黑龍江省高等教育自學考試石油工程(080105)專業（獨立本科段）工程流體力學(一)考試大綱(課程代碼 7745)黑龍江省高等教育自學考試委員會辦公室二九年十月適用專業：石油工程（獨立本科段）學 時：70學時一、課程的性質 目的和任務本課程是石油工程專業的重要技術基礎課和主干課，其任務是通過各種教學環節，使學生掌握流體平衡和運動的一般規律及有關的基本概念、基本理論、基本計算方法和基本實驗技能，提高學生分析問題和解決問題的能力，為以后學習專業課程，從事專業工作和科學研究打下一個良好的基礎。二、課程的基本要求學完本課程后，應達到以下基本要求：1.正確理解工程流體力學中的基本概念和基本特征。如靜壓力、水頭、水頭損失、雷諾數、層流、紊流、長管、短管、勢流、附面層等等。2.掌握研究流體運動的基本方法。如運用微元體積法分析流體的受力并建立平衡方程式。3.掌握流體靜壓力計算規律和流體對平面及曲面作用力的計算方法。4.能夠運用連續方程、泊努利方程和運動方程分析流動現象，計算流動的各種參數，計算流體與固體壁面之間的作用力。5.能夠運用基本方程式和圖表計算管路的水頭損失，能夠對簡單的串并聯管路和分支管路進行分析計算。6.正確理解因次分析和相似原理對實驗的意義。掌握常用測量儀器的使用方法，具有處理實驗數據和編寫實驗報告的能力。7.能夠應用勢流疊加原理得出固體附近的動力學和運動學參數，并能夠計算固體附面層內的阻力。本課程與相關課程的聯系與分工：本課程的先修課程為高等數學、普通物理、理論力學、材料力學等。講授過程中遇到上述課程內容時不再講解。講授課程時需要理論聯系專業，但應以分析流動現象、闡明理論為主，不應因過分強調專業而削弱基本理論的講授。三、課程內容和考核目標本部分內容按章、節進行編寫，具體格式如下：第一章 緒論（2學時）(一) 學習目標工程流體力學屬于力學的一個分支。它研究流體在平衡和運動時所遵循的基本規律，以及流體與固體之間的相互作用，用以分析解決工程實際問題。通過本章學習，主要掌握流體的概念及其基本的物理性質，以及作用在流體上的力。(二) 課程內容第一節 流體及其基本特征（1學時）1.流體2.流體性質3.不可壓縮流體第二節 流體的主要物理性質（1學時）1.密度2.比容3.相對密度4.壓縮性5.體積壓縮系數6.體積彈性系數7.膨脹性8.粘滯力9.速度梯度10.牛頓內摩擦定律(三) 考核知識點1.基本概念2.牛頓內摩擦定律(四) 考核要求1.識記（1）記住流體的性質（2）記住流體、密度、比容、相對密度、壓縮性、膨脹性以及粘滯力的概念2.理解（1）理解牛頓內摩擦定律第二章 流體靜力學（14學時）(一)學習目標流體靜力學所研究的是流體在靜止狀態下的平衡規律及其應用。所以本章所要掌握的中心問題是根據平衡條件來研究靜止狀態下靜壓力的分布規律，進而確定靜止流體作用在各種表面上的總壓力大小、方向和作用點。(二)課程內容第一節 流體靜壓力及其特性（1學時）1.流體靜壓力2.流體靜壓力的兩個特性第二節 流體平衡微分方程式（2學時）1.流體平衡微分方程式的建立2.流體平衡微分方程式3.等壓面4.等壓面的三個特性第三節 重力作用下流體的平衡（3學時）1.靜力學基本方程式2.靜力學基本方程式的意義3.流體靜壓力的測量第四節 幾種質量力作用下的流體平衡（2學時）1.等加速水平運動容器中流體的相對平衡（1）流體靜壓力分布規律（2）等壓面方程2.等角速旋轉容器中流體的相對平衡（1）流體靜壓力分布規律（2）等壓面方程第五節 靜止流體作用在平面上的總壓力（2學時）1.總壓力的大小2.總壓力的作用點第六節 靜止流體作用在曲面上的總壓力（2學時）1.總壓力的大小和方向2.