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《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1-7，8，12 3．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：●周光炯等编·流体力学·第2版·北京：高等教育出版社，2000●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●陈卓如主编·工程流体力学·北京：高等教育出版社，1992●潘文全·工程流体力学·北京：清华大学出版社，1988●汪兴华·工程流体力学习题集·北京：机械工业出版社，1983●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●Clayton T.Crowe, Donald F. Elger and John A. Roberson.Engineering Fluid Mechanics. 7th ed. New York: John Wiley& Sons,2001●Vennard J K and R L Street. Elementary Fluid Mechanics. 6thed. New York: John Wiley & Sons,19827．本章的思考题和习题：习题1-1,4,7,8,12单元11．教学内容：流体力学在本专业中的作用, 流体的定义，惯性、压缩性与膨胀性✧了解流体力学在学科中的地位和作用；✧明确流体的定义；✧了解流体的特点及流体的连续介质模型；✧了解流体惯性的度量方法；✧了解流体的压缩性与膨胀性的定义及数量级；✧明确不可压缩流体的概念。
流体力学龙天渝第二版课后答案【篇一：流体力学_龙天渝_建环专业课程教案】>（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：? clayton t.crowe, donald f. elger and john a. roberson. engineering fluid mechanics. 7th ed. new york: john wiley sons,2001? vennard j k and r l street. elementary fluid mechanics. 6th ed. new york: john wiley sons,19827．本章的思考题和习题：习题1-1,4,7,8,12单元 11．教学内容：流体力学在本专业中的作用, 流体的定义，惯性、压缩性与膨胀性? 了解流体力学在学科中的地位和作用；? 明确流体的定义；? 了解流体的特点及流体的连续介质模型；? 了解流体惯性的度量方法；? 了解流体的压缩性与膨胀性的定义及数量级；? 明确不可压缩流体的概念。
第四章流动阻力、能量损失、孔口、管嘴与有压管流一、学习引导1.流动阻力与水头损失的两种型式：流体通过的边界不同，产生的阻力不同，流动阻力分为沿程阻力与局部阻力。
同样，克服这些阻力产生的能量损失也分为沿程水头损失与局部水头损失。
1）流动阻力沿程阻力：流体边界几何形状沿程不变，均匀分布在流程上的阻力称沿程阻力局部阻力：流体边界发生突变，集中分布在突变处的阻力，如转弯、阀门、进出口、突扩。
2）能量损失沿程水头损失：克服沿程阻力产生的能量损失，h f。
局部水头损失：克服局部阻力产生的能量损失h j。
2.流体的两种流动型态——层流和紊流1）层流与紊流层流：流体质点有条不紊，互不混掺的流动。
紊流：流体质点互相混掺的流动。
2）层流与紊流的判别标准层流与紊流的判别标准为临界雷诺数。
从层流到紊流时为上临界雷诺数，从紊流到层流时为下临界雷诺数。
上临界雷诺数不稳定，通常取下临界雷诺数作为层流与紊流的判别标准圆管流：ek R=2000 Re>2000紊流 Re<2000层流明渠流：ek R=500 Re>500 紊流 Re<500层流圆管流雷诺数：νυd ⋅=Re明渠流雷诺数：νυR ⋅=Re水力半径的计算： X A R =3.均匀流基本方程与沿程水头损失 1）均匀流基本方程RJ γτ=0适用范围：在压管流动，明渠流动。
