《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； 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 汪兴华·工程流体力学习题集·北京：机械工业出版社，1983 周光炯等编·流体力学·第2版·北京：高等教育出版社，2000 潘文全·工程流体力学·北京：清华大学出版社，1988 Vennard J K and R L Street. Elementary Fluid Mechanics. 6th ed. New York: John Wiley & Sons,1982 Clayton T.Crowe, Donald F. Elger and John A. Roberson. Engineering Fluid Mechanics. 7th ed. New York: John Wiley & Sons,2001 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 陈卓如主编·工程流体力学·北京：高等教育出版社，1992 7．本章的思考题和习题等。 习题1-1,4,7,8,12 单元1 1．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。 2．本单元的教学方式； 教学方式为课堂讲解为主，并辅助以固体和流体的差异进行对比讲解。 3．本单元师生活动设计； 以提问为主，可邀请同学自愿回答或者点名回答。 4．本单元的作业布置 习题1-1, 1-4 单元2 1．本单元教学内容：，流体的连续介质模型及压缩性与膨胀性，不可压缩流体的概念 流体粘性的表现形式：包括外部体现——黏附在固体表面上；内部体现——流动方式沿运动的法线方向有衰减地传递，机械能损失； 流体粘性的定量研究：牛顿内摩擦实验及内摩擦定律； 流体粘性的度量：黏度的定义及影响流体黏度的因素； 牛顿内摩擦定律的应用； 作用在流体上的力 2．本单元的教学方式： 教学方式为讲解及推导为主。 3．本单元师生活动设计： 以提问为主进行师生互动，可邀请同学自愿回答或者点名回答。 4．本单元的讲课提纲、板书设计： 流体粘性的表现形式： 外部体现——黏附在固体表面上； 内部体现——流动方式沿运动的法线方向有衰减地传递，机械能损失流体微团运动的基本形式； 流体粘性的定量研究： 牛顿内摩擦实验； 牛顿内摩擦定律 流体粘性的度量： 黏度的定义 温度变化对流体黏度的影响； 压强变化对流体黏度的影响 牛顿内摩擦定律的应用 牛顿内摩擦定律的应用范围 应用牛顿内摩擦定律举例 两类作用力——非接触的质量力与通过表面作用的接触力 5．本单元的作业布置： 习题1-7，1-9，1-12 第二章 流体静力学 1．本章的教学目标及基本要求； 本章为流体静力学，要求通过本章学习，学会分析流体静止状态时的力平衡关系，掌握静止流体中的压力分布规律及流体与固体表面之间的相互作用力。 2．本章各节教学内容（列出节名）及学时分配； 本章内容分4个单元，每单元2学时： 单元1：流体静压力的特点，静止流体中的力平衡关系，重力场中的压力分布规律 单元2：测压原理及其应用，流体静压力的表达方式及其物理意义 单元3：相对静止流体中的压力分布及其应用 单元4：静止流体作用在固体表面上的总作用力 3．本章教学内容的重点和难点； 本章教学的重点是：明确流体静止的概念，掌握建立力平衡关系的基本方法，掌握流体测压原理及其应用，学会分析静止流体与固体表面之间的相互作用力。 本章的难点有三： 流体的运动与静止的概念许多学生不能清晰理解； 流体压力的表达有多种方式，各种方式之间的关系容易混淆； 学生已经有静止液体中的压力分布、浮力原理等流体静力学的知识，如何将之引入理论的框架是主要的教学难点。 4. 本章教学内容的深化和拓宽； 通过建立流体平衡微分方程，在特定的条件下导出适用与该条件的压力分布规律，并积分推导出流体与固体表面间的相互作用力，这样的理论分析方法是本章教学要坚持和突出的主线，依据这条主线，可引导学生建立起理论分析方法与实际应用相互结合的思维理念。。 5．本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题； 本章初次涉及到严密的数学推导，注意时刻提醒学生在推导过程中各个物理量以及各项的物理意义，注意引导学生回顾过去已有的关于流体力学的若干零散的知识并将之纳入流体力学的系统理论框架之中，以引导学生产生对科学理论探索的兴趣。 6．本章的主要参考书目； 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 汪兴华·工程流体力学习题集·北京：机械工业出版社，1983 周光炯等编·流体力学·第2版·北京：高等教育出版社，2000 潘文全·工程流体力学·北京：清华大学出版社，1988 Vennard J K and R L Street. Elementary Fluid Mechanics. 6th ed. New York: John Wiley & Sons,1982 Clayton T.Crowe, Donald F. Elger and John A. Roberson. Engineering Fluid Mechanics. 