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《流体力学》教学大纲课程编号：081082A课程类型：专业基础课总学时：32 讲课学时：32 实验（上机）学时：0学分：2适用对象：安全工程先修课程：高等数学、大学物理、工程力学一、课程的教学目标通过本课程的教学与实践，使学生具备下列能力：目标1：掌握流体运动的一般规律和有关的概念，基本理论、分析方法、计算方法，并能在工程应用中熟练适用。
目标2：掌握流体静力学、流体动力学的基本原理和基本方程，能在解决复杂工程问题时熟练运用，注重学生分析问题和解决问题能力的培养，注重学生探索精神和创新意识的培养。
二、课程教学与毕业要求的对应关系2、课程教学过程与毕业要求的对应关系四、教学内容第一章绪论（1.2、2.1）1.1 概述流体力学定义、任务、研究方法；学习流体力学的意义；流体力学的发展简史1.2 流体的连续介质模型1.3 流体的主要物理性质惯性、重力特性、粘性、压缩性。
液体表面张力；表面张力系数，量纲，单位；毛细现象1.4作用在液体上的力课程的考核要求：了解流体力学研究任务、研究方法，理解连续介质假设，熟悉流体的主要物理属性，掌握流体力学对力的分类方法。
教学重点、难点：教学重点内容包括连续介质假设的内容，引入假设的优点；流体的粘性及牛顿内摩擦定律；作用于流体上的力。
第二章流体静力学（1.2、2.1）2.1 静止流体的应力特征压强定义；静止流体压强特性2.2静止流体的平衡微分方程欧拉平衡微分方程；欧拉平衡微分方程综合表达式；等压面2.3重力作用下的液体的压强分布水静力学基本方程；有关压强的基本概念2.4作用于平面上的静水总压力大小；方向；压力中心2.5作用于曲面上的静水总压力水平分力；铅垂分力，压力体；总压力；压力中心课程的考核要求：熟悉静水压强的两个特征；熟悉相对压强、绝对压强、真空压强的定义与相互关系；熟悉等压面的概念及等压面的特性；灵活运用水静力学基本方程及等压面概念求解静止流体中任一点的压强；会画静水压强分布图及压力体图；掌握平面及曲面静水总压力的计算方法教学重点、难点：静水压强分布图的绘制；平面上静水总压力的计算；曲面静水总压力的水平分力的压强分布图画法及其计算；曲面静水总压力的铅垂分力的压力体图画法及其计算。
第4章不可压缩流体的有旋流动和二维无旋流动主要教学内容4.1流体微团运动分析本节教学目的:1、熟悉：流体微团的运动可以分解为移动、转动和变形运动三部分。
2、掌握：移动、转动和变形的速度表达式。
线速度V x 、V y 、V 角速度3 x 、3 y 、3 线变形、角变形知识点移动、转动和变形一、流体微团运动的分解1、平移运动如图5-2 （a ）所示，平移表现为 A 点到A 点的位移，即x 方向和y 方向分别移动了 udt 、 vdt 距离，形状不变。
流体微团的平移速度为u,v,w2、线变形运动图5-2（b ）表示流体微团的平面线变形。
定义单位时间内单位长度流体线段的伸长 （或缩短）量为流体微团的线变形速率。
三个方向的线变形速率分别用；xx 、 ；yy 、 ；zz 表示，则3、角变形运动图5-2（c ）表示流体微团的角变形运动。
角变形速度：两正交微元流体边的夹角在单位时间内的变化量。
剪切变形速率：该夹角变化的平均值在单位时间内的变化量（角变形速度的平均值）。
过流体微团任一点 A 的三个正交微元流体面上的剪切变形速率分别为移动（move ） 转动（rotation ） 变形（reform ）4、旋转运动如图5-2(d)所示。
流体微团在发生角变形的同时，还要发生旋转运动。
若d 「= d 「，则流体微团只发生角变形；若d -. =- d ‘j|,即卩：：v ：x = __：u.「y ，则流体微团只发生旋转，不发生角变形旋转角速度：过流体微团上 A 点的任两条正交微元流体边在其所在平面内旋转角速度 的平均值，称作 A点流体微团的旋转角速度在垂直该平面方向的分量。