圆管流中：2rJγτ=200Jr γτ=有： 00r r =ττ00r r ττ= 恒定均匀流中，有压管流的过流断面上切应力成线性分布，中心处τ最小，为零；边壁上τ最大，τ=0τ2）沿程水头损失的计算公式达西公式：圆管流中：g d l h f 22υλ⨯⨯= 明渠流动：g R l h f 242υλ⨯⨯= 达西公式适用：有压管流、明渠流， 层流 、紊流 4.圆管中的层流运动1）流速分布圆管中的层流运动流速分布为一个旋转抛物面：μγ4)(20r r J u -=最大流速位于圆管中心：r=0 ，μγ420m axJr u =平均流速：max22021328u Jd Jr ===μγμγυ2）动能修正系数与动量修正数 动能修正系数：2=α 动量修正数：33.1=β 5.紊流运动的特征和紊流阻力1）紊流运动的特征紊流运动最大的特点是具有脉动性与时均性。
重庆大学流体力学教学大纲一、课程名称：流体力学二、课程代码：三、课程英文名称：FLUID MECHANICS四、课程负责人：龙天渝五、学时和学分：80学时 4.5学分六、课程性质：必修课程七、适用专业：建筑环境与设备工程八、选课对象：本科生九、预修课程：高等数学 工程力学十、使用教材：龙天渝、蔡增基编.流体力学.中国建筑工业出版社，2004十一、参考书目：李玉柱编..工程流体力学（上、下册）.清华大学出版社，2007屠大燕编.流体力学与流体机械.中国建筑工业出版社，1999刘鹤年编.水力学.中国建筑工业出版社，1999Clayton T.Crowe, et al. Engineering Fluid Mechanics. 7th ed. New York: John Wiley & Sons,2001十二、开课单位：城市与环境工程学院十三、课程的目的和任务：本课程是建筑环境与设备工程专业的一门主要的技术基础课。
它的主要任务是通过各个教学环节，运用各种教学手段和方法，使学生掌握流体运动的基本概念、基本原理、基本计算方法；培养学生分析、解决问题的能力和实验技能，为学习后继课程，从事工程技术工作，科学研究以及开拓新技术领域，打下坚实的基础。
十四、课程的基本要求：1.绪论了解本课程在专业及工程中的应用，理解作用在流体上的力，理解流体主要物理性质，特别是粘性和牛顿内摩擦定律，理解连续介质、不可压缩流体及理想流体的概念。
2.流体静力学理解静压强的特性，掌握静力学基本方程、等压面以及液体中压强的计算、测量与表示方法，掌握总压力的计算方法，理解液体的相对平衡。
3.一元流体动力学基础理解描述流体运动的两种方法，理解流动类型和流束与总流等相关概念，掌握总流连续性方程、能量方程和动量方程及其应用。
4.流动阻力和能量损失掌握粘性流体的两种流态及判别准则，理解圆管层流的运动规律，理解紊流特性、处理方法和紊流切应力，理解沿程能量损失的成因和阻力系数的变化规律，掌握沿程能量损失的计算方法，理解局部能量损失的成因，掌握局部能量损失的计算方法。
流体力学B一、课程说明课程编号：120712X10课程名称：流体力学B/Fluid Mechanics B课程类别：公共基础课学时/学分：48/3（其中：实验学时6）先修课程：理论力学、材料力学（或工程力学）适用专业：矿物加工工程等专业教材：流体力学，王英、主编，中南大学出版社，2015（第1版）教学参考书：1. 应用流体力学，毛根海主编，高等教育出版社，2006（第1版）2. 流体力学（第二版），龙天渝、蔡增基主编，中国建筑工业出版社，20133. Fluid Mechanics (Fifth Edition)（影印版），Frank M. White，清华大学出版社，2005二、课程设置的目的意义流体力学是力学的一个分支，是一门研究流体静止和运动的力学规律，及其在工程技术中应用的课程。
它既有力学学科的系统性和完整性，又有鲜明的工程、专业应用特点。
课程设置的目的是通过这门课程的各种教学环节，使学生掌握流体在静止和运动状态下的力学规律及其基础理论、进行流体力学计算的基本方法和流体力学实验的基本操作技能，为学好专业课程和以后从事专业工作中解决有关流体力学问题及进一步钻研打下必要的基础。
三、课程的基本要求知识：掌握流体的主要物理性质，流体静压强的分布规律，连续性方程、能量方程、动量方程及其应用，损失计算方法，孔口和管嘴出流、管路的流量计算，明渠流特性及其流态判别方法，渗流基本定律，相似准则及量纲分析法等知识。
学会根据流体的运动特性建立相应的三大基本方程，并联立求解，同时结合损失计算方法，形成划定研究对象-对研究流体列写相关方程-确定相关参数的基本计算框架；学会利用相似原理和量纲分析法建立实验模型并拟合出相关公式。
能力：针对不同流体特性，具备建立相应流体研究模型的能力；掌握流体静压强分布规律，针对实际案例绘制出受压图形，提高分析受力的能力；通过三大方程的学习，将其推广应用于解决实际工程案例问题；在对典型工程问题的讨论中培养创新意识，提高分析、研究和解决问题的能力；在试验中提高动手能力，建立试验模型并根据实验结果探究分析实验现象的能力。
