《工程流體力學(xué)》教學(xué)大綱.doc

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《工程流體力學(xué)》教學(xué)大綱 英文名稱：Engineering Fluid Dynamics 學(xué) 時(shí)：64 學(xué)時(shí) （其中實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)） 先修課程：工程熱力學(xué)、高等數(shù)學(xué)、普通物理 教學(xué)對(duì)象：熱能動(dòng)力工程及相關(guān)專業(yè)本科生 教 材：工程流體力學(xué)（山東工業(yè)大學(xué) 孔瓏主編）（中國電力出版社） 工程流體力學(xué)（歸柯庭等編）（科學(xué)出版社） 教學(xué)目的： 本課程是熱能動(dòng)力工程專業(yè)本科生必修的三大專業(yè)基礎(chǔ)課之一，是學(xué)生學(xué)習(xí)后繼專業(yè)課程和從事本專業(yè)的科研、生產(chǎn)工作所必備的理論基礎(chǔ)。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握各種熱力和其它設(shè)備中的流體平衡和流動(dòng)的基本規(guī)律，深入了解流體繞過物體或流過某種通道時(shí)的速度分布、壓強(qiáng)分布、能量損失及流體同固體間的相互作用，為以后從事相應(yīng)的科學(xué)研究、工程應(yīng)用和實(shí)際操作提高分析問題和解決問題的能力，提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。 教學(xué)要求： 本課程的教學(xué)與學(xué)習(xí)側(cè)重于掌握流體力學(xué)的基本概念、基本規(guī)律、基本的計(jì)算方法和實(shí)驗(yàn)技能，會(huì)推導(dǎo)一些基本的公式和方程，明確這些公式的物理意義，同時(shí)結(jié)合課后的習(xí)題練習(xí)和實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)會(huì)熟練應(yīng)用這些基本公式，加深對(duì)流體平衡和流動(dòng)的理解，為進(jìn)一步研究特殊流體的流動(dòng)和流體在熱力設(shè)備中的特殊流動(dòng)規(guī)律及相應(yīng)的工程應(yīng)用服務(wù)。本課程的前三章內(nèi)容是整個(gè)課程的基礎(chǔ)，必須重點(diǎn)掌握，第四章是流體力學(xué)試驗(yàn)研究的理論基礎(chǔ)，第五、六章是熱能動(dòng)力工程中常見的管流計(jì)算，必須熟練應(yīng)用，最后三章是前述內(nèi)容的更深入化，為分析和進(jìn)一步研究工程實(shí)際中的復(fù)雜流動(dòng)奠定基礎(chǔ)。 教學(xué)內(nèi)容： 第一章 緒論（4學(xué)時(shí)） 1、 流體的定義和特征 2、 流體連續(xù)介質(zhì)的假設(shè) 3、 作用在流體上的力 4、 流體的特性及主要物性參數(shù)（粘性、密度等） 5、 液體的表面性質(zhì) 基本要求： 掌握流體連續(xù)介質(zhì)的假設(shè)，了解作用在流體上的力和流體的主要物理性質(zhì)、液體的表面性質(zhì)。 重 點(diǎn)： 流體的定義和特征、連續(xù)介質(zhì)的假設(shè)、作用在流體上的力、流體的主要物理性質(zhì)、液體的表面性質(zhì)。 難 點(diǎn)： 流體的連續(xù)介質(zhì)的假設(shè)、流體的粘性和液體的表面張力等都是以前未曾接觸過的新概念，必須準(zhǔn)確理解。 第二章 流體靜力學(xué)（6學(xué)時(shí)） 1、 流體的靜壓強(qiáng)及特性 2、 流體平衡微分方程式 3、 流體靜力學(xué)基本方程式 4、 絕對(duì)壓強(qiáng)、計(jì)示壓強(qiáng)、液柱式測壓計(jì) 5、 液體的相對(duì)平衡 6、 靜止液體作用在平面和曲面上的總壓力 7、 靜止液體作用在物體上的浮力 基本要求： 掌握流體的靜壓強(qiáng)及特性、流體平衡微分方程式和流體靜力學(xué)基本方程式的主要推導(dǎo)過程。了解工程上常用的壓強(qiáng)的計(jì)示及測量方法。了解靜止液體作用在平面和曲面上的總壓力和靜止液體作用在物體上的浮力。 重 點(diǎn)： 掌握流體處于平衡狀態(tài)的條件和壓強(qiáng)的分布規(guī)律、平衡微分方程式、靜力學(xué)基本方程式。 難 點(diǎn)： 流體處于平衡狀態(tài)的條件和壓強(qiáng)的分布規(guī)律、平衡微分方程式、靜力學(xué)基本方程式。 