第四章 黏性流体的一维流动 一、本章的教学目的及基本要求 目的：使学生了解实际液体的两种流动型态，流动阻力与水头损失的两种型式， 理解实际液体的两种流动型态，流动阻力与水头损失产生原因，以及边界层概念 及绕流阻力概念。掌握均匀流的基本方程、圆管层流与紊流沿程阻力系数及沿程 水头损失、局部水头损失的计算方法。 基本要求：本章是在第三章研究理想流体运动基本规律的基础上，把讨论的范 围从微元流束扩大到整个流场（如管道），并考虑黏性对流体运动的影响，本章 是解决实际流体流动问题的理论基础，因此，应结合练习和实验，让学生了解流 体流动的两种状态，会用雷诺数判定流体的两种状态，掌握黏性流体总流的伯努 里方程，掌握流体流动的能量损失和流动阻力的计算，会进行管道水力计算。 二．本章各节的教学内容及分钟分配 §4-1黏性流体总流的伯努里方程 50分钟 §4-2实际液体的两种流动状态 30分钟 §4-3流体流动的能量损失与流动阻力 20分钟 §4-4圆管中的层流运动 25分钟 §4-5园管中流体的紊流流动 25分钟 §4-6圆管中沿程阻力系数的实验研究 50分钟 §4-7非圆形管道沿程损失的计算 50分钟 §4-8局部损失计算 50分钟 §4-9管道水力计算 50分钟 §4-10水击与虹吸现象 50分钟 习题课 2分钟 实验 2分钟 共10学时+2学时+2学时 三、本章教学内容的重点和难点 重点：实际液体的两种流动型态的判别，均匀流的基本方程，圆管层流与紊流的 流速分布、沿程阻力系数及沿程水头损失的计算，局部水头损失的计算。 难点：圆管层流与紊流的流速分布，紊流沿程阻力系数的计算。 四、本章教学内容的深化和拓宽 深化：理想流体的能量方程的推广，实际流体总流的能量方程在实际工程中的 应用，恒定总流动量方程在实际工程中的应用，恒定平面势流的实际意义。 拓宽：实际流体的运动微分方程在三维流场中的数值计算，理想液体元流的能 量方程的推广，实际流体总流的能量方程在实际工程中的应用。 五、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——习题课——实验 注意问题：1）概念、原理、计算方法的理解、掌握。注意实际流体能量方程和 动量方程计算断面的选取，以及解题步骤与方法；注意有涡流与势流 2）注意复习高等数学的导数、微分与曲线积分等基本方法 六、本章的主要参考书目 《工程流体力学》（管楚定 北京电力专科学校） 《工程流体力学》（上海电力学院成教院） 《工程流体力学》（毛羽冲 江西电力专科学校） 七、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——习题——实验 注意问题：紊流与层流的判别，圆管紊流的速度分布、切应力分布与紊流阻力系 数经验公式的选取。 六、本章的思考题和习题 思考题：4-1、4-2、4-4、4-5、4-8、4-9 习题：4-2、4-8、4-11、4-14、4-15、4-17、4-19、4-22、4-25、4-26、4-29 授课序号：十四 一、 包含教材章节 §4-1黏性流体总流的伯努里方程 50分钟 §4-2实际液体的两种流动状态 50分钟 二、本单元教学内容（具体到各知识点） §4-1黏性流体总流的伯努里方程 50分钟 1） 黏性流体微元流束伯诺里方程 2）黏性流体总流伯诺里方程的意义 3） 总水头线与测验管水头线 4） 能量方程各项意义 5） 能量方程的应用条件与注意事项 §4-2实际液体的两种流动状态 50分钟 1）雷诺实验 2）雷诺数及物理意义 3）层流、紊流的判断方法 三、本单元的教学方式（手段） 教学方式：讲授 四、本单元师生活动设计 讲授提问——学生思考——讲授 五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案） 电子教案 六、本单元的作业布置 思考题：4-1、4-2、4-4、 习题：4-2、4-8、4-11、 七、课后总结 授课序号：十五 一、 包含教材章节 §4-3流体流动的能量损失与流动阻力 50分钟 §4-4圆管中的层流运动 50分钟 二、本单元教学内容（具体到各知识点） §4-3流体流动的能量损失与流动阻力 50分钟 1） 沿程阻力与沿程损失 2）局部阻力与局部损失 3） 沿程阻力与局部阻力的计算 §4-4圆管中的层流运动 50分钟 1）数学模型 2）速度、流量与平均流速 