1、流體力學教學大綱一、基本信息 課程名稱流體力學課程編號ENSE3113英文名稱Fluid Mechanics課程類型專業基礎課總學時54理論學時54實驗學時0實踐學時0學分3預修課程高等數學，大學物理，工程力學適用對象環境工程課程簡介課程的主要內容包括流體靜力學，流體動力學，量綱分析與相似原理，流動阻力和能量損失，有壓管流，明渠均勻流，孔口管嘴閘孔出流和堰流，滲流等。學生通過該課程的學習，掌握流體的基本力學性質；理解外力作用下，流體的靜止與運動規律；掌握流體與邊界的相互作用。課程的學習將有利于數理、力學基礎知識的鞏固與提高，培養分析、解決實際問題的能力，為后續專業課程學習及環境工程實踐奠定基礎

2、。二、教學目標及任務  “流體力學”作為環境工程專業的專業基礎課，是連接前期基礎課程和后續專業課程的橋梁。學生通過該課程的學習，掌握流體的基本性質，流體靜止與運動的規律及流體與邊界的相互作用、明渠流、管流、堰流等知識，具備流體計算（水力計算）的基本技能，為解決環境工程專業中的相關流體力學問題奠定基礎。本課程支撐環境工程專業畢業要求1、2、3、4、5和6。三、學時分配 教學課時分配章節章節內容講課實驗實踐合計緒論工程流體力學的任務及研究對象；流體的主要物理力學性質；作用在流體上的力；流體力學的研究方法33第一章流體靜力學99第二章流體動力學基礎99第三章量綱分析與相似原理33

3、第四章流動阻力和能量損失99第五章有壓管流66第六章孔口管嘴閘孔出流和堰流66第七章明渠均勻流66第八章滲流33合計5454四、教學內容及教學要求 緒論第一節 流體力學的任務和發展簡史第二節 連續介質假定與流體的主要物理性質1. 連續介質假設2. 流體的主要物理性質習題要點：牛頓內摩擦定律的理解與應用第三節 作用在流體上的力習題要點：質量力與表面力的概念第四節 流體力學的研究方法本章重點、難點：黏性、牛頓內摩擦定律、質量力、表面力、連續介質概念。本章教學要求：了解流體力學的發展簡史，了解本課程在專業及工程中的應用；掌握流體主要物理性質，特別是黏性和牛頓內摩擦定律；理解作用在流體上的力

4、；掌握連續介質、不可壓縮流體及理想流體的概念；了解研究流體運動規律的一般方法。第一章 流體靜力學第一節 流體靜壓強特性第二節 流體平衡微分方程1. 流體平衡微分方程2. 流體平衡微分方程的積分3. 等壓面習題要點：流體平衡微分方程的推導第三節 流體靜力學基本方程1. 流體靜力學基本方程2. 壓強的表示方法3. 測壓計習題要點：流體靜力學基本方程的應用，壓強表示與計算第四節 液體的相對平衡1. 液體的相對平衡2. 液體的相對平衡在生產中的應用習題要點：等壓面方程，壓強分布規律第五節 作用在平面上的液體總壓力1. 圖解法2. 解析法習題要點：平面靜水總壓力的計算第六節 作用在曲面上的液體總壓力習題

5、要點：曲面靜水總壓力的計算本章重點、難點：靜壓強及其特性，點壓強的計算，靜壓強分布圖，壓力體圖，作用于平面 壁和曲面壁上的液體總壓力，流體平衡微分方程的建立與應用。本章教學要求：理解流體靜壓強的概念；掌握靜水壓強的特性，壓強的表示方法及計量單位；掌握流體微分方程及其物理意義；掌握液柱式測壓儀的基本原理；熟練掌握平衡流體靜壓強的分布規律及點壓強的計算方法；掌握作用于平面壁和曲面壁上的液體總壓力的計算。第二章 流體動力學基礎第一節 描述流體運動的二種方法1. 拉格朗日法2. 歐拉法3. 流線 跡線 脈線習題要點：流線與跡線方程求解第二節 描述流體運動的概念習題要點：掌握流體運動的概念第三節 流體運