第三章 流體運(yùn)動(dòng)的基本概念和基本方程（8學(xué)時(shí)） 1、 研究流體流動(dòng)的方法 2、 流動(dòng)的分類 3、 跡線與流線 4、 流管、流束、流量 5、 系統(tǒng)與控制體 6、 連續(xù)方程、動(dòng)量方程與動(dòng)量矩方程、能量方程 7、 伯努利方程及其應(yīng)用 8、 沿流線主法線方向壓強(qiáng)和速度的變化 9、 粘性流體總流的伯努利方程 基本要求： 掌握流體運(yùn)動(dòng)的基本概念和基本方程以及研究流體流動(dòng)的方法。廣泛地深入地理解連續(xù)方程、動(dòng)量方程與動(dòng)量矩方程、能量方程。熟練掌握伯努利方程及其應(yīng)用。 重 點(diǎn)： 連續(xù)方程、動(dòng)量方程與動(dòng)量矩方程、能量方程、伯努利方程及其應(yīng)用。 難 點(diǎn)： 準(zhǔn)確理解連續(xù)方程、動(dòng)量方程與動(dòng)量矩方程、能量方程的推導(dǎo)過程。熟練掌握伯努利方程及其應(yīng)用。 第四章 相似原理和量綱分析（4學(xué)時(shí)） 1、 流動(dòng)的力學(xué)相似 2、 動(dòng)力相似準(zhǔn)則 3、 流動(dòng)相似條件 4、 近似的模型試驗(yàn) 5、 量綱分析法 基本要求： 掌握流體流動(dòng)的力學(xué)相似性、動(dòng)力相似準(zhǔn)則、流動(dòng)相似條件。熟練應(yīng)用量綱分析法。 重 點(diǎn)： 流體流動(dòng)的力學(xué)相似性、動(dòng)力相似準(zhǔn)則、流動(dòng)相似條件。熟練應(yīng)用量綱分析法。幾個(gè)重要的準(zhǔn)則數(shù)（雷諾數(shù)、歐拉數(shù)、馬赫數(shù)、柯西數(shù)、韋伯?dāng)?shù)等）的物理意義及其表達(dá)式。 難 點(diǎn)： 相似原理和量綱分析法是以前未曾接觸過的，但它們是最基本的試驗(yàn)研究的理論處理方法，必須熟練掌握。 第五章 管流損失和水力計(jì)算（6學(xué)時(shí)） 1、 管內(nèi)流動(dòng)的能量損失 2、 粘性流體的兩種流動(dòng)狀態(tài)、層流流動(dòng)與紊流流動(dòng) 3、 管道入口段中的流動(dòng) 4、 沿程損失與局部損失 5、 管道水力計(jì)算 6、 液體的出流 7、 水擊、氣穴、氣蝕簡介 基本要求： 熟練掌握工程上常見的和基本的流體流動(dòng)的能量損失（沿程損失與局部損失）的計(jì)算過程，熟練應(yīng)用莫迪圖。準(zhǔn)確理解粘性流體的兩種流動(dòng)狀態(tài)（層流流動(dòng)與紊流流動(dòng)）的基本概念、分類。熟練計(jì)算管道中流體的水力過程。 重 點(diǎn)： 基本的流體流動(dòng)的能量損失（沿程損失與局部損失）的計(jì)算過程，莫迪圖的應(yīng)用。粘性流體的兩種流動(dòng)狀態(tài)（層流流動(dòng)與紊流流動(dòng)）的基本概念、分類。熟練計(jì)算管道中流體的水力過程。 難 點(diǎn)： 流體流動(dòng)的能量損失的計(jì)算。粘性流體的層流流動(dòng)與紊流流動(dòng)的基本概念、分類。管道中流體的水力計(jì)算。 第六章 氣體的一維流動(dòng)（6學(xué)時(shí)） 1、 微弱擾動(dòng)的一維傳播、聲速、馬赫數(shù) 2、 氣流的特定狀態(tài)和參考速度、速度系數(shù) 3、 正激波 4、 變截面管流 5、 等截面摩擦管流、換熱管流 基本要求： 掌握流體一維流動(dòng)中的聲速和馬赫數(shù)的基本概念和計(jì)算過程。了解氣流的特定狀態(tài)和參考速度、速度系數(shù)，以及正激波的概念。掌握變截面管流、等截面摩擦管流、換熱管流中相應(yīng)的一些定義量的概念和計(jì)算。 重 點(diǎn)： 微弱擾動(dòng)的一維傳播、聲速、馬赫數(shù)是本章的基本點(diǎn)。變截面管流、等截面摩擦管流、換熱管流中相應(yīng)的一些定義量的概念和計(jì)算是以后工程上經(jīng)常碰到的基本工程問題的處理，必須深刻理解和掌握。 難 點(diǎn)： 微弱擾動(dòng)的一維傳播過程。變截面管流、等截面摩擦管流、換熱管流中相應(yīng)的一些定義量的概念和計(jì)算。 