用符号••表示写成矢量形式为(a) (b)i-xyL yz；yx1 ;:u :W =—I 1 T82 :-x ry1 2。
V)图5-2 流体微团平面运动的分解、表示流体微团运动特征的速度表达式 在一般情况下，流体微团的运动总是可以分解成：平移运动、旋 转运动、线变形运动及角变形运动， 与此相对应的是平移速度、旋转角速度、线变形速率和剪切变形速率。
第一章绪论§1—１流体力学及其任务1、流体力学的任务：研究流体的宏观平衡、宏观机械运动规律及其在工程实际中的应用的一门学科。
研究对象：流体,包括液体和气体。
2、流体力学定义：研究流体平衡和运动的力学规律、流体与固体之间的相互作用及其在工程技术中的应用.3、研究对象：流体(包括气体和液体）。
4、特性：•流动(flow)性，流体在一个微小的剪切力作用下能够连续不断地变形,只有在外力停止作用后,变形才能停止。
•液体具有自由（free surface）表面，不能承受拉力承受剪切力（ shear stress)。
•气体不能承受拉力,静止时不能承受剪切力，具有明显的压缩性，不具有一定的体积，可充满整个容器。
流体作为物质的一种基本形态，必须遵循自然界一切物质运动的普遍，如牛顿的力学定律、质量守恒定律和能量守恒定律等。
5、易流动性：处于静止状态的流体不能承受剪切力,即使在很小的剪切力的作用下也将发生连续不断的变形,直到剪切力消失为止。
这也是它便于用管道进行输送，适宜于做供热、制冷等工作介质的主要原因.流体也不能承受拉力，它只能承受压力.利用蒸汽压力推动气轮机来发电，利用液压、气压传动各种机械等,都是流体抗压能力和易流动性的应用.没有固定的形状，取决于约束边界形状，不同的边界必将产生不同的流动。
6、流体的连续介质模型流体微团——是使流体具有宏观特性的允许的最小体积。
这样的微团，称为流体质点。
流体微团：宏观上足够大,微观上足够小。
流体的连续介质模型为:流体是由连续分布的流体质点所组成，每一空间点都被确定的流体质点所占据,其中没有间隙，流体的任一物理量可以表达成空间坐标及时间的连续函数，而且是单值连续可微函数。
7流体力学应用:航空、造船、机械、冶金、建筑、水利、化工、石油输送、环境保护、交通运输等等也都遇到不少流体力学问题。
例如,结构工程:钢结构，钢混结构等.船舶结构；梁结构等要考虑风致振动以及水动力问题；海洋工程如石油钻井平台防波堤受到的外力除了风的作用力还有波浪、潮夕的作用力等，高层建筑的设计要考虑抗风能力;船闸的设计直接与水动力有关等等。
船舶专业20１2培养方案修改说明1）将“毛泽东思想和中国特色社会主义理论体系概论"由第７学期改为第3学期,使第7学期学生能集中精力学习专业相关知识；2）增加了三门在各大船厂设计单位广泛应用的船舶专业软件课,为找工作的同学增加筹码:３）将两门联系较大的选修课“海洋平台结构与强度”与“海洋平台设计原理”合并为“海洋平台设计”一门选修课.4)应考研同学的要求将“工程传热学”改为“热工基础”。
５）应考研同学的要求将“模拟电子技术”改为“电子技术基础”。
6）第七学期开设了“船舶实验技术”“船舶动力装置”“船舶电气及自动化”“船舶污染及控制”“船舶专业英语”“海洋平台设计”“培训”“培训”“培训”9门专业选修课和“船舶动力装置课设"“船舶电力系统设计”2门课程设计，共1１门课程，周学时为1４．4学时。
满足课程不低于5门，周学时小于30的要求,同时又方便学术型、能力型、潜力型的学生根据自己的需求选择自己喜爱的课程.船舶与海洋工程系2０1５－3－25ﻬ船舶与海洋工程专业培养方案&专业名称：船舶与海洋工程专业代号: ０81３０1学科门类：工学二0一五年三月ﻬ船舶与海洋工程专业本科人才培养方案一、培养目标及特色( ）培养目标（）：本专业培养德智体全面发展,具有扎实的数学和力学基础，掌握船舶与海洋工程设计、研究、建造的基本理论和技能。
在船舶与海洋结构物设计、研究、制造、检验、使用、管理等领域从事技术和管理工作的应用型工程技术人才。
