《流体力学》课程教学大纲

《流体力学》教学大纲 学时： 基本模块讲课学时：48 实验学时：12 专业拓展模块讲课学时：0~28不等 学分： 2-5.5 适用专业： 农业水利工程、水利水电工程、热能与动力工程、土木工程、农业建筑环境与能 源工程、环境工程、农业工程、机械电子工程 一、制定本大纲的依据 本大纲依据农业水利工程等8个专业的培养目标要求、国家教委本科流体力学课程 教学要求和学校专业教学计划的具体要求，制定。 二、课程的性质与教育目标 流体力学是农业水利工程等专业的一门主要的专业基础课。主要教育目标是使学 生掌握水流运动的 股规律和有关的基本概念 基本理论、分析方法、水力计算和一定的 试验技术，为学习专业课程、从事专业工作及进行科学研究打下基础。 三、本课程的教学内容、基本要求及学时分配（基本模块） 第一章绪论2学时 1.内容 ☆流体力学的定义和任务，流体力学的研究方法。 ☆液体作为连续介质的概念。 ☆ 液体的主要物理特性，内摩擦定律，牛顿流体和非牛顿流体的概念。 ☆ 作用于液体上的两种力：质量力和表面力。 ☆理想液体和实际液体。 2.基本要求 本章重点掌握液体的粘滞性、内摩擦定律。正确理解连续介质的概念。明确所研 究的对象是牛顿流体。】 面了解液体的力学性质和物理特性。 3.习题及作业量：3~4题 第二章流体静力学8学时 1.内容 ☆静水压强及其特性。 ☆ 液体的平衡微分方程及其积分、等压面 ☆重力作用下的静水压强基本公式，压强的表示方法，绝对压强，相对压强，真 空度。 ☆静水压强基本方程的几何意义和能量意义：位置水头和位能，压强水头和压 能。 ☆测压管水头和势能。压强的量测。 女几种质量力同时作用下的液体平衡。作用于平面上的静水总压力，压力中心， 压力图法。作用于曲面上的静水总压力，压力体

《流体力学》教学大纲 学时：     基本模块讲课学时：48     实验学时：12     专业拓展模块讲课学时：0～28不等 学分：     2～5.5 适用专业：     农业水利工程、水利水电工程、热能与动力工程、土木工程、农业建筑环境与能 源工程、环境工程、农业工程、机械电子工程 一、制定本大纲的依据          本大纲依据农业水利工程等8个专业的培养目标要求、国家教委本科流体力学课程 教学要求和学校专业教学计划的具体要求，制定。 二、课程的性质与教育目标          流体力学是农业水利工程等专业的一门主要的专业基础课。主要教育目标是使学 生掌握水流运动的一般规律和有关的基本概念、基本理论、分析方法、水力计算和一定的 试验技术，为学习专业课程、从事专业工作及进行科学研究打下基础。 三、本课程的教学内容、基本要求及学时分配（基本模块） 第一章 绪论 2学时 1.内容     ☆ 流体力学的定义和任务，流体力学的研究方法。    ☆ 液体作为连续介质的概念。    ☆ 液体的主要物理特性，内摩擦定律，牛顿流体和非牛顿流体的概念。    ☆ 作用于液体上的两种力：质量力和表面力。    ☆ 理想液体和实际液体。 2.基本要求     本章重点掌握液体的粘滞性、内摩擦定律。正确理解连续介质的概念。明确所研 究的对象是牛顿流体。全面了解液体的力学性质和物理特性。 3.习题及作业量：3～4题 第二章 流体静力学 8学时 1.内容     ☆ 静水压强及其特性。     ☆ 液体的平衡微分方程及其积分、等压面。     ☆ 重力作用下的静水压强基本公式，压强的表示方法，绝对压强，相对压强，真 空度。     ☆ 静水压强基本方程的几何意义和能量意义：位置水头和位能，压强水头和压 能。     ☆ 测压管水头和势能。压强的量测。    ☆ 几种质量力同时作用下的液体平衡。作用于平面上的静水总压力，压力中心， 压力图法。作用于曲面上的静水总压力，压力体

