32学时流体力学教案(完整)a

工程流体力学课程教案
《工程流体力学》课程教案（第 1 次课）
授课时间 授课方式 2013 年 3 月 5 日 PPT 授课+板书+讨论+视频 绪论（Introduction） 授课题目（教学 第一章 流体及其物理性质 （Fluids and Fluid Properties） 课次 课时安排 5、6 2 课时
一、粘性及其表现 粘性的定义 流体质点间或流层间因相对运而产生内 摩擦力以反抗相对运动的性质称为粘性。 板书设计 （液力耦合器速度分布）
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PPT 结合板 书讲解 （15 分钟）
工程流体力学课程教案
库仑试验 (1784) （补充内容） 实验装置

实验结果及分析 实验结论 造成衰减的摩擦阻力取决于流层间的内摩擦力 紧贴固体壁面的流体微团与固壁间不存在相对运动， 即固壁不滑移条件。 （实验视频演示） 动画演示实 验内容 强调：固壁 不滑移条件 一般流体工 程均成立。 PPT 结合板 书讲解 （15 分钟）
ν=

µ ρ
粘度大小的影响因素
强调温度对液体和气体粘度影响规律的不同及物理解释。 工程举例： 原油输送工程中加热站的作用。 知识扩展： 流动减阻工程介绍。 恩氏粘度及恩氏粘度计工作原理介绍
牛顿流体与非牛顿流体 明确常见流体如水、油、空气等均为牛顿流体； 流体力学理论主要处理牛顿流体； 常见非牛顿流体有血液、泥浆、沥青、牙膏等。 PPT 讲解 （10 分钟）
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工程流体力学课程教案
《流体力学》课程教案（第 2 次课）
授课时间 授课方式 2013 年 3 月 7 日 PPT 授课+讨论+视频 课次 课时安排 5、6 2 课时
第一章 流体及其物理性质 （Fluids and Fluid Properties） 授课题目（教学 章、节或主题） ： §1.3 流体的压缩性与膨胀性（Elasticity of Fluids） §1.4 流体的粘性（Viscosity of Fluids） 理解流体压缩性与膨胀性的物理含义； 掌握流体压缩系数、弹性模量、膨胀性系数的定义及应用； 掌握可压缩流体及不可压缩流体的划分方法； 教学目的 及要求 理解流体粘性的物理含义； 理解“固壁不滑移”边界条件的含义； 掌握牛顿内摩擦定律的内容及其应用； 熟悉并掌握常见的流体模型。
图
速度 互动讨论 （5 分钟）
讨论互动：您知道 08 北京奥运会游泳比赛打破 19 项世界纪 录的奥秘吗？您知道泳池中的泳道分为快速泳道和慢速泳道 的依据吗？
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工程流体力学课程教案
粘度的度量及影响因素 动力粘度μ与运动粘度ν 动力粘度μ的物理意义 动力粘度μ与运动粘度ν之间的转换关系 PPT 讲解与 知 识 扩 展 （15 分钟）
强调： 工程应用 中， 液体和低速 气体流动均视 为不可压缩流 动。
二、流体的膨胀性 膨胀性的定义：流体体积随温度变化而变化的属性。 膨胀性系数： PPT 讲解 （5 分钟）
αV =