第四章流动阻力、能量损失、孔口、管嘴与有压管流一、学习引导1.流动阻力与水头损失的两种型式：流体通过的边界不同，产生的阻力不同，流动阻力分为沿程阻力与局部阻力。
同样，克服这些阻力产生的能量损失也分为沿程水头损失与局部水头损失。
1）流动阻力沿程阻力：流体边界几何形状沿程不变，均匀分布在流程上的阻力称沿程阻力局部阻力：流体边界发生突变，集中分布在突变处的阻力，如转弯、阀门、进出口、突扩。
2）能量损失沿程水头损失：克服沿程阻力产生的能量损失，h f。
局部水头损失：克服局部阻力产生的能量损失h j。
2.流体的两种流动型态——层流和紊流1）层流与紊流层流：流体质点有条不紊，互不混掺的流动。
紊流：流体质点互相混掺的流动。
2）层流与紊流的判别标准层流与紊流的判别标准为临界雷诺数。
从层流到紊流时为上临界雷诺数，从紊流到层流时为下临界雷诺数。
上临界雷诺数不稳定，通常取下临界雷诺数作为层流与紊流的判别标准圆管流：ek R=2000 Re>2000紊流Re<2000层流明渠流：ek R=500 Re>500 紊流Re<500层流圆管流雷诺数：νυd ⋅=Re 明渠流雷诺数：νυR ⋅=Re水力半径的计算： X A R =3.均匀流基本方程与沿程水头损失 1）均匀流基本方程RJ γτ=0适用范围：在压管流动，明渠流动。
圆管流中：2rJ γτ=200Jr γτ=有： 00r r =ττ00r r ττ= 恒定均匀流中，有压管流的过流断面上切应力成线性分布，中心处τ最小，为零；边壁上τ最大，τ=0τ2）沿程水头损失的计算公式达西公式：圆管流中：g d l h f 22υλ⨯⨯= 明渠流动：g R l h f 242υλ⨯⨯= 达西公式适用：有压管流、明渠流， 层流 、紊流 4.圆管中的层流运动1）流速分布圆管中的层流运动流速分布为一个旋转抛物面：μγ4)(20r r J u -=最大流速位于圆管中心：r=0 ，μγ420maxJr u =平均流速：max22021328u Jd Jr ===μγμγυ2）动能修正系数与动量修正数 动能修正系数：2=α 动量修正数：33.1=β 5.紊流运动的特征和紊流阻力1）紊流运动的特征紊流运动最大的特点是具有脉动性与时均性。
紊流在脉动中产生流体微团之间的质量、动量、能量交换，从而形成紊流扩散、紊流摩阻，紊流热传导。
x x x u t u u -=')( 若 0='='='b y x u u uy y y u t u u -=')( 0='='='='y y x y y x x x u u u u u u u uδδχu t u u -=')(2）紊流阻力紊流在运动过程中，既有紊流层间的相对运动（时均流速）引起的粘性切应力，又有脉动流速引起的脉动附加应力（雷诺应力）即： 21τττ+=1τ——粘性切应力。
2τ——雷诺应力其中：⎪⎩⎪⎨⎧'+'=''-==)(21x x y y x u u u u u dy du ρρτμτ 3）紊流流速分布因紊流的随机性极强，一般很难测出各时刻的脉动流速y x u u '',。
紊流产生的惯性应力主要依靠一些半经验理论，目前广泛使用普朗特混合长度理论。
圆管紊流中，不同位置处的流体流速分布不同，流层间的应力状态不同。
圆管紊流中可分为粘性底层、过渡层、紊流核心区三个部分。
①粘性底层（层流层）：紧贴固壁作层流运动的流层，其厚度λδe R d8.32=。
粘性底层δ较小，却极大地影响着紊流核心区的流动。
粘性底层内流体速度成旋转抛物体分布。
②过渡层：粘性底层与紊流核心之间的流层，极不稳定。
③紊流核心：完全作紊流运动，内部流动型态又分为： 紊流光滑区： δ4.0<∆，也称水力光滑管 紊流过渡区： δδ64.0<∆<紊流粗糙区： δ6>∆，也称水力粗糙管紊流核心区，流速成对数分布，满足下面两种分布公式：1*ln C y Ku +=υ （a ）⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=2**)ln(1C y K u γυυ （b ）4）尼古拉兹实验尼古拉兹通过人工加糙管道实验，将流动分为五个区域。
I 区：层流区， R e <2000，e e R Rf 64)(==λII 区：过渡区，2000<R e <4000， )(e R f =λ，不稳定。
III 区：紊流光滑区，R e >4000， )(e R f =λ，λ仍只与R e 有关。
Ⅳ区：紊流过渡区， R e >4000；),(d R f e ∆=λ；λ与R e 、d ∆均有关Ⅴ区：紊流粗糙区， R e >4000；)(d f ∆=λ；λ与R e 无关，这一区域也称阻力平方区，或自模区。