ａ．，。
, ，，，,．培养特色（）:注重实践教学环节，用同一艘实船完成本专业8门课程设计；毕业设计中学生独立完成另一条新船设计。
实现“培训一条船;设计一条船”的目标., a ； a a a ．二、基本规格要求( )毕业生应获得以下几方面的知识和能力：1．具有扎实的自然科学基础,较好的人文、艺术和社会科学基础知识及正确运用本国语言、文字的表达能力；2．较系统地掌握本专业领域宽广的技术理论基础知识,主要包括：力学、流体力学、船舶原理、船舶及海洋结构设计、自动化基础、测试技术、现代造船技术、计算机应用等基础知识；3．具有本专业领域内所必要的专业知识、了解其学科前沿及发展趋势；4．具有本专业必需的研究、设计、制图、计算、实验、测试、文献检索等基本能力。
|企业之声|Voice of Enterprise企业之声将水液压技术推向更广阔的应用空间——访华中科技大学机械科学与工程学院水液压技术研究团队企业之本刊记者万磊（98）r进入21世纪以来，华中科技大学水液压技术研究团队实现了多项水液压技术的研究突破：研制了全深度超高压海水泵、控制阀组及可调压载系统，填补了万米海水液压元件的国际空白；取得系列高品质单相细水雾技术与装备的重要创新；开展矿用高压超大流量水液压元件研究，构建我国矿用水液压元件的技术体系PTC ASIA2019高新技术展区现场技术报告（之十二〜之十三）本刊编辑张婷婷（103）♦面向复杂非结构地形全液压轮式越野平台——据吉林大学刘昕晖教授报告录音整理本项目设计了四轮独立液压驱动系统，并实现了液压自动差速控制，四条可控的独立悬架系统，可调节车辆的离地间隙以及车体的姿态，五种转向模式可供选择，可实现：前轮转向、后轮转向、四轮转向、原地转向、蟹行行走等模式，提升了车辆行驶的机动性。
♦关于产业机械用液压件的最新技术及产品介绍——据川崎精密机械商贸（上海）有限公司专家韩绍斌报告整理r崎重工精密机械事业中心的介绍，第二部分是川崎在产业机械用的液压产品的介绍，第三部分是我们今年参展展品的这个报告分三部分，第一部分是川简单介绍HPSA液压气动与密封/2020年第07期97将水液压技术推向更厂阔的应用空间——访华中科技大学机械科学与工程学院水液压技术研究团队■本刊记者万磊随着低碳经济的兴起，资源节约型和环境友好型的绿色制造成为现代机械工程发展的重要目标之一。
从全生命周期的角度综合考虑，水液压传动的能源、资源、物力及财力消耗要远远低于油压传动和其他介质的液压传动，是理想的绿色技术和安全技术，在食品、饮料、医药、电子、包装等对环境污染要求严格场合，在冶金、热轧、铸造等高温明火环境，在海水淡化、海上救捞、海洋资源调查、船舶工程、海洋建筑以及内陆水库大坝、港口码头和河道工程的检测与维护等领域，均具有广阔的应用前景。
第八章明渠流《明渠流动》授课学时为6个学时，其中第一节、第二节为2个学时，第三节为2个学时。
基本要求：①了解明渠均匀流的特点、产生条件及影响因素。
②能正确使用明渠均匀流的基本公式求解各类水力计算问题。
基本概念：⑴正常水深⑵正（顺）坡⑶倒（逆）坡⑷平坡⑸棱柱体明渠⑹允许流速⑺水力最佳断面重点掌握：⒈均匀流的特点及产生条件⒉利用谢才公式进行明渠均匀流的水力计算。
详细内容：第一节概述明渠是一种人工修建或自然形成的渠槽，当液体通过渠槽而流动时，形成与大气相接触的自由表面，表面上各点压强均为大气压强。
所以，这种渠槽中的水流称为明渠水流或无压流。
输水渠道、无压隧洞、渡槽、涵洞以及天然河道中的水流都属于明渠水流。
当明渠中水流的运动要素不随时间而变时，称为明渠恒定流，否则称为明渠非恒定流。
明渠恒定流中，如果流线是一簇平行直线，则水深、断面平均流速及流速分布均沿程不变，称为明渠恒定均匀流；如果流线不是平行直线，则称为明渠恒定非均匀流。
设想在产生均匀流动的明渠中取出一单位长度的流段进行分析。
设此流段水体重量为G，周界的摩阻力为F f，流段两端的动水压力各为P1、P2。
