点：通用性：自然科学、工程技术以及国民经济中都采用； 一贯性：不需引入比例系数。
（2）导出单位其它物理量利用基本量从物理定律中导出，称为导出量，其单位称为导出单位。
基本单位与导出单位的总和称为单位制。
（3）单位换算经验公式（又称数字公式，根据实验结果整理而得）中各符号只代表物理量的数字部分，而它们的单位必须采用指定的单位。
须牢记：1atm=101.325kPa=1.033at(工程大气压kgf/cm2) =760mmHg=10.33mH2O1cal=4.2J , 1J=0.24cal 1kgf=9.81N结果换算因子数值=⨯第一章 流体流动与输送设备一、流体：可以流动的物体——物体的变形与时间有关的——液体与气体liquid &gas 。
二、 流体输送在化工生产中的应用在化工生产过程中，物料从一个设备到另一个设备、在设备中进行物理或化学加工过程等，一般都是在流动的过程中进行的。
适宜的流动条件能使过程进行的更加完善。
因此，我们有必要在此首先讨论流体输送，以解决化工生产中的最基本的问题： 1、管径的选择与管路布置；2、估算输送流体所需要的能量，选用输送机械；3、流速、流量、压强等的测定；4、提供适宜的流体流动条件，作为强化设备操作及设计高效能设备的依据。
第一节 流体静力学1-1-1密度（一）密度m Vρ=概念；表达式；单位；液体密度及其查取方法 （二）气体的密度一般可根据理想气体状态方程求得。
pMRTρ= 例题：求常压下、25℃时氧气的密度？ （三）混合物的密度1、 混合液体 混合前后总体积不变的原则12121nmnw w w ρρρρ=++⋯+例题：求25℃时40%（质量百分数）的苯、甲苯溶液的密度？ 2、 混合气体 1122m n n ρρφρφρφ=++⋯+ 或 mm pM RTρ= 1-1-2 压力1、定义，表达式，单位与其它常用压力单位，单位换算因子；p gh ρ=2、压强与压力3、用液柱高度表示压强单位的意义：该液柱作用于底部单位面积上的重力。
4、表压、绝压、真空度。
（1）概念（2）相互关系：① 表达式；② 关系图（3）说明：上报工艺文件时注意要注明是表压还是绝压，如不注明，则表明是绝压。
1-1-3流体静力学 hydrostatics一、静力学基本方程式及其讨论1、静力学基本方程式常数=+=+ρρ2211p g z p g z或 常数=+=+gpz g p z ρρ2211 或 常数=+=+2211p g z p g z ρρ 或 ()g h p g z z p p ρρ+=-+=01212 2、讨论（1）各项的物理意义（2）修正压强：g z p ρ+ （3）压强的传递性 （4）等压面的概念 （5）适用范围 二、静力学方程的应用（一）测压 1、U 形管压差计（1）结构：U 形玻璃管，标尺，指示液及其要求 （2）测压原理：等压面，压差计算公式。
（3）讨论：① 当压差一定时，读数R 与U 形管的粗细、长短无关；② 为了得到比较适中的读数R ，应根据压差选用指示液，常用的指示液； ③ 压差计可用于测量某一点的压力；④ 测量具有位差的两点间的压差时，U 形管压差计上的读数是修正压强差。
即：()()11220()p z g p z g R g ρρρρ+-+=-2、杯形斜管压差计——U 形管压差计的变形——创新 结构；测压原理；优点；使用注意事项 （二）测量液位1、用U 形管压差计来测量液位（1）特殊情况下（一侧指示液液位刚好与贮槽底部平齐）的液位计算：h Rρρ= （2）通过改进（设置“杯”）使特殊情况也适用于一般情况2、远距离测量 测量原理分析： （1）观察室的作用（2）氮气压力与H 点压力的关系从而与液位关联 （3）氮气压力计算 （三）计算液封的液位高度 1、液封的类型与作用（1）安全液封：维持正常生产用气压。
如需控制乙炔发生炉内压力P 采用上图装置。
（2）切断液封：在气体贮罐前后安装切断液封——安全作用，而且防漏，还可节省投资。
（3）溢流液封：在洗气塔液体溢流排放口为防气体带出设置的液封。
2、液封高度计算g h p ⋅⋅=ρ gph ρ=（p 为表压）第二节 流体动力学1-2-1流量与流速 一、流量体积流量v q 与质量流量m q（1）体积流量符号；概念；表达式；单位。
（2）质量流量符号；概念；表达式；单位。
（3）体积流量与质量流量之间的关系m v q q ρ= 二、流速流速u 与质量流速G（1）流速：符号；概念；平均流速；表达式；单位。