第七章 理想流體的有旋流動(dòng)和無旋流動(dòng)（10學(xué)時(shí)） 1、 微分形式的連續(xù)方程、有旋流動(dòng)、無旋流動(dòng) 2、 理想流體的運(yùn)動(dòng)微分方程、伯努利方程、定解條件 3、 渦線、渦管、渦束、渦通量的介紹 4、 速度環(huán)量、斯托克斯定理等 5、 有勢流動(dòng)、速度勢和流函數(shù) 6、 幾種簡單的不可壓縮流體的平面流動(dòng)、平面無旋流動(dòng)的疊加 7、 平行流繞過圓柱體無環(huán)流的平面流動(dòng)、有環(huán)流的平面流動(dòng) 8、 葉柵的庫塔—儒可夫斯基公式、庫塔條件 基本要求： 掌握流體理想流體的有旋流動(dòng)和無旋流動(dòng)、相應(yīng)運(yùn)動(dòng)微分方程和伯努利方程及其定解條件。了解有勢流動(dòng)、速度勢和流函數(shù)的概念。了解簡單的不可壓縮流體的平面流動(dòng)、平面無旋流動(dòng)的疊加，以及平行流繞過圓柱體無環(huán)流的平面流動(dòng)、有環(huán)流的平面流動(dòng)。 重 點(diǎn)： 理想流體的有旋流動(dòng)和無旋流動(dòng)、相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)微分方程和伯努利方程及其定解條件。有勢流動(dòng)、速度勢和流函數(shù)的概念。簡單的不可壓縮流體的平面流動(dòng)、平面無旋流動(dòng)的疊加，以及平行流繞過圓柱體無環(huán)流的平面流動(dòng)、有環(huán)流的平面流動(dòng)。 難 點(diǎn)： 有旋流動(dòng)和無旋流動(dòng)、相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)微分方程和伯努利方程及其定解條件。有勢流動(dòng)、速度勢和流函數(shù)的概念。簡單的不可壓縮流體的平面流動(dòng)、平面無旋流動(dòng)的疊加，以及平行流繞過圓柱體無環(huán)流的平面流動(dòng)、有環(huán)流的平面流動(dòng)。 第八章 粘性流體繞過物體的流動(dòng)（10學(xué)時(shí)） 1、 不可壓縮粘性流體的運(yùn)動(dòng)微分方程 2、 不可壓縮粘性流體的層流流動(dòng) 3、 邊界層、層流邊界層及其微分和積分方程 4、 邊界層的位移厚度和動(dòng)量損失厚度 5、 平板的層流邊界層、紊流邊界層、混合邊界層的近似計(jì)算 6、 曲面邊界層的分離現(xiàn)象 7、 繞過圓柱體的流動(dòng)、卡門渦街；物體的阻力及阻力系數(shù)、邊界層的控制 8、 小雷諾數(shù)時(shí)繞過靜止圓球的定常平行流 9、 自由淹沒射流 基本要求： 掌握不可壓縮粘性流體的運(yùn)動(dòng)微分方程，明確邊界層的概念與分類及其微分方程和積分方程，熟悉流過平板的層流邊界層、紊流邊界層及混合邊界層的近似計(jì)算。了解邊界層的分離現(xiàn)象、繞過圓柱體的流動(dòng)和卡門渦街的概念、以及流體的阻力和阻力系數(shù)的計(jì)算。了解邊界層的控制方法。 重 點(diǎn)： 邊界層是粘性流體繞過物體流動(dòng)時(shí)最基本的現(xiàn)象，而不可壓縮粘性流體的運(yùn)動(dòng)微分方程，建立邊界層的微分方程和積分方程是最基本的分析方法。必須熟悉流過平板的層流邊界層、紊流邊界層及混合邊界層的近似計(jì)算。了解邊界層的分離現(xiàn)象、繞過圓柱體的流動(dòng)和卡門渦街的概念、以及流體的阻力和阻力系數(shù)的計(jì)算，了解邊界層的控制方法，為進(jìn)一步分析工程實(shí)際和深入的試驗(yàn)研究時(shí)出現(xiàn)的邊界層問題提供基本的理論基礎(chǔ)。 難 點(diǎn)： 不可壓縮粘性流體的運(yùn)動(dòng)微分方程、邊界層的微分方程與積分方程和流過平板的層流邊界層、紊流邊界層及混合邊界層的近似計(jì)算是本章的難點(diǎn)。 第九章 氣體的二維流動(dòng)（2學(xué)時(shí)） 1、 微弱擾動(dòng)在空間的傳播、馬赫錐 2、 微弱擾動(dòng)波 3、 斜激波 4、 激波的反射和相交 5、 激波與邊界層的相互干擾 基本要求： 本章為超音速流動(dòng)過程中出現(xiàn)的一些主要現(xiàn)象的描述和計(jì)算，只作一般了解。 實(shí)驗(yàn)安排（8學(xué)時(shí)） 1， 流線演示 2學(xué)時(shí) 2， 沿程阻力的測定 2學(xué)時(shí) 3， 繞流圓柱體壓力分布的測定 2學(xué)時(shí) 4， 伯努里方程的應(yīng)用 2學(xué)時(shí) 參考教材 1， 華大學(xué)工程力學(xué)系編，流體力學(xué)基礎(chǔ)，北京，機(jī)械工業(yè)出版社，上冊(cè)1980，下冊(cè)1982。 2， 西安交通大學(xué)流體力學(xué)教研室編，江宏俊主編，流體力學(xué)，上下冊(cè)，北京，高等教育出版社，1985。 3， （美）J.W,戴萊，D.R.F.哈里曼著，流體力學(xué)，郭子中，陳玉璞等譯，北京，人民教育出版社，1983。