3）沿程损失与动能修正系数 4）园管层流的计算 三、本单元的教学方式（手段） 教学方式：讲授 四、本单元师生活动设计 讲授提问——学生思考——讲授 五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案） 电子教案 六、本单元的作业布置 思考题：4-3、4-4、 习题：4-5、4-11、4-12、 授课序号：十六 一、 包含教材章节 §4-5园管中流体的紊流流动 25分钟 §4-6圆管中沿程阻力系数的实验研究 75分钟 二、本单元教学内容（具体到各知识点） §4-5园管中流体的紊流流动 25分钟 1）首先说明湍流与层流的本质区别，而后介绍研究湍流的统计时均法，主要 解释概念：脉动、时均速度、时均值等。（15分钟） 2）由时均速度引出湍流流动的时均速度结构，着重介绍黏性底层厚度。并根 据雷诺数大小说明水力光滑流动、水力粗糙流动是湍流流动的两种不同流 动状态，并穿插介绍水力光滑管和水力粗糙管概念。（15分钟） §4-6圆管中沿程阻力系数的实验研究 75分钟 由管道沿程损失引出尼古拉兹实验，并说明参量间关系。尔后利用尼古拉兹曲 线图说明流体流动在五个区域流动中λ值的理论和经验公式计算方法。由此 再说明莫迪图与尼古拉兹曲线图二者之间的关系，以及莫迪图的使用方法。 三、本单元的教学方式（手段） 教学方式：讲授 四、本单元师生活动设计 讲授提问——学生思考——讲授 五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案） 电子教案 六、本单元的作业布置 思考题：4-8、4-9、 习题：4-14、4-15、4-17、 授课序号：十七 二、 包含教材章节 3） §4-6圆管中沿程阻力系数的实验研究 1002分钟 二、本单元教学内容（具体到各知识点） §4-6圆管中沿程阻力系数的实验研究 25分钟 由管道沿程损失引出尼古拉兹实验，并说明参量间关系。尔后利用尼古拉兹曲 线图说明流体流动在五个区域流动中λ值的理论和经验公式计算方法。由此 再说明莫迪图与尼古拉兹曲线图二者之间的关系，以及莫迪图的使用方法。 例题与课堂练习 75分钟 三、本单元的教学方式（手段） 教学方式：讲授 四、本单元师生活动设计 讲授提问——学生思考——讲授 五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案） 电子教案 六、本单元的作业布置 思考题： 习题：4-18、4-19、4-20、 授课序号：十八 一、 包含教材章节 §4-7非圆形管道沿程损失的计算 25分钟 §4-8局部损失计算 25分钟 §4-9管道水力计算 50分钟 二、本单元教学内容（具体到各知识点） §4-7非圆形管道沿程损失的计算 25分钟 §4-8局部损失计算 25分钟 介绍局部能量损失的三种形式，并说明产生局部能量损失的主要原因。（ 5 分钟） 详细讲解断面突然扩大的局部阻力系数计算方法及过程。说明ζ1和ζ2代表的意 义。（10分钟） §4-9管道水力计算 50分钟 说明管路计算实质，并引入水力长管和水力短管定义。分别讲解管路串联与管 路并联能量损失计算原则。 三、本单元的教学方式（手段） 教学方式：讲授 四、本单元师生活动设计 讲授提问——学生思考——讲授 五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案） 电子教案 六、本单元的作业布置 思考题：4-10、4-11 习题：4-27、4-28、4-30、 七、课后总结 授课序号：十九 一、 包含教材章节 §4-10水击与虹吸现象 25分钟 第四章总结 25分钟 例题讲述 25分钟 课堂练习 25分钟 二、本单元教学内容（具体到各知识点） §4-10水击与虹吸现象 20分钟 1）水击现象 2）虹吸现象 介绍水击与虹吸现象，并通过例题讲述。 习题课 75分钟 说明管路计算实质，并引入水力长管和水力短管定义。分别讲解管路串联与管 路并联能量损失计算原则。 三、本单元的教学方式（手段） 教学方式：讲授 四、本单元师生活动设计： 讲授提问——学生思考——讲授 五、本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案） 电子教案 六、本单元的作业布置 思考题： 习题：4-29、 七、课后总结