6、動的類型習題要點：掌握流體運動類型及其特性第四節 流體運動的連續性方程1. 流體運動的連續性微分方程2. 總流的連續性方程3. 流體流量的測量習題要點：連續性方程推導與應用；流量計的類型及原理第五節 流體微元運動的基本形式1. 流體微元運動形式的分析2. 速度分解定理習題要點：流動線變率、角變率、角轉速計算第六節 無渦流和有渦流習題要點：流動無渦與有渦的判別第七節 理想流體運動微分方程1. 歐拉運動微分方程2. 葛羅米柯（蘭姆）運動微分方程習題要點：運動微分方程的推導第八節 理想流體元流能量方程1. 理想流體運動微分方程的積分. 元流的伯努利方程2. 功能原理推導理想流體元流伯努利方程3. 理

7、想流體元流伯努利方程的物理意義和幾何意義4. 皮托管習題要點：皮托管的應用第九節 實際流體的運動微分方程1. 以應力表示的實際流體的運動微分方程2. 流體質點的應力狀態3. 實際流體的運動微分方程-納維-斯托克斯方程習題要點：運動微分方程的推導第十節 實際流體總流的伯努利方程1. 漸變流過水斷面上動水壓強的分布規律 2. 恒定總流能量方程3. 總流能量方程的應用條件和應用方法4. 文丘里管習題要點：總流能量方程的應用第十一節 總流的動量方程1. 總流的動量方程2. 總流動量方程的應用條件和應用方法習題要點：總流動量方程的應用本章重點、難點：跡線與流線，流體流動的基本概念，無旋流與有旋流，連續性

8、方程、伯努利方程、動量方程及其應用。本章教學要求：了解描述流體運動的兩種方法，建立以流場為對象的描述流體運動的概念；了解流體微團運動的基本形式，理解有勢流動和有旋流動，能判別有渦流與無渦流；了解流體運動的微元分析法；掌握理想流體運動微分方程及其伯努利積分；了解納維 斯托克斯方程及其各項的物理意義；掌握流體運動的總流分析法，能綜合運用連續性方程、總流能量方程和動量方程計算總流問題。第三章 量綱分析與相似原理第一節 量綱分析1. 量綱和單位2. 量綱和諧原理3. 瑞利法4. 定理習題要點：定理的應用第二節 流動相似的概念1. 幾何相似2. 運動相似3. 動力相似4. 初始條件與邊界條件相似5. 牛

9、頓一般相似原理習題要點：相似概念的理解第三節 相似準則1. 重力相似準則2. 粘滯力相似準則3. 壓力相似準則4. 相似準則5. 表面張力相似準則習題要點：相似準則的應用第四節 準數方程習題要點：準數方程概念理解第五節 模型試驗1. 雷諾模型2. 弗勞德模型習題要點：原型與模型的轉換本章重點、難點：量綱分析法，相似原理，相似準則。本章教學要求：理解相似的概念、相似準則和對實驗的指導意義；掌握量綱分析方法及其初步運用；了解模型實驗方法及內容。第四章 流動阻力和能量損失第一節 流動的2種流動形態層流和湍流1. 雷諾實驗層流和湍流2. 流態的判別準則臨界雷諾數習題要點：流態的判別第二節 恒定均勻流基

10、本方程沿程損失的表示式1. 均勻流基本方程2. 沿程損失的普遍表示式習題要點：均勻流基本方程推導，切應力分布第三節 層流沿程損失的分析和計算習題要點：沿程阻力損失的計算第四節 湍流理論基礎1. 層流向湍流的轉變2. 湍流的脈動與時均法3. 湍流的基本方程雷諾方程4. 湍流的半經驗理論5. 粘性底層.光滑壁面.粗糙壁面習題要點：湍流理論理解第五節 湍流沿程損失的分析和計算1. 尼古拉茲實驗2. 湍流光滑區沿程阻力系數的確定3. 湍流粗糙區沿程阻力系數的確定4. 實用管道沿程阻力系數的確定5. 非圓形管道沿程損失的計算6. 計算沿程損失的經驗公式習題要點：沿程損失的計算第六節 局部損失的分析和計算

11、1. 局部損失的分析2. 局部損失的計算習題要點：局部損失的計算本章重點、難點：雷諾數及流態判別，圓管層流運動規律，沿程阻力系數的確定，沿程損失和局部損失計算。本章教學要求：了解流動阻力和水頭損失的分類；雷諾實驗過程及層流、紊流的流態特點，熟練掌握流態判別標準；了解沿程水頭損失與切應力的關系；掌握圓管過流斷面上的流速分布、水頭損失與平均流速的關系，沿程阻力系數與雷諾數的關系；了解紊流脈動與時均化，紊動附加切應力，混合長度理論；掌握阻力系數的確定方法；掌握管路沿程損失和局部損失的計算；了解邊界層概念，邊界層的分離，繞流阻力。第五章 有壓管流第一節 簡單短管中的恒定有壓流1. 自由出流2. 淹沒出