7th ed. New York: John Wiley & Sons,2001 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 陈卓如主编·工程流体力学·北京：高等教育出版社，19927．本章的思考题和习题等。 习题2-1,5,8,10,12,13,16,17,19,20,22,25 单元1： 1．本单元教学内容： 测压原理及其应用 流体流体静止的概念 流体静压力的特点； 静止流体中的力平衡关系； 重力场中的压力分布规律 2．本单元的教学方式： 课堂讲解。 在理清基本概念的基础上重点进行微元体的力平衡关系推导并在简单重力场中积分，以得出流体静压力分布的简单结论。 3．本单元师生活动设计： 以提问为主进行师生互动，可邀请同学自愿回答或者点名回答。 4．本单元的讲课提纲、板书设计： 流体静止的概念和力学特征； 流体静压力的概念及特点——辅以图说明中学的流体静压力特点实验； 作微元受力分析图，标注各力的表述关系，给出对应的数学推导表达式 作大气作用下的静止液体图，给出对应的定解条件，作积分，导出对应的液体中压力分布表达式 5．本单元的作业布置： 习题2-1 单元2： 1．本单元教学内容： 测压原理及其应用 流体静压力的表达方式及其物理意义 2．本单元的教学方式： 以课堂讲解为主，辅以实验室演示实验。 3．本单元师生活动设计： 以提问为主进行师生互动，可邀请同学自愿回答或者点名回答。 4．本单元的讲课提纲、板书设计： 给出重力场条件下的积分全过程； 用问答方式给出关于等压面的三条件，辅以例子说明； 给出测压原理的数学表达式，再以文字表述加强； 用复式测压计为例说明测压原理的应用，强调测压路径的概念； 给出压力计量及表达的方式，说明绝对压力与相对压力的联系及应用习惯； 给出压力各种单位之间的换算关系 5．本单元的作业布置： 习题2-5,8,10,12 单元3： 1．本单元教学内容： 相对静止流体中的压力分布及其应用 2．本单元的教学方式： 课堂讨论。 3．本单元师生活动设计： 以提问为主进行师生互动。 4．本单元的讲课提纲、板书设计： 流体相对静止的概念及其力学特征； 给出水平匀速旋转容器中流体运动的物理模型； 问答方式给出对应的质量力表达； 问答方式给出对应条件下的力平衡关系及其积分； 问答方式讨论对应条件下的等压面方程及自由液面形状； 问答方式讨论旋转液体对平面壁的作用力； 归纳求解相对静止流体中压力分布规律及其与固体壁面作用力的一般方法。 5．本单元的作业布置： 习题2-13,16,17 单元4： 1．本单元教学内容： 静止流体作用在平面壁上的总压力 静止流体作用在曲面壁上的总压力 静止流体作用在物体表面上的总压力 2．本单元的教学方式： 以课堂讲解为主，辅以课堂讨论。 3．本单元师生活动设计： 以提问为主进行师生互动，可邀请同学自愿回答或者点名回答。 4．本单元的讲课提纲、板书设计： 给出静止液面下平面受力作用的一般性表述图示； 积分得到关于静止流体作用在平面壁上总压力的表达式，辅以文字说明； 给出静止液面下曲面受力作用的一般性表述图示； 积分得到关于静止流体作用在曲面壁上总压力的表达式； 强调力的分解求和方法； 分别讨论水平方向及垂直方向上总压力表达式的区别； 问答方式引入压力体的作法及步骤； 举例讨论压力体方法在求解静止流体对物体作用力的作用及其与阿基米德原理的联系及区别。 5．本单元的作业布置： 习题2-19,20,22,25 第三章 一元流体动力学基础 1．本章的教学目标及基本要求； 本章为一元流体动力学，涉及到流体运动的基本概念及工程中常用的连续性方程、伯努利方程和动量方程。通过本章的教学，要求学生掌握总流连续性方程，伯努利方程，动量方程的应用。 通过本章的学习，要求学生能够熟练应用三大方程分析解决一元流体动力学问题。 2．本章各节教学内容及学时分配； 本章分5单元：计10学时 单元1：研究流体运动的两种方法，流体运动的基本概念 2学时 单元2 一元流动模型，连续性方程，沿流线的伯努利方程 2学时 单元3：，缓变流断面上的压强分布规律，总流的伯努利方程 2学时 单元4：伯努利方程的应用（皮托管、文特里流量计等） 2学时 单元5：，动量方程式及其应用 2学时 3．本章教学内容的重点和难点； 本章的重点是：流线和迹线，定常流和非定常流，一元流体动力学的一些基本概念，总流的连续性方程，伯努利方程以及动量方程。本章的难点是：连续性方程、伯努利方程和动量方程的应用。 4. 本章教学内容的深化和拓宽； 通过方程简化，说明流体力学以及其它学科发展的历程和一般规律；动量方程与其它方法相比的具体优点。 5．本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题； 本章涉及到较多的数学推导，注意时刻提醒学生在推导过程中各个物理量以及各项的物理意义，并提醒学生守恒原理在流体力学中的具体表达。 6．