壓力體第七節 物理在液體中的潛浮原理（2學時）1.浮體2.潛體3.浸在平衡液體內部的物體曲面上所受的力4.潛體（浮體）平衡的兩個條件(三) 考核知識點1. 流體靜壓力的兩個特征2. 靜力學基本方程式3. 靜止流體作用在平面上的總壓力的大小及作用點4. 靜止流體作用在曲面上的總壓力的大小和方向(四) 考核要求1.識記（1）記住流體靜壓力的特性（2）記住靜力學基本方程式（3）記住靜止流體作用在平面上的總壓力計算公式及作用點確定公式（4）記住靜止流體作用在曲面上的總壓力計算公式和方向的確定2.理解：（1）理解流體平衡方程式的建立及其積分過程（2）理解靜力學基本方程式的幾何意義和物理意義（3）理解流體靜壓力的表示方法（4）理解流體靜壓力的測量方法（5）理解等加速水平運動及等角速旋轉容器中流體的相對平衡（6）理解物體在液體中的潛浮原理3.簡單應用（1）會用靜力學基本方程解決實際問題（2）會用靜止流體作用在平面上的總壓力計算公式進行實際問題的計算（3）會用靜止流體作用在曲面上的總壓力計算公式進行實際問題的計算4.綜合應用（1）綜合運用靜力學基本方程及總壓力計算公式求解實際問題第三章 流體運動學（8學時）(一)學習目標流體運動學研究的是流體的運動規律，而不牽涉力的問題。了解拉格朗日法、歐拉法等研究流體運動的方法，以及幾種不同的流動，掌握流體運動連續性方程。(二)課程內容第一節 研究流體運動的兩種方法（1學時）1.拉格朗日法2.歐拉法第二節 流動的分類（1學時）1.分類2.穩定流動3.不穩定流動4.一元、二元和三元流動第三節 跡線與流線（1學時）1.跡線2.流線3.流線的特征4.流線方程第四節 流管 流束 流量（1學時）1.流管2.流束3.總流4.有效斷面5.流量第五節 連續性方程（2學時）1.空間運動的連續性方程第六節 流體微團運動的分析（2學時）1.流體微團的運動2.幾種運動形式的特點3.三元流場中流體微團運動的基本關系式(三) 考核知識點1.基本概念2.流線的特征3.一元流動及空間運動的連續性方程4.微團運動的特點(四) 考核要求1.識記（1）記住各基本概念（2）記住流動的分類（3）記住流線的特征（4）記住一元流動及空間運動的連續性方程（5）記住微團運動的特點2.理解（1）理解拉格朗日法和歐拉法的含義（2）理解微團運動中的各個變化過程3. 簡單應用（1）會用一元流動及空間運動的連續性方程判斷某種流動是否連續（2）會用微團運動判斷某種運動具有哪幾種微團運動特征（3）會用微團運動求解某種類型旋轉運動的旋轉角速度4.綜合應用（1）綜合運用一元流動和空間運動的連續性方程判斷某種流動的連續性（2）綜合運用微團運動理論判斷某種運動具有哪幾種微團運動特征（3）綜合運用微團運動計算某種類型旋轉運動的旋轉角速度第四章 流體動力學（12學時）(一)學習目標本章將在理想流體動力學的基礎上，研究實際流體動力學。通過對本章的學習了解理想流體運動的微分方程，重點掌握伯努利方程式，能夠熟練運用伯努利方程解決水力學問題。(二)課程內容第一節 理想流體運動的微分方程式（2學時）1. 理想流體運動的微分方程式2. 理想流體運動的微分方程式的物理意義第二節 理想流體的伯努利方程式（2學時）1理想流體的伯努利方程式2理想流體的伯努利方程式它的應用條件第三節 實際流體總流的伯努利方程（2學時）1.總流的伯努利方程2.緩變流第四節 泵對液流能量的增加（1學時）1.泵的排量2.泵的輸出功率第五節 系統與控制體（1學時）1.系統2.控制體3.控制面第六節 動量方程及其應用（2學時）1.穩定流動量方程2.穩定流動量方程的表達式第七節 動量矩方程及其應用（2學時）1.動量矩方程2.