（2）质量流速：符号；概念；表达式；单位。
（3）流速与质量流速之间的关系 1-2-2 定态流动与非定态流动定态流动：流体流动系统中，各截面上的温度、压力、流速等物理量仅随位置变化，而不随时间变化。
非定态流动：流体流动系统中，各截面上的温度、压力、流速等物理量既随位置变化，也随时间变化。
1-2-3定态流动系统的质量守恒—连续性方程 一、连续性方程式图示系统中，输入物料=输出物料 即：12m m q q =因为m v q q uA ρρ==，故上式可写为：111222m q u A u A ρρ== 对于不可压缩流体：21ρ=ρ 则上式为：2211A u A u ⋅=⋅ 对于圆形管路：2d 4A π=则上式又为：222211d u d u ⋅=⋅ 即：212221d d u u = 二、讨论：1、适用范围：连续稳定流动系统2、系统截面一定要具有连续性，而内部连不连续、发生什么过程可以不管3、分支管路的连续性方程式123m m m q q q =+m m qq =∑∑进出三、连续性方程式的应用——选用管径 1、初估管径 （1）计算公式 uq d v⋅=π4 （2）流速u 的确定 2、根据管子规格园整（1）管子规格：表示管子规格的方法主要有两种：n m ⨯φ 及公称直径g D （2）选管1-2-4 定态流动系统的机械能守恒—柏努利方程 一、流动流体所具有的机械能1、流体自身的能量类型：内能、位能、动能、静压能2、与环境交换的能量类型：外加能量、热能、损失能量 二、柏努利方程在图示系统中：输入机械能=输出机械能 即：2211221222e f p u p uz g W z g W ρρ+++=+++∑或：2211221222e f p u p u z H z H g g g gρρ+++=+++∑三、柏努利方程式的讨论1、适用范围：a 稳定流动系统；b 不可压缩流体；c 重力场中。
2、守衡与变化3、各项的物理意义z ——设备plant 高低相对位置参数； p ——状态state 参数，由操作条件决定；u ——动力学dynamics 参数，这是最活跃的参数，一般可根据经验确定。
4、对于理想流体，流动无阻力，流动过程中也无需外加能量，则柏氏式为：g2u g p z g 2u g p z 22222111+ρ+=+ρ+5、对于静止流体，流速u =0 则柏氏式又为：gpz g p z 2211ρ+=ρ+或g )z z (p p 2112⋅ρ⋅-+=g h p 1⋅ρ⋅+= 此式就是静力学基本方程式。
所以说静力学基本方程式包括在柏努利方程式中 6、气体一般不可以使用柏氏式，但当压力变化不是很大（%20%100p p p 221<⨯-）时，可近似使用柏氏式，不过其中的密度ρ应用两截面的平均密度。
221ρ+ρ=ρ 7、分支管路的柏氏式：g2u g p z g 2u g p z g 2u g p z 233322222111+ρ+=+ρ+=+ρ+四、柏努利方程式的应用解题要求：①作图并在图上标出有关物理量；②取截面并确定基准水平面；③列柏氏式；④列已知条件；⑤代入方程求解；⑥结果讨论。
例1 在图示管路系统中，水槽液面维持不变，水可视为理想流体。
求（1）管路出口流速；（2）图中A 、B 、C 点的压强；（3）讨论流动系统中的能量转化关系。
解：（1） 取截面1-1和2-2，以2-2截面为基准水平面（说明取截面的要点）列柏氏式： g2u gp z g2u gp z 22222111+ρ+=+ρ+列已知条件： z 1=5m z 2=0p 1=0 p 2=0 (基准一致) u 1=0 u 2=? 代入求解得u 2=g 10 m/s（2）O mH m N g p A 22414)(/109.34=⨯=⋅⋅-=表ρ)(1/981022表O mH m N g p B ==⋅=ρ)(3/109.23224表O mH m N g p c -=⨯-=⋅⋅-=ρ （3）讨论能量转化关系 结果讨论：① A 点的压强与槽底的压强是否相等？A 点的气蚀现象。
② C 点是否会发生气蚀现象？③ u 2与哪些因表有关？能否用无限向下增加管长来提高出口流速成？C 点能否无限增高？例2：如图所示的水冷却装置中，处理量为60 m 3/h ，输入管路的内径为100mm 的钢管，喷头入口处的压强不低于0.5at （表压），管路阻力损失为88.3j/kg 。