本章的主要参考书目； 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 汪兴华·工程流体力学习题集·北京：机械工业出版社，1983 周光炯等编·流体力学·第2版·北京：高等教育出版社，2000 潘文全·工程流体力学·北京：清华大学出版社，1988 Vennard J K and R L Street. Elementary Fluid Mechanics. 6th ed. New York: John Wiley & Sons,1982 Clayton T.Crowe, Donald F. Elger and John A. Roberson. Engineering Fluid Mechanics. 7th ed. New York: John Wiley & Sons,2001 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 陈卓如主编·工程流体力学·北京：高等教育出版社，19927． 本章的思考题和习题等： 习题3-1,3,4,6, 9~11, 14, 16, 17,19, 20,21,24,26 单元1 1．教学内容： 了解研究流体运动参数连续变化规律的两种方法：欧拉法，拉格朗日法 了解关于流体流动的基本概念：流场分类，流线及迹线方程 2．本单元的教学方式； 教学方式为讲解为主，并辅助以固体和流体的差异进行对比讲解。举例在生活中的如流线、烟迹等现象进行说明。 3．本单元师生活动设计； 以提问为主，可邀请同学自愿回答或者点名回答。 4．本单元的讲课提纲、板书设计； 根据生活中的经验提出欧拉法，拉格朗日法的问题； 拉格朗日法着眼点及拉格朗日变数； 欧拉法着眼点及欧拉变数（空间坐标）； 流场的分类，说明在实际工作中将复杂问题简化的基本思想；介绍关于流动基本概念在实际工作中的应用； 画图说明流线，并以此推导流线的微分方程； 5．本单元的作业布置等。 习题3-1,3,4,6 单元2 1．本单元教学内容： 一元流动模型； 连续性方程； 沿流线的伯努利方程连续性方程； 2．本单元的教学方式： 教学方式为讲解及推导为主，并辅助以静止和运动之间的差异进行对比讲解。 3．本单元师生活动设计： 以提问为主进行师生互动，可邀请同学自愿回答或者点名回答。 4．本单元的讲课提纲、板书设计： 流体微团运动的基本形式，与固体的具体区别； a. 举例说明一元流动模型； b. 取元流作为研究对象，通过质量守恒推导连续性方程； c. 通过热力学第一定律在元流上推导伯努利方程方程 5．本单元的作业布置： 习题3-9~11 单元3 1．本单元教学内容： 缓变流断面上的压强分布规律； 总流的伯努利方程； 总流的伯努利方程的使用条件 2．本单元的教学方式： 教学方式为讲解及推导为主，并辅助以有粘和无粘之间的差异进行对比讲解。着重讲解元流的受力分析以及总流的伯努利方程。 3．本单元师生活动设计： 以提问为主进行师生互动，可邀请同学自愿回答或者点名回答。 4．本单元的讲课提纲、板书设计： 均匀流与非均匀流，缓变流和急变流； 缓变流的特点； 缓变流断面上的压强分布规律； 总流的伯努利方程； 总流的伯努利方程的使用条件 5．本单元的作业及思考题布置： 总流的伯努利方程和总流的伯努利方程的使用条件 单元4 1．本单元教学内容： 沿流线的伯努利方程的应用 2．本单元的教学方式： 教学方式为讲解为主，着重讲解伯努利方程的应用的例题。 3．本单元师生活动设计： 以提问为主进行师生互动，可邀请同学自愿回答或者点名回答。特别与能量守恒方程进行对比。 4．本单元的作业布置： 习题3-14, 16, 17,19 单元5 1．本单元教学内容： 系统及控制体，控制面的基本概念 动量方程式及其应用； 2．本单元的教学方式： 物理现象的解释和通过例题、生活中的自然现象进动量方程式的讲解 3．本单元师生活动设计： 以提问为主进行师生互动，可邀请同学自愿回答或者点名回答。 4．本单元的讲课提纲、板书设计： 系统及控制体，控制面的基本概念； 动量方程的推导 弯管受力 射流喷嘴受力 习题小结 5．本单元的作业布置： 习题3-20,21,24,26 流动阻力和能量损失 1．本章的教学目标及基本要求； 本章主要是讨论不可压缩粘性流体在管道中的流动规律，主要内容包括流动状态、速度分布、流量及压差的计算、能量损失的规律及计算等。通过本章的学习，要求学生能够熟练应用莫迪图查取λ，并结合能量损失计算式、流体运动的基本方程以及伯努利方程等，来分析解决管内流体的运动及水力计算问题。 2．本章各节教学内容及学时分配； 本章分5单元：计10学时 单元1：沿程损失和局部损失，流体流动的两种状态，临界雷诺数 2学时 单元2 圆管中的层流流动，湍流的脉动现象及时均化的概念 2学时 单元3：，圆管中的湍流流动，沿程阻力系数λ的实验研究 2学时 单元4：管道流动的局部损失 2学时 单元5：应用举例 2学时 3．本章教学内容的重点和难点； 本章的重点是：Re数定义式，流态判断；沿程阻力与局部阻力计算式；圆管内层、湍流动的特征；不同Re数下对应的λ计算。本章的难点是：λ值的分区；非圆形管道的d值；时均化模型、普朗特混合长假说及对湍流中流动参数和雷诺切应力算式的处理。 4. 本章教学内容的深化和拓宽； 通过对不可压缩粘性流体在管道中的流动规律的讨论，并结合连续性方程、能量方程和能量损失等基本公式，掌握不可压缩流体在管路中的阻力计算方法。 