動量矩方程的表達式(三) 考核知識點1.理想流體的伯努利方程式2.水頭線的繪制3.泵對液流能量的增加4.動量方程(四) 考核要求1.識記（1）記住伯努利方程（2）記住水頭線的繪制方法（3）記住泵對液流能量的增加（4）記住動量方程2. 理解（1）理解理想流體運動的微分方程式的建立（2）理解實際流體總流的伯努利方程3. 簡單應用（1）會用伯努利方程解決實際問題（2）會用泵對液流能量的增加原理求解水力學問題4. 綜合應用（1）綜合運用伯努利方程解決實際問題（2）綜合運用所學知識能夠熟練繪制水頭線第五章 量綱分析與相似原理（5學時）(一)學習目標求解流體問題會遇到很多難以克服的困難，因而不得不采用其它的分析途徑和實驗方法來解答流體力學的問題。量綱分析和相似原理就是指導分析和實驗的重要方法。通過量綱分析和相似原理還可以幫助尋求物理量之間的聯系，建立關系式的結構。(二)課程內容第一節 量綱分析（2學時）1.量綱2.量綱的一般表示形式3.無量綱量4.無量綱數的特點5.量綱和諧原理6.量綱分析的方法第二節 相似原理（2學時）1.流動相似3.幾何相似4.運動相似5.動力相似6.重力相似準則 7.粘滯力相似準則 8.壓力相似準則 9.準數方程：把描述相似流動的微分方程改寫成無量綱準數之間的關系式，稱為準數方程。第三節 模型實驗（1學時）1.雷諾模型 2.弗勞德模型(三) 考核知識點1.量綱的表示方法2.無量綱數的特點3.量綱和諧原理4.應用瑞利法做量綱分析5.應用定理做量綱分析6.相似準則(四) 考核要求1.識記（1）記住無量綱數的特點（2）記住量綱和諧原理（3）記住應用瑞利法做量綱分析的過程（4）記住應用定理做量綱分析的過程（5）記住相似準則2. 理解（1）理解瑞利法的推導過程（2）理解定理的推導過程（3）理解準數方程的建立過程3. 簡單應用（1）會用量綱分析將有量綱量化成無量綱量（2）會用瑞利法做量綱分析（3）會用定理做量綱分析的過程4. 綜合應用（1）綜合運用瑞利法和相似準則對實際模型做量綱分析（2）綜合運用定理和相似準則對實際模型做量綱分析（3）綜合運用相似準則指導實驗第六章 粘性流體的流動及其阻力（10學時）(一)學習目標本章主要研究真實流體由于粘性所造成的流動阻力、能量損失等問題。通過對本章的學習，應該掌握對流體流動的雷諾數的計算，以及流體流動過程中沿程水頭損失、局部水頭損失的計算。(二)課程內容第一節 粘性流體的運動方程（2學時）1.應力2.切應力3.法向應力4.切應力與應變率的關系5.法向應力與應變率的關系6.粘性流體中的壓力第二節 管路中流動阻力產生的原因及分類（1學時）1.沿程阻力2.沿程水頭損失3.局部阻力4.局部水頭損失5.全程水頭損失6.水力半徑7.水力半徑的特性第三節 兩種流態及轉化標準（1學時）1.層流狀態2.紊流狀態3.臨界狀態4.臨界速度5.雷諾數第四節 圓管中的層流運動（1學時）1.圓管層流的速度分布公式2.圓管層流沿程水頭損失第五節 實際流體的紊流運動（2學時）1.瞬時速度2.時均速度3.脈動速度4.層流底層厚度 第六節 圓管紊流的沿程水頭損失（1學時）1常用計算水力摩阻的經驗公式第七節 局部水頭損失（2學時）1.產生局部水頭損失的原因2.圓管突然擴大局部水頭損失3.局部水頭損失公式(三) 考核知識點1.基本概念2.雷諾數的計算3.圓管中的層流運動4.圓管紊流的沿程水頭損失5.局部水頭損失(四) 考核要求1.識記（1）記住雷諾數的計算及兩種流態的判定標準（2）記住圓管層流沿程水頭損失的計算（3）記住圓管紊流沿程水頭損失的計算（4）記住圓管突然擴大、縮小局部水頭損失的計算2. 理解（1）理解粘性流體運動方程的建立（2）理解廣義牛頓定率3.