dV / V 1 dV = dT V dT
（1 / K）
一般工程中流体的膨胀性均不考虑 §1.4 流体的压缩性与膨胀性

牛顿内摩擦定律 牛顿平板实验（动画演示） 提醒：学生注意观察动画中上下平板处的速度大小。 牛顿内摩擦定律 板书设计：
AU A ∆U AdU ⇒F∝ ⇒F∝ hwk.baidu.com∆h dh dU dU ⇒ F = µA ⇒τ = F / A = µ dh dh F∝
（讲解时注意讲清楚各公式演变的条件） 公式的物理理解（举例） 例题讲解（例 1-2 见 PPT） 板书补充：内摩擦力的理解
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教学过程设计 §1.3 一、流体的压缩性 压缩性定义：流体受压体积减小的性质称为压缩性。 压缩系数与弹性模量 小实验设计： 取两个矿泉水瓶， 一个装空气，一个装满水。密封好， 请学生上来用手挤压两个瓶子，看效果。 PPT 多媒体 讲解 （10 分钟） 小实验：水 和空气压缩 性大小的差 异. 板书内容：注 板书（） 意引导学生微 分运算的处理 流体的压缩性与膨胀性 方法及手段
教学重点 及难点
重点：流体的压缩性和粘性； “固壁不滑移”条件；牛顿内摩擦定律 难点：牛顿内摩擦定律及其应用
高等数学 （常（偏）微分运算部分） 工程流体力学 陈卓如. 高等教育出版社, 2004. (第一章) Fluid mechanics and Engineering Applications Finnemore,E.J 清华大 学出版社（图书馆可借） （Chapter02 Properties of Fluids） 参考资料及网 络教程 An Introduction To Fluid Mechanics. 利兹大学（英）网络课程 http://www.efm.leeds.ac.uk/CIVE/FluidsLevel1/Unit01/T1.html 本课程自主学习网络课程网站 http://cumtb.js.nclass.org/ec-webpage-show/checkCourseNumber.do?c ourseNumber=26349112
教学重点 及难点
流体力学发展的五个时期. 周光坰《力学与实践》2001 第 3 期 流体力学. 方达宪 东南大学出版社(图书馆读秀 PDF 文档)（绪论部分） Fluid Mechanics and Engineering Applications Finnemore,E.J 清华大 学出版社（图书馆可借） （1 Introduction） 参考资料及网 络教程 An Introduction To Fluid Mechanics. 利兹大学（英）网络课程 http://www.efm.leeds.ac.uk/CIVE/FluidsLevel1/Unit01/T1.html 本课程自主学习网络课程网站 http://cumtb.js.nclass.org/ec-webpage-show/checkCourseNumber.do?c ourseNumber=26349112
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教学过程设计 绪论 一、工程流体力学的研究内容 PPT 多媒体讲 解 （5 分钟） 方法及手段
流体静力学 (Ch.2) 工程流体力学 流体动力学
流体静力学处理流体处在平衡状态下的受力规律。 流体动力学主要处理流体处在非平衡条件下， 其流动参数与受
V ρ =− dV dρ
可压缩流体与不可压缩流体
当流体的压缩性对所研究的流动影响不大，可忽略不计时，这种 流体称为不可压缩流体，反之称为可压缩流体。 强调： 实际流体都为可压缩流体，但压缩性大小不同，绝 对不可压缩的流体不存在； 引入不可压缩流体的目的，简化研究； 不可压缩流体的特点：流体密度ρ=const（已知量）
力之间所满足的规律以及流动的能量转换规律。 讨论互动： 什么是流体？你身边常见的流体有哪些？ 二、了解几种习以为常的流动现象 流水在河流中流动 管线和渠道中流动 人体内的血液循环 通过动画形 式讲解各现 象中的流体 力学原理。 借 助现场实验， 使学生深刻 了解飞机飞 行原理， 注重 培养学生的 兴趣。 PPT 讲解与动 画演示 （20 分钟） PPT 讲解与动 画演示及动 手实验 （20 分钟）