5．本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题； 本章涉及到较多的数学推导，注意时刻提醒学生在推导过程中各个物理量以及各项的物理意义；针对湍流流动的复杂特点，本章还引入时均化模型和普朗特混合长假说来处理其流动参数和雷诺应力式等，提醒学生对上述理论加深理解。 6．本章的主要参考书目； 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 汪兴华·工程流体力学习题集·北京：机械工业出版社，1983 周光炯等编·流体力学·第2版·北京：高等教育出版社，2000 潘文全·工程流体力学·北京：清华大学出版社，1988 Vennard J K and R L Street. Elementary Fluid Mechanics. 6th ed. New York: John Wiley & Sons,1982 Clayton T.Crowe, Donald F. Elger and John A. Roberson. Engineering Fluid Mechanics. 7th ed. New York: John Wiley & Sons,2001 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 陈卓如主编·工程流体力学·北京：高等教育出版社，19927． 7．本章的思考题和习题等： 习题：4－1、2、4、5、8、11、16。 单元1 1．教学内容： 了解流动阻力和水头损失的概念、分类及相应的计算公式 了解雷诺实验、流动状态与水头损失的关系 流态判别标准—临界雷诺数及其所包含的物理实质 2．本单元的教学方式； 教学方式为讲解为主，并配合示意图、辅助以实验来加深学生对层、湍流流态的理解。并结合例题来进一步加深学生对上述计算式的应用。 3．本单元师生活动设计； 以提问为主，可邀请同学自愿回答或者点名回答。 4．本单元的讲课提纲、板书设计； 流动阻力和水头损失的概念、分类及相应的计算公式； 根据雷诺实验，并结合生活经验来进一步了解层、湍流的区别； 画图说明流动状态与水头损失间的关系； 雷诺数的物理实质及作为流态判别的依据； 5．本单元的作业布置等。 习题4-1,2 单元2 本单元教学内容： 推导圆管中层流过流断面上速度分布规律的过程，已及对应的流量公式、平均流速与最大流速公式、动能与动量修正系数值、切应力分布规律等 湍流的脉动现象及时均化的概念：包括时均化模型的提出、时均速度及时均压强的表达式等 湍流中的切向应力：包括分子粘性切应力和附加切应力的概念及公式，及引入普朗特混合长假说推出的附加切应力的数学表达式的常用形式 圆管中的湍流结构及“水力光滑管”与“水力粗糙管”概念、及对管内流动的处理方法 2．本单元的教学方式： 教学方式为讲解为主，推导圆管中层流的有关方程，并引用时均化模型及普朗特混合长假说来进一步描述湍流流动。 3．本单元师生活动设计： 以提问为主进行师生互动，可邀请同学自愿回答或者点名回答。 4．本单元的讲课提纲、板书设计： a) 推导圆管中层流过流断面上速度分布规律及对应的其它公式； 湍流的脉动现象及时均化模型、普朗特混合长等概念； 画图表示脉动现象及湍流速度的时均值； 画图表示普朗特混合长与脉动速度的关系； 通过湍流结构分析，引入“水力光滑管”与“水力粗糙管”概念及应用； 圆管内湍流结构各层的速度分布式及计算湍流沿程损失的基本关系式。 5．本单元的作业布置： 加强理解对湍流流动中各运动参数的处理方法。 单元3 本单元教学内容： 了解圆管内湍流结构各层的速度分布式 掌握计算湍流沿程损失的基本关系式 尼古拉兹人工粗糙管实验：包括实验原理、尼古拉兹实验曲线、及由此划分的五个阻力区域—各区域的雷诺数范围、特点及对应的λ计算公式等 会使用莫迪图来查取λ的方法 非圆形断面管道的沿程损失计算（包括当量直径和水力半径概念）等 2．本单元的教学方式： 教学方式为讲解及推导为主，并结合所得实验曲线来对比讲解。着重讲解λ值在不同流态下的特点。 3．本单元师生活动设计： 以提问为主进行师生互动，可邀请同学自愿回答或者点名回答。须提醒同学注意非圆形断面管道的直径用当量直径代替。 4．本单元的讲课提纲、板书设计： 介绍尼古拉兹人工粗糙管实验：包括所遵循的实验原理和尼古拉兹实验曲线；及五个阻力区域：包括各区域对应的雷诺数范围、特点和λ的计算公式等； 进一步说明五个阻力区域所表现出的特点； 莫迪图的特点及由图来查取λ的方法等； 几种非圆形断面管道的沿程损失计算：包括当量直径的计算等； 5．本单元的作业及思考题布置： 4-4,5,8,11 单元4 1．本单元教学内容： 局部损失的形成、特点 断面突然扩大的局部损失的计算 局部损失的一般计算公式、局部损失的当量长度等 2．本单元的教学方式： 教学方式为讲解及推导为主。 3．本单元师生活动设计： 以提问为主进行师生互动，可邀请同学自愿回答或者点名回答。 4．本单元的讲课提纲、板书设计： a) 画图说明局部损失的由来； b) 由断面突然扩大为特例导出局部损失计算式 c) 局部损失的当量长度概念 5．