簡單應用（1）會用雷諾數公式計算并判斷層流與紊流（2）會用公式計算圓管紊流的沿程水頭損失（3）會用公式計算局部水頭損失4.綜合應用（1）綜合運用公式計算雷諾數并區分層流和紊流（2）綜合運用公式計算圓管紊流的沿程水頭損失（3）綜合運用公式計算局部水頭損失第七章 有壓管流、孔口及管嘴出流（4學時）(一)學習目標本章討論工程實際中常見的有壓管流、孔口出流及管嘴出流等問題，通過對本章的學習，應該能夠運用所學的知識解決其水力計算及管路系統的設計。(二)課程內容第一節 穩定有壓管流的水力計算（2學時）1.有壓管流2.簡單管路3.長管4.短管5. 串聯管路的特點6.分支管路與匯合管路7.并聯管路第二節 不穩定有壓關流的水力計算（1學時）1.不穩定流2.水擊第三節 孔口和管嘴的水力計算（1學時）1.自由出流2.淹沒出流3.定水頭出流4.管嘴(三) 考核知識點1.基本概念2.串聯管路水力計算3.并聯管路水力計算4.分支管路與匯合管路水力計算5.孔口和管嘴的水力計算(四) 考核要求1.識記（1）記住串聯管路水力計算公式（2）記住并聯管路水力計算公式（3）記住分支管路與匯合管路水力計算公式（4）記住孔口和管嘴的水力計算方法2. 理解（1）理解一元不穩定流動基本方程（2）理解水擊現象（3）理解水擊壓力計算3.簡單應用（1）會用串聯管路水力計算公式進行水力計算（2）會用并聯管路水力計算公式進行水力計算（3）會用孔口和管嘴的水力計算公式進行水力計算4.綜合應用（1）綜合運用串聯管路水力計算公式進行水力計算（2）綜合運用并聯管路水力計算公式進行水力計算（3）綜合運用孔口和管嘴的水力計算公式進行水力計算第八章 理想不可壓縮流體平面流動（8學時）(一)學習目標本章主要是一元流體方法解決有關管流的問題，其特征是以斷面平均流速描述流體運動，以使問題簡化。通過對本章的學習，理解物體影響流體的運動，引起流動速度的變化以及流場中壓力分布的變化；同時流體也會對被繞流體的物體產生作用力。(二)課程內容第一節 有勢流動和有旋流動（1學時）1.有勢流動2.渦流第二節 平面勢流（2學時）1.平面流動2.勢函數3.流函數4.勢函數和流函數之間的關系第三節 勢流的疊加原理（2學時）1.源環流動：2.匯環流動：3.偶極流第四節 平行流繞圓柱體無環流動（2學時）1.作用在圓柱面上的總壓力：第五節 平行流繞圓柱體有環流動（1學時）1.作用在圓柱體表面上的總壓力 (三) 考核知識點1.基本概念2.勢函數3.流函數4.勢函數與流函數之間的關系5.勢流的疊加原理(四) 考核要求1.識記（1）記住勢函數的表達式（2）記住流函數的表達式（3）記住勢函數與流函數之間的關系（4）記住勢流的疊加原理2. 理解（1）理解有勢流動、有旋流動（2）理解源環流動、匯環流動及偶極流（3）理解平行流繞圓柱體無環流動和有環流動3.簡單應用（1）會用勢函數進行水力計算（2）會用流函數進行水力計算（3）會用勢流的疊加原理4.綜合應用（1）綜合運用勢函數表達式進行水力計算（2）綜合運用流函數表達式進行水力計算（3）綜合運用勢函數的疊加原理解決水力學問題第九章 附面層基礎（7學時）(一)學習目標附面層理論為流體力學開創了一個新的領域，有力的推動了流體力學學科的發展和完善，附面層理論日趨成熟。本章將簡單地介紹有關附面層的基本概念，基本方程和積分解法。(二)課程內容第一節 附面層的基本概念（1學時）1.附面層2.附面層厚度3.位移厚度 第二節 二元不可壓縮流體附面層的微分方程（2學時）1.沿平面的二元不可壓縮流體附面層的基本方程第三節 平壁面層流附面層的不拉休斯解（2學時）1.繞流平板的層流附面讀者居層方程2.