强调： 流体质 点是流体力 型：u =u(x,y,z,t)。 学研究的最 小单元， 在空 思考：按连续介质的概念，流体质点是指什么？ 间上是连续 分布的， 其运 四、采用流体连续介质假设的优点 动在时间上 避免了流体分子运动的复杂性，只需研究流体的宏观运动。 也是连续的。 可以利用连续函数（微积分理论）来研究流体的平衡与运动规律。 PPT 讲解 特别强调：并非所有情况下的气体都可视为连续介质，如 120Km 处高 （5 分钟） 空稀薄空气。对不满足连续介质假说的流体，流体力学理论不能适用。 提醒：任何理 论的建立都 （稀薄气体流体力学） 有前提。 §1.2 流体的密度和重度 一、 流体的密度 定义：单位体积流体的质量。 PPT （kg/m3） （5 分钟） 强调：重度的 概念在流体 力学中应用 普遍。
四、流体力学研究方法 理论分析方法 实验方法 风洞技术介绍（视频） 数值方法（CFD） CFD 技术介绍 成绩考核说明： 总评成绩＝平时成绩 20％ ＋考试成绩 70％+实验成绩 10％ 平时成绩由出勤和作业情况综合评定，缺课 1/3 以上者不得参加考试 闭卷考试 第一章 流体及其主要物理性质 §1.1 流体的定义 一、流体的定义 自然界物质存在的主要形态： 固态、液态和气态 液体和气体是流体 流体与固体的本质区别 具有流动性的物体（即能够流动的物体）是流体 流体是指在任何微小剪切力作用下都会发生连续变形的物质。 ------流体的定义。 PPT 结合动画 讲解 （10 分钟） 强调：从剪切 力作用产生 的不同效果， 解释流体与 固体间的区 别。 PPT 讲解与视 频 （15 分钟） 重点介绍我 国超音速风 洞试验系统， 加强爱国主 义教育。
ρ=
二、 流体的重度
Μ V
定义：单位体积流体的重量。
γ＝ ＝ρg
G V
（N/m3）
本次授课内容回顾 本次授课内容答疑
回顾 3 分钟 答疑 2 分钟
作业：课本习题 1-1；1-2。预习：§1-3，§1-4； 复习：高等数学泰勒级数相关理论 课后小结：本次授课是学生了解流体力学课程的第一次课，通过课堂上与学生的多次互动， 发现绪论部分教学内容安排比较合理， 授课内容及教学形式能够吸引住学生， 提高他们的学 习兴趣。但对连续介质假设模型，由于概念抽象，部分同学反映不容易理解。在以后的教学 中，应针对该内容加以改进。
章、节或主题） ： §1.1 流体的定义（Definition of Fluids） §1.2 流体的密度和重度（Density and Gravity of Fluids） 了解流体力学工程与历史发展背景； 教学目的 及要求 了解流体力学的研究内容及研究方法； 掌握流体的定义及连续介质假设、流体的主要物理参数。 重点：流体的概念及连续介质假设，流体的主要物理参数 难点：连续介质假设的内涵 介绍古希腊阿基米德发现浮力定律和我国古代“大禹治水”的故事，鼓励 德育教育点 学生善于观察发现、善于思考，培养学生的科学创新能力。教学中注重流 体力学发展史的介绍，重点培养学生对该门课程的学习兴趣
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二、流体的连续介质假设 定义：不考虑流体分子间的间隙，把流体视为由无数连续分布的流 体质点（或流体微团）组成的连续介质。 流体质点（微团）必须具备的两个条件 必须包含足够多的分子； 体积必须很小。 提醒：流体微团（质点）没有明确的界定，实际应用中也没有必要。 三、连续介质模型 把流体视为没有间隙地充满它所占据的整个空间的一种连续介质， 且其所具有的物理量都是空间坐标和时间的连续函数的一种假设模 PPT 讲解 （10 分钟） PPT 讲解 （10 分钟）
问答三个流动问题： 表面光滑的球和表面粗糙的球哪个飞行的更远？ （高尔夫球运动）（动画） 汽车阻力取决于前部还是尾部形状？（动画） 飞机飞行时的升力是如何产生的？（结合“香蕉球” 现象）（动画） 互动小实验：“ 吹纸”（活跃课堂气氛） 三、流体力学的发展概况 流体力学三个主要发展阶段 Stage 1 (287 B.C ~ 212 B.C)
阿基米德 《论浮体》 思考： 这种在 偶然间获得 的灵感造就 伟大的故事， 对我们同学 是否有些启 示呢？
科学发现小故事： 浴盆里的发现----阿基米德“论浮体”
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Stage 2 (The 16th ~The beginning of the 19th)
帕斯卡的平衡流体中的压力传递规律 牛顿的流体内摩擦定律 欧拉的理想流体运动微分方程 纳维尔和斯托克斯粘性流体运动 N－S 方程 Stage 3 (Modern times) 空气动力学理论 普朗特边界层理论 流体力学在中国的发展 水患的治理 “大禹治水” 三大水利工程 都江堰工程介绍（视频录像） ， 三峡工程 增强学生的 民族自豪感。