2.基本要求 ☆掌握静水中各点压强的确定，平面和曲面上静水总压力大小、方向和作用点的 计算。 理解几种质量力同时作用下的液体平衡问题，加深对平衡微分方程的理解。 3.习题及作业量：9~12题 第三章流体动力学基础12学时 1.内容 ☆描述液体运动的两种方法：拉格朗日法和欧拉法 ☆流场、流线、质点加速度、当地加速度和迁移加速度、恒定流和非恒定流。 ☆不可压缩液体连续性微分方程。 ☆理想液体运动方程（伯诺里方程）。伯诺里方程的几何意义和能量意义、应用 条件和举例。 ☆ 总流的能量方程及其应用，有能量输入和能量输出的能量方程 总流的动量方程及其应用举例。 ☆基础部分放在下册中讲的有： ☆液体微团运动的基本形式，有势流动和有涡流动，平面流动及N-S方程。 2.基本要求 握连续方程、能量方程和动量方程的建立与应用。 理解描述液体的两种方法，重点在欧拉法。 ☆正确理解微团运动的基本形式和势流的概念。 3.习题及作业量：10~12题 第四章相似理论与量纲分析4学时 1.内容 ☆ 流体流动动力相似的概念。 ☆动力相似准则。 ☆流动相似的条件。 ☆量纲分析 2.基本要求 ☆掌握流体力学的相似原理和量纲分析的基本方法，并会用定理和因次分析建 立相似准数方程： ☆掌握常见流动的相似准则。 3.习题及作业量： 3~5题 第五章流动形态及水力损失8学时 1.内容 ☆实际流动的两种型态：层流和紊流。流动型态的判别。 文水流阻力的两种形式：沿程阻力和局部阻力。 ☆均匀流的阻 力 水头损失的关 。沿程水头损失的一般表达式 一大公式 圆管、明渠的层流运动。切应 与水头损失的关系。过水断面上的流速分布。 水头损失与平均流速的关系。沿程阻力系数入与R的关系。 ☆紊流特性：脉动现象。瞬时值、时均值、脉动值。紊动强度。 尚油量茶动花位来际健区的州 分和判别。 ☆过水断面上紊流速度分布。断面平均流速表达式。 ☆沿程阻力系数入与雷诺数和相对粗糙度的关系式。尼古拉兹试验。当量粗糙 度。实际管道沿程阻力系数入的曲线图（莫迪图】 水头损失的经验公式：谢才公式，满宁公式，糙率。 女局部水头损失。局部水头的一般表示式。局部阻力系数

2.基本要求     ☆ 掌握静水中各点压强的确定，平面和曲面上静水总压力大小、方向和作用点的 计算。     ☆ 理解几种质量力同时作用下的液体平衡问题，加深对平衡微分方程的理解。 3.习题及作业量：9～12题 第三章  流体动力学基础 12学时 1.内容     ☆ 描述液体运动的两种方法：拉格朗日法和欧拉法。     ☆ 流场、流线、质点加速度、当地加速度和迁移加速度、恒定流和非恒定流。     ☆ 不可压缩液体连续性微分方程。     ☆ 理想液体运动方程（伯诺里方程）。伯诺里方程的几何意义和能量意义、应用 条件和举例。     ☆ 总流的能量方程及其应用，有能量输入和能量输出的能量方程。    ☆ 总流的动量方程及其应用举例。     ☆ 基础部分放在下册中讲的有：     ☆ 液体微团运动的基本形式，有势流动和有涡流动，平面流动及N-S方程。 2.基本要求     ☆ 掌握连续方程、能量方程和动量方程的建立与应用。      ☆ 理解描述液体的两种方法，重点在欧拉法。    ☆ 正确理解微团运动的基本形式和势流的概念。 3.习题及作业量：10～12题 第四章 相似理论与量纲分析 4学时 1.内容     ☆ 流体流动动力相似的概念。     ☆ 动力相似准则。     ☆ 流动相似的条件。     ☆ 量纲分析。 2.基本要求     ☆ 掌握流体力学的相似原理和量纲分析的基本方法，并会用π定理和因次分析建 立相似准数方程；     ☆ 掌握常见流动的相似准则。 3.习题及作业量：3～5题 第五章 流动形态及水力损失 8学时 1.内容     ☆ 实际流动的两种型态：层流和紊流。流动型态的判别。     ☆ 水流阻力的两种形式：沿程阻力和局部阻力。     ☆ 均匀流的阻力与水头损失的关系。沿程水头损失的一般表达式——达西公式。     ☆ 圆管、明渠的层流运动。切应力与水头损失的关系。过水断面上的流速分布。 水头损失与平均流速的关系。沿程阻力系数λ与Re的关系。     ☆ 紊流特性：脉动现象。瞬时值、时均值、脉动值。紊动强度。     ☆ 边界对流动的影响。边界层、层流边界层、紊流边界层、粘性底层。    ☆  圆管、明渠的紊流运动。边壁粗糙、水力光滑区、过渡区和水力粗糙区的划 分和判别。     ☆ 过水断面上紊流速度分布。断面平均流速表达式。    ☆ 沿程阻力系数λ与雷诺数和相对粗糙度的关系式。尼古拉兹试验。当量粗糙 度。实际管道沿程阻力系数λ的曲线图（莫迪图）。     ☆ 沿程水头损失的经验公式：谢才公式，满宁公式，糙率n。    ☆ 局部水头损失。局部水头的一般表示式。局部阻力系数