邊界條件第四節 動量積分關系式夢軒閣解法（2學時）1.附面層動量積分關系式2.平板上層流附面層的計算(三)考核知識點1.附面層的基本概念2.動量關系式解法(四) 考核要求1.識記（1）記住附面層的基本概念（2）記住動量關系式解法2. 理解（1）理解二元不可壓縮流體附面層的微分方程（2）理解平壁面層流附面層的不拉休斯解（3）理解曲壁附面層的分離四、學習教材和主要參考書教材：工程流體力學,崔海清編著，石油工業出版社 1995年9月1版。參考書：工程流體力學,袁恩熙編著，石油工業出版社 1986年出版。水力學，陳家瑯編著，石油工業出版社 1980年出版。五、有關說明與實施要求（一） 關于“課程內容與考核目標”中有關提法的說明 在本大綱的“考核知識點與考核要求”中，對各個知識點按四個能力層次（“識記”、“領會”、“簡單應用”、“綜合應用”）分別提出要求，這些層次之間具有遞進等關系。四個能力層次的含義：識記：要求能夠識別和記憶本課程中規定的有關知識點的主要內容（如定義、定理、定律、表達式、公式、原則、重要結論、方法、步驟及特征、特點等），并能根據考核的不同要求，做出正確的表述、選擇和判斷。領會：要求能夠領悟和理解本課程中規定的有關知識點的內涵和外延，熟悉其內容要點和它們之間的聯系，并能根據考核的不同要求，做出正確的解釋、說明和論述。簡單應用：要求能夠運用本課程中規定的少量知識點，分析和解決一般應用問題。如簡單的計算、繪圖和分析、論證等。綜合應用：要求能夠運用本課程中規定的多個知識點，分析和解決較復雜的應用問題。如簡單計算、繪圖、簡單設計、編程和分析、論證等。（二） 自學方法指導 本課程是一門基礎知識與應用技能并重的課程，因而在學習方法上也有其自身的特點。概括地說就是：對基本概念性的知識要弄清楚，對基本應用的操作要上機反復練習，對書中的習題要認真獨立完成，還要注意歸納總結，勤做筆記，以鞏固所學知識。在學完全部內容之后可再做一些綜合練習，以使自己的操作技能得到進一步提高。 為了幫助大家提高自學效果，以下幾點方法可供參考：1、 學習過程中要始終結合本大綱來學，在閱讀教材的每一章內容之前，應先參看考試大綱中的這一章的知識點和學習要求，了解重點和難點以及對各知識點的能力層次的要求，能做到自學起來心中有數，從而能把握住學習內容的輕重和自學進度。2、 讀教材時要循序漸進，先粗讀后細讀。對大綱指出的重點要精讀，吃透每一個知識點；對概念性的知識要深刻理解；對基本操作方法要熟練掌握并融會貫通。3、 本課程是一門實踐性很強的課程，因此，在學習過程中要實踐，通過實踐加深對教材內容的理解，提高學習效率。4、 認真完成書中的習題有助于理解、消化、掌握和鞏固所學的知識。應做到每一章學習結束后，章末的習題都能獨立、正確、熟練地完成。5、遇到疑難問題如果一時無法解決但不影響后續內容學習的可以暫擱一擱，之后可以利用社會助學或考前輔導之際得解決，也可找同學商量，集思廣益，進行討論。6、學習時要注意歸納、總結和比較，以求對知識點的融會貫通。（三）對社會助學的要求1、 應以本大綱的制定的教材為基礎、本大綱為依據進行輔導，不能隨意增刪內容或更改要求。2、 應熟知本大綱對課程所提出的總的要求和各章的知識點，正確把握各知識點要求達到的層次，深刻理解對各知識點的考核要求。3、 應對學習方法進行指導，提倡“仔細閱讀教材，認真完成習題；主動獲取幫助，依靠自己學通”的學習方法。4、 應注意對考生自學能力的培養，引導考生逐步學會獨立學習、獨立思考、獨立操作。在自學過程中要學會自己提出問題，經過分析自己做出判斷，從而解決問題。5、 本課程共4學分。因此應注意對考生實際操作能力的培養，不能簡單地僅幫助考生解決