第二章 流体力学基础(1-6)教学提纲
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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。
流体力学复习提纲第一章 流体的物理性质1.主要概念(1)表面力和质量力(2)动力粘性系数μ和运动粘性系数ν : ρμ=v 运动粘性系数是衡量流体动量扩散的参量,其中包含了流体本身粘性大小μ和密度ρ的综合影响。
在PPT 第五章中有比较详细的阐述。
(3)粘性流体和理想流体(4)牛顿流体和非牛顿流体:它们都属于粘性流体 k dydV n x +=)(μτ 当n =1,k = 0, μ≠0时,是牛顿流体。
所以对于牛顿流体,τ满足下式:)(dydV x μτ= (1-1) 当n≠1,k≠ 0, μ≠0时,是非牛顿流体,非牛顿流体可以分成各种类型。
2.关键问题:(1)表面力单位面积的流体所受的表面力主要可概括为法向应力p 和切向应力τ ,法向应力一般 为压强(但要注意:在高等流体力学中法向应力还包括其他内容),切向应力也可称为剪切应力或粘性应力。
A. 流体静止时,切向应力τ=0, 只考虑压强(法向应力)的作用;B. 流体运动时,法向应力p 和切向应力τ一般都需考虑C. 需注意应力的单位是N/m 2, 即单位面积所受的力,所以面积A 上的切向和法向所受的力由下式计算:A F A F p ==法切τ(2)固体和液体剪切应力的区别首先弄清楚什么是应力?应力是物体内部所受的力(单位面积)。
下面以牛顿流体和固体比较剪切应力的差异。
固体剪切应力:由虎克定律描述,切应力与角变形大小成正比G 是剪切模量, 不同材料G 大约是(1010)Pa流体剪切应力:由牛顿粘性定律描述,切应力与角变形速率成正比ϕτG =ϕμϕμμτ&===dtd dy dV xμ (Pa·S)是动力粘性系数, 其数量级10-3 (水), 10-6 (空气)正因如此,流体只要有剪切应力的作用,就会发生连续运动和变形,一旦流体静止下来,流体中就不存在剪切应力,而且所受的剪切应力不论多么小,只要有足够的时间,就会产生任意大的变形。
“流体经不起搓,一搓就会起旋涡”―陆士嘉(3)理想流体与粘性流体任何实际流体都有粘性,理想流体只是一种近似。
《流体力学》学习大纲学习目的:本课程是专业基础课程之一,它的任务和目的是使学生掌握流体力学的基本概念、基本原理、基本方法和基本技能,并具有一定的分析、解决本专业中涉及流体力学问题的能力,为学习后续专业课程、从事专业技术工作或进行科学研究打下坚实的基础。
学习要求:要求学生通过本课程学习,应该能够掌握流体的主要物理物质;能够掌握流体静压强的分布规律和总压力的计算;能够掌握不可压缩、恒定流动条件下理想流体与粘性流体的基本概念、流动规律、基本方程;能够运用基本理论和基本方程分析一些基本流动,掌握流体在运动状态下基本力学参量计算的基本方法;能够掌握孔口、管嘴、短管、长管的计算;能够掌握明渠均匀流的水力计算,掌握恒定明渠非均匀渐变流的微分方程,学会分析水面曲线;能够掌握堰流分类及其计算;能够掌握渗流基本定律,了解完全井的浸润线方程和出流量计算;能够正确理解因次分析和相似原理对实验的指导意义。
1. 绪论1. 了解流体的主要物理性质:惯性,重力特性,粘性和压缩性和膨胀性,理解掌握流体的粘性和牛顿内摩擦定律。
2. 理解质量力和表面力,掌握其表示方法。
3. 流体的力学模型:连续介质模型,理想流体模型,不可压缩流体模型。
了解流体力学的主要研究方法。
2. 流体静力学1. 理解和掌握静压强及其特性。
2. 了解欧拉平衡微分方程的推导,理解欧拉平衡微分方程的物理意义。
3. 掌握流体静力学基本方程,掌握点压强的计算方法,掌握压强的计算基准和表示方法,掌握静压强分布图,了解压强的量测方法。
4. 掌握计算作用于平面和曲面上的液体总压力。
3. 流体运动学1. 了解描述流体运动的两种方法:拉格朗日法,欧拉法;了解质点加速度表达式。
2. 掌握迹线、流线的概念;掌握描述流体运动的一些基本概念:流管和流束,过流断面,元流和总流,流量,断面平均流速等。
3. 掌握流体运动的连续性微分方程和总流的连续性方程。
4. 了解流体运动微分方程。
5. 掌握实际流体元流w h g u p z g u p z +++=++2222222111γγ和总流伯努利方程+=++2211112z g v p z αγ w h g v p ++22222αγ的物理意义、几何意义以及应用。
《流体力学》教学大纲第一章绪论了解流体力学的任务、与科学及工程技术的关系、在推动社会发展中的作用;了解流体力学的研究方法。
第二章流体及其物理性质理解质点、质元概念和连续介质假设;理解流体的主要物理性质,特别是易变形性和粘性;掌握牛顿粘性定律和粘度计算;了解无粘性流体与粘性流体、可压缩流体与不可压缩流体分类。
第三章流动分析基础理解描述流体运动的数学方法,理解描述流体运动的几何方法;掌握流线和迹线方程;掌握流体质点导数表达式;了解流体的变形特性;理解流体分类,掌握层流和湍流判别。
第四章微分形式的基本方程理解微分形式的连续性方程;理解作用在流体之上的力;理解N-S 方程及其意义;掌握静止重力流体中的压强分布规律及计算;了解运动流体中的压强分布特点。
第五章积分形式的基本方程掌握积分形式的连续性方程及其应用;掌握伯努利方程及其应用;掌握积分形式的动量方程及其应用;了解动量矩方程和能量方程。
第六章量纲分析与相似原理掌握量纲分析法及其应用;理解相似概念和相似原理;掌握重要的相似准则数及应用。
第七章流体的平衡掌握流体静力学基本方程;了解相对平衡问题;掌握静止流体对平壁和曲壁总压力计算;了解浮力和稳定性。
第八章不可压缩粘性流体平面势流了解无粘性流体无旋流动一般概念;掌握速度势、流函数概念和计算;理解平面势流和基本解;了解绕机翼和叶栅的平面势流。
第九章不可压缩粘性流体内流了解管道入口段流动;理解二元平板间粘性流动;掌握圆管泊肃叶公式及其应用;了解湍流概念;掌握圆管沿程损失计算;理解局部损失概念;了解明渠均匀流。
第十章不可压缩粘性流体外流理解边界层概念和普朗特边界层方程;掌握边界层厚度计算;掌握无压强梯度平板边界层近似计算;理解边界层分离概念;理解绕流物体阻力;了解自由湍流射流。
第十一章可压缩流体流动基础理解声速、马赫锥与激波概念;掌握等熵流伯努利方程和气动函数计算;理解一维变截面管定常等熵流动;了解摩擦与热交换等截面管道流;掌握正激波气动函数计算;了解二维超声速流动。