本单元的作业布置： 习题4-16 单元5 1．本单元教学内容： 习题课 2．本单元的教学方式： 物理现象的解释和通过例题进行能量方程的应用讲解。 3．本单元师生活动设计： 以提问为主进行师生互动，可邀请同学自愿回答或者点名回答。 5．本单元的作业布置： 4-28，4-30，4-32 第五章 孔口管嘴管道流动 1.本章的教学目的及基本要求： 目的：使学生了解恒定孔口出流、管嘴出流的流量计算公式；掌握简单管、串联并联管、的水力计算方法。 基本要求：理解孔口出流、管嘴出流、流的基本计算方法，能熟练计算简单管、串联并联管的水力计算。 2.本章各节的教学内容及学时分配： 本章分2单元：计4学时 单元1：孔口出流，管嘴出流 2学时 单元2 简单管、串联并联管的水力计算 2学时 3.本章教学内容的重点和难点： 重点：孔口出流、管嘴出流；简单管、串联并联管的水力计算原理与方法。 难点：孔口出流、管嘴出流，管道的综合阻力系数 4.本章教学内容的深化和拓宽： 深化：管网的水力计算 5.本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题： 教学方式：讲授——提问——讲授 注意问题：能量方程在短管中的应用，沿程阻力系数经验公式的选取与计算。 6.本章的主要参考书目： 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 汪兴华·工程流体力学习题集·北京：机械工业出版社，1983 周光炯等编·流体力学·第2版·北京：高等教育出版社，2000 潘文全·工程流体力学·北京：清华大学出版社，1988 Vennard J K and R L Street. Elementary Fluid Mechanics. 6th ed. New York: John Wiley & Sons,1982 Clayton T.Crowe, Donald F. Elger and John A. Roberson. Engineering Fluid Mechanics. 7th ed. New York: John Wiley & Sons,2001 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 陈卓如主编·工程流体力学·北京：高等教育出版社，19927． 7.本章的习题 习 题： 5-2、6-3、5-5、 5-15、5-16、5-20 单元1 1.本单元教学内容： 薄壁小孔口的自由出流 薄壁小孔口的淹没出流 流量系数的影响因素 恒定管嘴出流 恒定管嘴出流真空计算 2.本单元的教学方式（手段）： 教学方式：讲授 3.本单元师生活动设计： 讲授——提问——讲授 4.本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）： a) 薄壁小孔口的自由出流的流量计算 b) 薄壁小孔口的淹没出流流量计算 c) 流量系数的影响因素 d) 恒定管嘴出流流量计算 e) 恒定管嘴出流真空计算 5.本单元的作业布置： 习 题： 5-2、6-3、5-5 单元2 本单元教学内容： 简单管路的水力计算 串联管路的水力计算 并联管路的水力计算 例题分析 2.本单元的教学方式（手段）： 教学方式：讲授 3.本单元师生活动设计： 讲授——提问——讲授 4.本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）： a) 简单管路的水力计算 b) 串联管路的水力计算薄壁小孔口的淹没出流流量计算 c) 并联管路的水力计算 d) 例题分析 5.本单元的作业布置： 习 题：5-15、5-16、5-20 第七章 不可压缩流体动力学基础 1．本章的教学目标及基本要求： 本章涉及到流体运动的基本方程。通过本章的教学，要求学生掌握质点导数，流体微团的基本形式，有旋运动与无旋运动，连续性方程， N-S方程，以及N-S方程的意义和应用。 通过本章的学习，要求学生能够了解应用流体运动的基本方程分析解决流体的流动问题。 本章各节教学内容及学时分配： 本章分4单元：计8学时 单元1：流体微团运动的基本形式，有旋运动与无旋运动 2学时 单元2：连续性方程，以应力表示的运动方程 2学时 单元3：N-S方程的推导及物理意义 2学时 单元4：N-S方程的定解条件和应用举例 2学时 3．本章教学内容的重点和难点： 本章的重点是：连续性方程，通过微元体分析法推导N-S方程。本章的难点是：熟练使用微元体分析法，N-S方程的定解条件和应用 4. 本章教学内容的深化和拓宽： 通过N-S方程简化得到欧拉方程、流体平衡微分方程，说明流体力学以及其它学科发展的历程和一般规律；微元体分析法科学思维在其它学科中的应用。 5．本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题： 本章涉及到较多的数学推导，注意时刻提醒学生在推导过程中各个物理量以及各项的物理意义，并提醒学生守恒原理在流体力学中的具体表达。 6．