12、流3. 簡單短管中有壓流計算的基本問題和方法習題要點：簡單短管恒定有壓流的計算第二節 簡單長管中的恒定有壓流習題要點：簡單長管恒定有壓流的計算第三節 復雜長管中的恒定有壓流1. 串聯管道2. 并聯管道習題要點：復雜長管恒定有壓流的計算第四節 沿程均勻泄流管道中的恒定有壓流1. 沿程連續均勻泄流2. 沿程多孔口等間距等流量出流習題要點：沿程均勻泄流管道計算第五節 管網中的恒定有壓流計算基礎1. 枝狀管網2. 環狀管網習題要點：枝狀管網計算、環狀管網平差計算本章重點、難點：重點：短管、長管水力計算。本章教學要求：掌握短管(虹吸管、水泵吸水管、有壓涵管等)的水力計算、簡單長管、串聯并聯長管、沿程泄流

13、、枝狀管網的水力計算，理解環狀管網的水力計算的原理與方法，了解有壓管路中水擊產生的原因及危害預防。第六章 孔口、管嘴、閘孔出流和堰流第一節 恒定薄壁孔口出流1. 孔口出流分類2. 薄壁小孔口自由出流3. 薄壁大孔口自由出流4. 薄壁孔口淹沒出流習題要點：孔口出流計算第二節 管嘴出流1. 圓柱形外管嘴出流2. 其他類型管嘴的出流習題要點：管嘴出流流量計算第三節 閘孔出流1. 無底坎閘孔出流流動現象的分析2. 無底坎閘孔自由出流的基本公式3. 無底坎閘孔淹沒出流的基本公式習題要點：閘孔流量的計算第四節 堰流1. 薄壁堰溢流2. 實用堰溢流3. 寬頂堰溢流習題要點：堰流流量計算第五節 水工建筑物下游

14、的水流銜接與消能1. 底流銜接的形式2. 底流銜接的基本關系式3. 消力池簡介習題要點：銜接方式的判別第六節 小橋孔徑的水力計算習題要點：小橋孔徑的水力計算本章重點、難點：實際流體三大方程的應用與各種流動情況下的邊界條件。本章教學要求：掌握孔口、管嘴的基本公式及其應用；掌握閘孔出流、堰流的基本計算方法。第七章 明渠流第一節 恒定明渠均勻流1. 明渠均勻流的特性與其發生條件2. 明渠均勻流基本公式3. 明渠的水力最優斷面和允許流速4. 明渠均勻流水力計算的基本問題和方法習題要點：明渠均勻流水力計算第二節 恒定明渠流的流動型態和若干基本概念1. 緩流和急流2. 微波的波速.弗勞德數3. 斷面單位能

15、量.臨界水深.臨界底坡習題要點：流動形態的判別，概念理解第三節 恒定明渠流流態轉換時的局部水力現象水躍和跌水1. 水躍2. 跌水習題要點：水躍能量損失和水躍長度計算本章重點、難點：明渠的分類，水力計算的內容與方法，均勻流特征，水力最優斷面。本章教學要求：了解明渠流動的特點；掌握水力最優斷面和允許流速的概念，掌握明渠均勻流各類問題的水力計算方法及復式斷面、無壓圓管的水力計算；了解明渠流動狀態；了解水躍和跌水。第八章 滲流第一節 滲流模型習題要點：滲流模型概念理解第二節 滲流基本定律達西定律1. 達西定律2. 達西定律的適用范圍3. 滲透系數及其確定方法習題要點：達西定律的應用本章重點、難點：達西

16、定律、恒定漸變滲流的裘皮依公式。本章教學要求：了解滲流現象、滲流模型，理解滲流達西定律；理解均勻漸變滲流斷面流速均勻分布，了解漸變滲流基本微分方程及浸潤面的概念；掌握地下水漸變滲流的裘皮依公式；掌握井的滲流計算；了解滲流對建筑物安全穩定的影響。五、考核方式及要求  期末閉卷考試（55-60%）、與平時考核（40-45%）相結合。平時成績包括課后作業、課堂討論、出勤等。作業內容以教材中的課后習題為主，通過習題練習，逐步加深對課程中各種概念的理解、熟悉分析和計算方法，達到掌握課程主要內容的目的。期末閉卷考試題型以計算題為主，均為各章應知應會的基本知識點。六、推薦教材及教學參考書 教