2.基本要求 ☆掌握沿程阻力系数，紊流特征、边界层概念。 理解绕流体的升力。 解儒可夫斯基公式。 3.习题及作业量：8~10题 第六章孔口、管嘴和有压管道流动6学时 1.内容 ☆粘性流体的两种流动状态 ☆ 流动阻力和损失的类型 ☆ 圆管中的层流和紊流的沿程水力损失；管路中的局部水力损失。 ☆ 管路的水力计算。 管路中的水击现象 孔口和管嘴的出流 2.基本要求 ☆ 掌握阻力和流态的密切关系： 会计算圆管中层流和紊流的沿程水力损失和局部水力损失： 掌握长管、短管和复杂管路水力计算的一般方法： 了解水击现象发生的过程和特店 掌握定水头小孔口自由出流及淹没出流的计算方法 了解变水头孔口出流和管嘴出流的一般知识。 3.习题及作业量：5~8题 第七章粘性流体动力学基础8学时 1.内容 ☆ 不可压缩粘性流体运动微分方程 纳维一斯托克斯方程 ☆ 边界层的基本概念（形成、结构、边界层的厚度）。 层流边界层的微分方程：边界层的动量积分关系式。 平板层流边界层的近似计算： 平板荟流边界层的诉以计管 边界层的分离现象 2.基本要 ☆掌握粘性流体流动的基本方程及其在简单边界条件下的解析解。 ☆掌握边界层的基本概念和特点，边界层微分方程和积分方程。 ☆掌握平板边界层各种流态的解法 解边界层分离的机理 3.习题及作业量：6一8题 四、习题及作业量 1.基本要 巩固和加强理解所学的基本概念和基本理论，培养分析问题和解决问题的能力， 提高计算技能。 2.习颜与作业量 流体力学课外学时为课内学时的1.5倍，除了复习、阅读以外，可用来完成习题作 业。讲课课时 每周平均3课时 ,母次 结合当次课堂讲授内容，布置习题2~4题，大型 题布置1~2题。总课外工作量130~140学时。 五、实验（总学时12学时) 按照课程要求应做下列实验 ☆流体静力学实验(2学时)

2.基本要求     ☆ 掌握沿程阻力系数，紊流特征、边界层概念。     ☆ 理解绕流体的升力。    ☆ 了解儒可夫斯基公式。 3.习题及作业量：8～10题 第六章 孔口、管嘴和有压管道流动 6学时 1.内容     ☆ 粘性流体的两种流动状态。     ☆ 流动阻力和损失的类型。     ☆ 圆管中的层流和紊流的沿程水力损失；管路中的局部水力损失。     ☆ 管路的水力计算。     ☆ 管路中的水击现象。     ☆ 孔口和管嘴的出流。 2.基本要求     ☆ 掌握阻力和流态的密切关系；     ☆ 会计算圆管中层流和紊流的沿程水力损失和局部水力损失；     ☆ 掌握长管、短管和复杂管路水力计算的一般方法；     ☆ 了解水击现象发生的过程和特点；     ☆ 掌握定水头小孔口自由出流及淹没出流的计算方法；     ☆ 了解变水头孔口出流和管嘴出流的一般知识。 3.习题及作业量：5～8题 第七章 粘性流体动力学基础 8学时 1.内容     ☆ 不可压缩粘性流体运动微分方程——纳维—斯托克斯方程。     ☆ 边界层的基本概念（形成、结构、边界层的厚度）。     ☆ 层流边界层的微分方程；边界层的动量积分关系式。     ☆ 平板层流边界层的近似计算；平板紊流边界层的近似计算。     ☆ 边界层的分离现象。 2.基本要求     ☆ 掌握粘性流体流动的基本方程及其在简单边界条件下的解析解。     ☆ 掌握边界层的基本概念和特点，边界层微分方程和积分方程。     ☆ 掌握平板边界层各种流态的解法。     ☆ 了解边界层分离的机理。 3.习题及作业量：6～8题 四、习题及作业量 1.基本要求     巩固和加强理解所学的基本概念和基本理论，培养分析问题和解决问题的能力， 提高计算技能。 2.习题与作业量     流体力学课外学时为课内学时的1.5倍，除了复习、阅读以外，可用来完成习题作 业。讲课课时每周平均3课时。每次课后结合当次课堂讲授内容，布置习题2～4题，大型 题布置1～2题。总课外工作量130～140学时。 五、实验（总学时12学时）         按照课程要求应做下列实验：     ☆ 流体静力学实验(2学时)