本章的主要参考书目： 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 汪兴华·工程流体力学习题集·北京：机械工业出版社，1983 周光炯等编·流体力学·第2版·北京：高等教育出版社，2000 潘文全·工程流体力学·北京：清华大学出版社，1988 Vennard J K and R L Street. Elementary Fluid Mechanics. 6th ed. New York: John Wiley & Sons,1982 Clayton T.Crowe, Donald F. Elger and John A. Roberson. Engineering Fluid Mechanics. 7th ed. New York: John Wiley & Sons,2001 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 7．本章的思考题和习题等： 习题7-1，7-2，7-5，7-7，7-9 单元1 教学内容： 了解质点导数的定义和物理意义 流体微团运动的基本形式：包括平移、旋转、线变形、角变形，对速度分量使用泰勒展开 有旋运动与无旋运动 速度环量 2．本单元的教学方式： 教学方式为讲解及推导为主，并辅助以流体和固体运动之间的差异进行对比讲解。举例在生活中的如流线、烟迹等现象进行说明流体微团运动的基本形式。 3．本单元师生活动设计： 以提问为主进行师生互动，可邀请同学自愿回答或者点名回答。 4．本单元的讲课提纲、板书设计： a) 流体微团运动的基本形式，与固体的具体区别； b) 画图表示流体速度在空间的泰勒展开； c) 有旋运动与无旋运动 速度环量 5．本单元的作业及思考题布置： 7-1,7-2 单元2 教学内容： 连续性方程 以应力表示的运动方程 2．本单元的教学方式： 教学方式为讲解及推导为主，注意说明流体微团分析的意义与作用 3．本单元师生活动设计： 以提问为主进行师生互动，可邀请同学自愿回答或者点名回答。 4．本单元的讲课提纲、板书设计： 使用微团分析法，通过质量守恒推导连续性方程 b) 微元体在有粘条件下的受力分析，张量； c) 运用牛顿第二定律对微元体的运动进行分析； d) 使用微团分析法，通过牛顿第二定律推导应力形式表达的粘性流体运动方程 5．本单元的作业及思考题布置： 7-5 单元3 1．本单元教学内容： 本构方程，广义牛顿内摩擦定律 N-S方程，意义及讨论 2．本单元的教学方式： 教学方式为讲解及推导为主，并辅助以有粘和无粘之间的差异进行对比讲解。着重讲解微元体的受力分析以及本构方程。 3．本单元师生活动设计： 以提问为主进行师生互动，可邀请同学自愿回答或者点名回答。将向量概念延伸表达张量。 4．本单元的讲课提纲、板书设计： a) 推广牛顿内摩擦定律，得广义牛顿内摩擦定律，并封闭法向应力项； 本构方程代入应力形式表达的粘性流体运动方程，得N-S方程，分析各项的物理意义 简化各项得到欧拉方程和流体平衡微分方程； 5．本单元的作业及思考题布置： N-S方程各项的物理意义 单元4 1．本单元教学内容： N-S方程的定解条件 应用举例 2．本单元的教学方式： 通过实际问题的分析，了解N-S方程的应用 3．本单元师生活动设计： 以提问为主进行师生互动，可邀请同学自愿回答或者点名回答。 4．本单元的讲课提纲、板书设计： a) N-S方程的定解条件 b) 圆管中的层流流动； 5．本单元的作业及思考题布置： 7-9 第八章 绕流运动 1．本章的教学目标及基本要求； 流函数、势函数存在的条件和定义；边界层的概念；边界层内、外流动区域的流态及所应遵循的运动规律；曲面边界层的分离现象；物体的阻力计算；悬浮速度等。 通过本章的学习，要求学生能够应用流函数、速度势函数等的各种工具分析解决流体的速度分布问题；能够了解应用边界层理论可解决高雷诺数粘性流体绕物体流动的问题，以及物体的阻力和悬浮速度的计算问题。 2。教学内容（列出节名）及学时分配： 本章分3单元，计6学时 单元1：流函数、势函数存在的条件和定义 单元2：边界层的基本概念，曲面边界层的分离现象 单元3： 物体的阻力，悬浮速度 3．本章教学内容的重点和难点； 本章的重点是：流函数、势函数、边界层的基本概念、边界层分离现象的讨论等。本章的难点是：流函数、势函数的计算；使用边界层理论分析绕流问题 4. 本章教学内容的深化和拓宽； 通过对N-S方程简化得到边界层的微分方程、运用动量定理导出动量积分关系式等方法的讨论，说明流体力学以及其它学科发展的历程和一般规律；平板层流边界层的近似计算法的科学思维在求解中的应用；这些为我们今后处理其它的力学问题提供了很好的借鉴作用。 5．本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题； 本章涉及到较多的概念，注意时刻提醒学生对各个物理量的意义的理解。 6．本章的主要参考书目： 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 汪兴华·工程流体力学习题集·北京：机械工业出版社，1983 周光炯等编·流体力学·第2版·北京：高等教育出版社，2000 潘文全·工程流体力学·北京：清华大学出版社，1988 Vennard J K and R L Street. Elementary Fluid Mechanics. 