从力学观点看，明渠均匀流是一种等速直线运动。
则作用于流段上所有外力在流动方向的分力必相互平衡，即P1+G sinθ－P2－F f＝0式中θ为渠底线与水平线的夹角。
因为均匀流中过水断面上的压强按静水压强分布，而且各过水断面的水深及过水断面积相同，故P1=P2。
则由上式可得G sinθ＝F f上式表明：明渠均匀流中摩阻力F f与水流重力在流动方向的分力相平衡。
当G·sinθ≠F f 时，明渠中将产生非均匀流。
由于明渠均匀流的流线为一簇相互平行的直线，因此，它具有下列特性：1．过水断面的形状、尺寸及水深沿程不变。
2．过水断面上的流速分布、断面平均流速沿程不变；因而，水流的动能修正系数及流速水头也沿程不变。
3．总水头线、水面线及底坡线三者相互平行，即J=J z=i。
附件6． 船海 学院（系、所）国际一流水平 研究生课程简介
(中英文各一份)
课程名称：计算流体力学 课程代码：140.502
课程类型：A一级学科基础课 □二级学科基础课 □其它：
考核方式： 考试 教学方式：讲授
适用专业： 船舶工程
适用层次：A 硕士 □ 博士
开课学期： 春 总学时：32 学分：2
先修课程要求：流体力学，船舶流体力学
课程组教师姓名 职 称 专 业 年 龄 学术方向
侯国祥（负责人） 教授 船舶工程 40 总体
王先洲 讲师 船舶工程 36 总体
课程负责教师教育经历及学术成就简介：
侯国祥：男，博士后，教授，1972年8月5日生，1991－2000年攻读于华中科技大学
并获得博士学位，同年进入博士后流动站，于2002年2月出站任华中科技大学交通学院副
教授，2002年3月应邀赴加拿大国家水资源研究所合作研究相关课题，2006年11月破格晋
升为教授，2009年增选为博士生导师。
已发表学术论文50多篇，其中数十篇论文收录于SCI及EI。
长期从事船舶性能及海洋工程结构设计制造的相关工作。2006年起承担中国船级社《内
河船稳性程序系统》的升级维护工作至今。
主要研究项目：
国家863项目《高精度海洋重力仪工程样机的实现》，94万元，2007 年－2009 年，编
号：2006AA09Z223。
《××潜艇指挥台围壳水动力构型原理和方法》、《推进器噪声控制方法研究》、《大通
径通海管路自动快速关闭阀设计》、《海水自循环系统实验验证研究》、《小水线面双体船船型
优化研究》等。
课程教学目标：
计算流体力学是当代迅速发展的一门新学科，它着重研究运用大容量高速计
算机解决流体力学问题的各类数值方法。二十世纪60年代以来，随着计算机的
飞速发展和各种稳定、精确、快速算法的出现，计算流体力学逐渐形成一门独立
的学科，显示出解决科学理论和工程实际问题的巨大潜力，目前在航空、造船、
气象、海洋、水力、液压及石化等工程领域都有广泛应用。
计算流体力学以理论流体力学和计算数学为基础，是这两门学科的交叉学
科。主要研究把描述流体运动的连续介质模型离散成大型代数方程组，建立可在
计算机上求解的算法。广义而言，可从流动现象出发，直接建立满足流动规律的，
适定的离散数值模型，而不必经由已有的流体力学偏微分方程组。但是，由于理
论流体力学给出的数学模型十分成熟，我们仍以它们作为研究基础。通过时、空
离散化，把连续的时间离散成间断有限的时间，把连续介质离散成间断有限的空
间模型，从而把偏微分方程转化成有限的代数方程。因此，数值方法的实质就是
离散化和代数化，离散化——把无限信息系统变成有限信息系统；代数化——把
偏微分方程变成代数方程。而离散的数值解一般可用两种形式给出：网格上的近
似值，如差分法；单元中易于计算的近似表达式，如有限元、边界元。
课程大纲：（章节目录）
第一部分：有限差分法
第一章：差分格式构造方法
1.泰勒级数展开法; 2.多项式查值法; 3.积分方法; 4.特征线法; 5. 控制体积法
第二章：差分格式的相容性、收敛性和稳定性
1.有限差分的理论基础; 2.差分格式的相容性与截断误差; 3.差分格式的收敛性与离散