6.工业管道紊流阻力系数的计算公式1）、当量粗糙度：和工业管道λ相等的同直径d 人工粗糙管的粗糙度称为当量粗糙高度。
2）、尼古拉兹半经验公式：紊流光滑区：()80281.R lg v v e *-==λλ或()51221.R lgeλλ=适用于：R e =5×104~3×106紊流粗糙区： ()741210.r lg+∆=λ或 ∆=d .lg7321λ适用于：R e >⎪⎭⎫⎝⎛∆0381r λ3）、过渡区：柯列勃洛克根据大量的实验资料，提出λ的计算公式：⎪⎪⎭⎫⎝⎛+∆-=λλe R .d .lg 5127321该公式实际为尼古拉兹公式的综合，也适用于三个区域。
4）、Moody 图：1944 Moody 在此基础上泛制了工业管道的λ计算曲线，暖通专业广泛使用Moody 图，给排专业则使用舍维列夫公式。
5）布拉修斯公式：25031640.e R .=λ 光滑区 适用条件：R e <1056）希弗井松公式：250110.d .⎪⎭⎫⎝⎛∆=λ 粗糙区7）舍维列夫公式舍维列夫公式：新钢管：226022606840101590..v .d .⎪⎭⎫ ⎝⎛+=λ（R e <2.4×106d ）新铸铁管：302840362101440..v .d .⎪⎭⎫⎝⎛+=λ（R e <2.7×106d ） 旧铸铁、旧铜管：s m v /2.1<30308670101790..v .d .⎪⎭⎫⎝⎛+=λ （过渡区） s m v /2.1>300210.d .=λ （粗糙区，10℃水温）8）谢才公式：RJ c v =；曼宁公式：611R n C =巴甫洛夫斯基公式：yR n C 1=y=2.5)1.0(75.013.0---n R n近似公式：R<1m, y=1.5n 适用：0.1m ≤R ≤3.0m R>1m, y=1.3n 适用：0.011≤n ≤0.04 7.局部水头损失1）局部损失局部损失：克服局部阻力消耗的能量，g v h m 22ζ= 2）局部损失产生的原因：①边界层与分离现象：边界突变，引起流线脱离原来的壁面，产生边界分离现象，形成漩涡点压区，并与主流不断进行质量、动量、能量的交换。
②二次流动：形成两个方向流动（纵向流、过流断面上的流动）叠力形成螺旋流。
3）突然扩大的局部水头损失与局部阻力系数：2222121111222222221()(1)222(1)22m v v v v A h g g g A v v Ag g A ζζ-===-==- ，2211)1(A A -=ζ ， 2112)1(A A -=ζ 其它管段的局部阻力数ζ通过插表选取。
二、难点分析工业管道紊流阻力系数的计算 1）紊流光滑区 布拉修斯公式：25031640.e R .=λ 光滑区 适用条件：R e <105尼古拉兹半经验公式：((2lg 0.82lg2.51R R ==-= 适用于：R e =5×104~3×106 Moody 图 2）紊流过渡区柯列勃洛克公式：⎪⎪⎭⎫⎝⎛+∆-=λλe R .d .lg 5127321Moody 图 舍维列夫公式：旧铸铁、旧铜管：s m v /2.1<30308670101790..v .d .⎪⎭⎫ ⎝⎛+=λ （过渡区） 3）紊流粗糙区尼古拉兹半经验公式：()0 3.72lg1.742lg r d=+=∆∆适用于：R e >⎪⎭⎫⎝⎛∆0381r λ 舍维列夫公式：s m v /2.1>300210.d .=λ （粗糙区，10℃水温）希弗井松公式：250110.d .⎪⎭⎫⎝⎛∆=λ三、习题详解：1. 有一管径mm d 25=的室内水管，如管中流速s m v /0.1=，水温C t 010=。
（1）试判断管中水的流态；（2）管内保持层流状态的最大流速为多少？【解】(1)100C 时水的运动粘性系数为s m /1031.126-⨯=ν管中的雷诺数为：2000191001013.1025.00.1Re 6>=⨯⨯==-νvd(2) 保持层流状态的最大流速就是临界流速 由于2000Re ==νdv K所以 sm v K /105.0025.01031.120006=⨯⨯=-2. 一条输水管长l ＝1000m ，管径d ＝0.3m ，设计流量Q ＝0.055m 3/s ，水的运动粘性系数为ν＝10－6m 2/s ，如果要求此管段的沿程水头损失为h f ＝3m ，试问应选择相对粗糙度Δ/d 为多少的管道。
【解】由已知数据可以计算管流的雷诺数Re 和沿程水头损失系数λ。
由水头损失算得λ＝0.02915。
将数据代入柯列勃洛克公式，有可以求出λ：，3. 如图所示，密度ρ＝920kg/m3的油在管中流动。
用水银压差计测量长度l＝3m的管流的压差，其读数为Δh＝90mm。