6th ed. New York: John Wiley & Sons,1982 Clayton T.Crowe, Donald F. Elger and John A. Roberson. Engineering Fluid Mechanics. 7th ed. New York: John Wiley & Sons,2001 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 7．本章的思考题和习题等 习题：8-3、8-5、8-21，8-22 单元1 1．本单元教学内容： 速度势函数定义及存在条件 势函数性质 流函数定义及存在条件 流函数性质 速度势函数和流函数之间的关系 2．本单元的教学方式： 教学方式为讲解为主。着重讲解流函数及速度势函数的存在条件以及性质的推导。 3．本单元师生活动设计： 以提问为主进行师生互动，可邀请同学自愿回答或者点名回答。 4．本单元的讲课提纲、板书设计： 势函数定义及存在条件 a) 速度势函数性质 b) 流函数定义及存在条件 c) 流函数性质 d) 速度势函数和流函数之间的关系 5．本单元的作业布置： 8-3，8-5 单元2 本单元教学内容： 边界层的概念、及应用边界层理论来处理粘性流体绕物体流动的方法、特点、边界层内流动结构 边界条件及边界层内压强p的分布规律，即 曲面边界层分离现象的概念及发生分离的条件 2．本单元的教学方式： 教学方式为讲解为主，着重讲解概念和物理意义。 3．本单元师生活动设计： 以提问为主进行师生互动，可邀请同学自愿回答或者点名回答。 4．本单元的讲课提纲、板书设计： 边界层的概念、特点、边界层内流动结构及用雷诺数判断流态的算式； 边界层边界条件及边界层内压强p的分布规律； 曲面边界层分离现象的概念及发生分离的条件； 画图说明边界层分离现象。 5．本单元的作业布置： 课后须加强概念及物理意义的理解 单元3 1.本单元教学内容： 绕流物体受到的作用力：分为阻力和升力 摩擦阻力和压差阻力：包括其定义、计算式、阻力系数公式及与的关系 悬浮速度 2．本单元的教学方式： 教学方式为讲解为主。并配合有关图来进一步加深学生对随变化关系的理解。 3．本单元师生活动设计： 以提问为主进行师生互动，可邀请同学自愿回答或者点名回答。 4．本单元的讲课提纲、板书设计： 绕流物体受到的作用力：分为阻力和升力； 摩擦阻力和压差阻力； 悬浮速度 5．本单元的作业布置： 8-21，8-22 第九章 一元气体动力学基础 教学目标及基本要求 掌握音速和马赫数的概念, 理解微弱扰动波在气体空间中的传播特点; 掌握一元等熵气流的基本方程; 掌握理想气体在非等截面管中的流动特点; 了解实际气体在等温和绝热管中的流动特点。 教学内容及学时分配 本章教学内容分4个单元，每单元2学时 单元1 音速和马赫数, 微弱扰动波在气体空间中的传播 单元2 一元等熵气流的基本方程 单元3 气体在变截面管中的流动 单元4 气体在等温和绝热管中的流动 重点和难点 音速、膨胀波和激波的基本概念; 可压缩性气流速度、压强与流道断面积的关系 深化和拓宽 正激波前后压强比、密度比的关系(朗金-雨贡纽关系);等断面管的有摩擦绝热流动 参考书 潘文全等编，工程流体力学，清华大学出版社，1988年 习题 9-1,9-11，9-12,9-13，9-17，9-19 单元1 1．教学内容： 音速； 微弱扰动波在气体空间中的传播 马赫数 2．本单元的教学方式； 教学方式为讲解为主。 3．本单元师生活动设计； 以提问为主，可邀请同学自愿回答或者点名回答。 4．本单元的讲课提纲、板书设计； a) 音速 音速是微弱扰动引起的压力、密度的变化在流体介质中的传播速度。 扰动波面尚未到达的区域为未受扰动区，波面通过的区域为扰动区，如果微弱扰动波是由活塞压缩气体产生的，叫做微弱扰动压缩波，反之为膨胀波，由交替的压缩波和膨胀波所组成的微弱扰动波就是声波(或音波),传播的速度统称为音速。 1．同一气体中，音速随介质的温度升高而增大。 2．不同的流体介质中有不同的音速。 3．流体中音速的大小与流体的可压缩性有密切关系。 4．气体的可压缩性随它的状态参数的变化而变化，因而气体中的音速也随气体的状态参变化而变化，所以音速指的是某一点在瞬间的音速，即当地音速。 b)马赫数 在工程应用中通常以当气流速度V和当地音速a的比值，即马赫数, 表征气流的可压缩性。表示为 c) 微弱扰动波在气体空间中的传播 当物体在气体中运动, 或气体绕物体流动, 物体会对流动产生扰动。可压缩性气体的流动特性随马赫数的不同有很大差异，可用在静止气体中，以不同速度运动的弱扰动源的扰动波来说明，扰动源的扰动波面是一系列的球面，当扰动波和气体间的相对速度不同时，波面的传播有以下四种情况。 1）无相对运动。扰动源静止（即扰动源运动速度），波面为一系列的同心球面，球心就是扰动波源所在的位置，一定时间后，将传播到整个空间。 2）扰动源以亚音速（V<a）运动,扰动波面为球面，扰动波的传播速度比扰动源快，可以传播到整个空间。 