☆流动型态的雷诺试验(2学时) 不可压缩流体恒定流能量方程实验(2学时) 管嘴孔口出流实验(2学时) ☆ 毕托管测速实验(1学时) ☆ 文丘里流量计实验(1学时》 ☆沿程水头损失实验(1学时) ☆局部水头损失实验(1学时) 六、专业拓展模块 1、农业水利工程专业： ▲明渠流动12学时 ☆ 明渠的分类 ☆ 明渠恒定均匀流 明渠恒定非均匀流的几个基本概念 明渠恒定非均匀渐变流的微分方程 棱柱形渠道中恒定非均匀渐变流的水面曲线分析 棱柱形渠道中恒定非均匀渐变流水面曲线的计算 ☆ 河道水面曲线的计算 女水跃和跌水 ▲堰流8学时 堰流的定义及分类 堰流基本公式 ☆ 薄壁堰 ☆ 实用断面堰 宽项堰 小桥孔径水力计算 消力池水力计算 ▲渗流6学时 ☆渗流基本定律 女地下水的均匀流和非均匀流 水廊道和井 井 流网及其在渗流计算中的应用 2、热能与动力工程专业： ▲理想流体动力学6学时 复势与复速度 ☆ 漩涡的诱导速度 ☆ 空间势流 ▲机翼理论与叶栅理论基础12学时 机翼升力原理 ☆ 机翼与翼型的几何参数：翼型的空气动力特性 ☆ 茹可夫斯基翼型与保角变换法 ☆ 薄翼型绕流：有限翼展机翼 ☆叶栅概述：叶栅的特征方程：平面叶栅流动的保角变换法 平面叶栅流动的奇点分布解法：叶栅流动解法简述 y 气体的 流动 8学时 ☆ 声速与马赫数 ☆ 一元恒定等熵气流的基本方程

☆ 流动型态的雷诺试验(2学时)    ☆ 不可压缩流体恒定流能量方程实验(2学时)    ☆ 管嘴孔口出流实验(2学时)    ☆ 毕托管测速实验(1学时)    ☆ 文丘里流量计实验(1学时)    ☆ 沿程水头损失实验(1学时)     ☆ 局部水头损失实验(1学时) 六、专业拓展模块 1、农业水利工程专业：     ▲明渠流动 12学时     ☆ 明渠的分类     ☆ 明渠恒定均匀流    ☆ 明渠恒定非均匀流的几个基本概念    ☆ 明渠恒定非均匀渐变流的微分方程    ☆ 棱柱形渠道中恒定非均匀渐变流的水面曲线分析    ☆ 棱柱形渠道中恒定非均匀渐变流水面曲线的计算    ☆ 河道水面曲线的计算    ☆ 水跃和跌水     ▲堰流 8学时     ☆   堰流的定义及分类    ☆  堰流基本公式    ☆  薄壁堰     ☆  实用断面堰     ☆  宽顶堰     ☆  小桥孔径水力计算     ☆ 消力池水力计算     ▲ 渗流 6学时     ☆ 渗流基本定律     ☆ 地下水的均匀流和非均匀流     ☆ 集水廊道和井     ☆ 井群    ☆ 流网及其在渗流计算中的应用 2、热能与动力工程专业：     ▲ 理想流体动力学 6学时     ☆ 复势与复速度     ☆ 漩涡的诱导速度    ☆ 空间势流     ▲ 机翼理论与叶栅理论基础 12学时     ☆ 机翼升力原理     ☆ 机翼与翼型的几何参数；翼型的空气动力特性     ☆ 茹可夫斯基翼型与保角变换法     ☆ 薄翼型绕流；有限翼展机翼     ☆ 叶栅概述；叶栅的特征方程；平面叶栅流动的保角变换法    ☆ 平面叶栅流动的奇点分布解法；叶栅流动解法简述     ▲ 气体的一元流动 8学时    ☆ 声速与马赫数    ☆ 一元恒定等熵气流的基本方程

☆气流参数与通道面积的关系 ☆喷管 七、教材及参考书 1、李小芹，工程流体力学，中国水利水电出版社，2009 2、王福军，计算流体动力学分析，清华大学出版社，2004 3、郭荣良，流体力学及应用，机械工业出版社，1996 4、罗惕乾，流体力学，机械工业出版社，2002 5,E John Finnemore,Fluid Mechanics with Applications,McGrawHill,2002

☆ 气流参数与通道面积的关系    ☆  喷管 七、教材及参考书 1、李小芹，工程流体力学，中国水利水电出版社，2009 2、王福军，计算流体动力学分析，清华大学出版社，2004 3、郭荣良，流体力学及应用，机械工业出版社，1996 4、罗惕乾，流体力学，机械工业出版社，2002 5、E John Finnemore, Fluid Mechanics with Applications, McGrawHill, 2002