误差; 4.差分格式的稳定性与舍入误差; 5.稳定性分析的Von-Neumann方法; 6.用差分算子
变换求过度矩阵的新方法; 7.Lax等价定理和收敛、稳定性的进一步讨论; 8.稳定性分析的
其它方法
第三章：几何模型方程的常用差分格式
1.对流方程; 2.扩散方程; 3.对流扩散方程
第四章：多维问题差分格式
1.显式和隐式格式; 2.交替方向法; 3.算子分裂法; 4.预测——校正格式
第五章：变系数与非线性问题
1.变系数线性偏微分方程; 2.非线性偏微分方程; 3.守恒型差分格式
第六章：初边值问题
1.平流方程的初边值问题; 2.扩散方程的初边值问题; 3.流体力学问题边界条件举例;
4.定常边界问题及时间相关法
第七章：数值效应
1.差分逼近微商的近似性质; 2.物理耗散和弥散3.数值耗散和弥散; 4.数值振荡效应
第八章：复杂边界的网格划分方法
1.生成适体坐标的要求; 2.基本方程的推导; 3.网格正交性讨论; 4.边界正交性的实现
第九章：有限差分法在流体力学中的应用
1.速度——压力法; 2.二元流动的流函数——涡度法; 3.边界层问题的差分解法
第二部分：有限元法
第十章：加权剩余法
1.基本定义与概念; 2.加权剩余法; 3.强解与弱解
第十一章：变分原理
1.变分问题; 2.变分原理; 3.Euler方程; 4.Ritz法
第十二章：有限元法
1.有限元法; 2.剖分与插值; 3.元素分析; 4.总体合成与边界条件处理
第十三章：插值函数
1.一般讨论; 2.三角形元素; 3.矩形元素; 4.曲边单元与等参单元
第十四章：有限元方法网格划分原理
1.三角形网格划分; 2.矩形网格划分; 3.多边形网格划分
第十五章，有限元法在流体力学中的应用
1.不可压无粘流动; 2.不可压粘性流动; 3.空腔流数值模拟例程简介
教材：自编教材
讲义的编写着重参考了本院陈材侃教授1992年由重庆出版社科学学术著作出版基金资
助出版的《计算流体力学》及以下三本国际知名大学实用的教材，此书1992年出版后，迅
速售完，1996年后历届研究生多次向出版社求购此书均被告知无货。由于经济原因，再版
此书已不可能。
讲义的编写着重参考了本院陈材侃教授的《计算流体力学》及以下三本国际知名大学实
用的教材。
主要参考书：
1. Computational techniques for fluid dynamics，Fletcher C.A.J
2. Numerical Heat Transfer and Fluid Flow，Patankar
3．Principles of computational fluid dynamics，Wesseling P
本课程达到国际一流水平研究生课程水平的标志：
1、师资方面：
加强团队建设，建设成一个具有三名高级职称的教学团队。
2、教学内容方面：
由于计算流体力学是一门新兴的学科，由于时代的进步，新的成果不断涌现，但丝毫不
影响此课程在理论分析、整体结构、概念诠释等方面的突出优势。所以教学内容着重参考陈
教授的《计算流体力学》，适当增加近一二十年来，本学科的重大成果及计算机应用内容，
提高学生学习时的可操作性，联系工程实例进行教学。
3、教学方式方面：
课堂教学、上机数值实验、分小组研讨
4、教材方面：
本教材理论分析透彻，创新性很强，篇章结构合理，这都是新编讲义的重要优点。吸收
了国内河海大学金忠青教授编写的《N-S方程数值解法和紊流模型》、西北工业大学陶文铨
教授编写的《数值传热学》、北京大学吴江航﹑韩庆书教授编写的《计算流体力学的理论﹑
方法与应用》及美籍华人陈景仁先生编写的《湍流模型及有限分析法》的长处。在以下方面
改进了不足：
1. 典型例程的收录
2. 对实际问题的计算机前后处理的丰富，
3. 作为计算流体力学的一个关键技术——网格划分，对复杂边界的处理方法、手段介
绍。
5、其它：
无