3）扰动源以音速（V=a）运动，无数的球面扰动波在同一点相切，在该点形成一个分界面（马赫面），将整个空间分为波的传播区和禁止区。 4）扰动源以音速（V>a）运动, 扰动源始终处于其发出的扰动波阵面之前，传播范围为一圆锥形空间（马赫锥），马赫锥顶角之半为马赫角。 5．本单元的作业布置： 9-1 单元2 本单元教学内容： 基本方程 一元等熵气流的三个特定状态 气流参数与马赫数的关系 2．本单元的教学方式： 教学方式为讲解为主，着重讲解概念和物理意义。 3．本单元师生活动设计： 以提问为主进行师生互动，可邀请同学自愿回答或者点名回答。 4．本单元的讲课提纲、板书设计： 状态方程, 连续性方程, 运动方程, 能量方程; 滞止状态,最大速度状态(极限状态,临界状态； 滞止状态 如在流动中某一断面上的速度等于零,则此断面上的其他参数称为滞止参数,用下标0表示, 对给定等熵气流, 滞止参数在整个流动过程中是不变的。 和滞止参数相对应的气流过程中当地参数称静参数。 2. 最大速度状态(极限状态) 设某一断面上的温度等于零, 则此断面上的气流速度达到最大速度。 3. 临界状态 当在流动中某一断面上的速度等于当地音速, 则此断面上的流动叫临界状态, 所有参数称为临界参数, 该断面为临界断面。 最大速度与临界音速只与气体的物理性质和滞止参数有关,与实际流动过程无关。 c) 气流参数与马赫数的关系。 5．本单元的作业布置： 9-11,9-12 单元3 一、气流速度与密度的关系 二、气流速度与流道断面积的关系 本单元讲课题纲 §7.3气体在变截面管中的流动 对不可缩一元流, 其平均速度与过流断面积成反比关系; 对可压缩流, 其平均速度与过流断面积关系还与马赫数有关,。 一.气流速度与密度的关系 不论M<1或M>1, 气流加速, 压强降低, 气体膨胀; 气流减速, 压强增大, 气体压缩。 当M<1, 密度的相对变化量小于速度的相对变化量; 当M>1, 密度的相对变化量大于速度的相对变化量。 二. 气流速度与流道断面积的关系 M<1, dA<0, dV>0, dp<0, dρ<0; dA>0, dV<0, dp>0, dρ>0 M>1, dA>0, dV>0, dp<0, dρ<0; dA<0, dV<0, dp>0, dρ>0 M=1, dA=0, 流道断面积为极小值。 相似性原理和因次分析 1．本章的教学目标及基本要求 本章涉及力学相似条件，相似条件的数学表达式，相似准数的推导，相似定理，模型律，因次分析法等，使学生理解力学相似概念、相似准则数的物理意义及应用；了解因次分析法及应用。 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：力学相似性原理，相似准数 单元2：模型律，因次分析法 3．本章教学内容的重点和难点 本章的重点是：相似准数， 本章的难点是：正确运用模型律求解原型和模型间的参数关系。 4. 本章教学内容的深化和拓宽； 根据具体的工程问题，分析流动问题的主要影响因素，比较选取不同的模型律求解的差异。 5．本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题； 注意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； 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 汪兴华·工程流体力学习题集·北京：机械工业出版社，1983 周光炯等编·流体力学·第2版·北京：高等教育出版社，2000 潘文全·工程流体力学·北京：清华大学出版社，1988 Vennard J K and R L Street. Elementary Fluid Mechanics. 6th ed. New York: John Wiley & Sons,1982 Clayton T.Crowe, Donald F. Elger and John A. Roberson. Engineering Fluid Mechanics. 7th ed. New York: John Wiley & Sons,2001 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 陈卓如主编·工程流体力学·北京：高等教育出版社，1992 7．本章的思考题和习题等。 习题10-1，10-8，10-10，10-11 单元1 1．教学内容：力学相似性原理，相似准数 模型律，因次分析法等，使学生理解力学相似概念、相似准则数的物理意义及应用；了解因次分析法及应用。 了解力学相似条件在流体力学应用； 明确相似条件的数学表达式； 了解相似准数的推导。 2．本单元的教学方式： 教学方式为课堂讲解为主。 3．本单元师生活动设计； 以提问为主，可邀请同学自愿回答或者点名回答。 4．本单元的作业布置 习题10-1, 8 单元2 本单元教学内容：，，因次分析法 了解模型律的含义； 掌握模型律的选择； 了解因次分析法的原理； 掌握因次分析法的应用。 2．本单元的教学方式： 教学方式为讲解及推导为主。 3．本单元师生活动设计： 以提问为主进行师生互动，可邀请同学自愿回答或者点名回答。 4．习题10—10、11