一、课程中文名称：流体力学

二、课程英文名称：Engineering Hydrodynamics

三、课程编码：ZB0650325

四、课程性质：专业基础课（必修）

五、学时数、学分数、开课学期40学时，2.5学分，第5学期

六、课程目的与要求：

课程目的：掌握流体力学的基本理论、基本计算方法、基本实验技能以及在工程实际中的初步应用。通过该课程的学习使员工初步具备分析和解决实际流体力学问题的能力，并为学习后续专业课程、从事专业技术工作和进行科学研究打下良好的基础。

课程要求∶员工应达到下列基本要求：

1．具有一定的理论基础。正确理解流体力学的基本概念。掌握连续性方程、能量方程、动量方程的应用。掌握水流运动的分析方法。认识量纲分析与实验的关系。

2．对工程中的一般流体问题具有分析和计算的能力。

3．掌握一定的实验技能与方法，具有测量运动参数、分析实验数据和编写实验报告的能力。

七、本课程与其它课程的联系：

先修课程：高等数学、普通物理、理论力学、材料力学等。

后续课程：流体输配管网、给排水工程等

八、教学方法：课堂教学和实验教学相结合：

本课程采用理论分析与实验验证相结合的研究方法，用图较多，且涉及很多流动现象及工程实践，故采用多媒体的教学手段，以课堂讲授为主，辅以实验教学。

九、考核方法：

考试为期末笔试形式，考试内容尽量避免死记硬背型，给员工更多的思考或想象空间。

考题设计：考试题大体可分为5种类型：概念型题、证明型题、叙述型题、做图型题、计算型题，重点考察员工对基本概念、基本公式、基本计算方法的掌握和应用。

成绩评定：成绩为百分制。考试内容覆盖全部授课内容。课程重点内容约占全部考试内容的80～90%，基本理论与基本概念约占考试内容的50%，计算部分约占考试内容的50%。

期末成绩评定参考平时作业，未完成作业者，不许参加期末考试。

实验课结果也将不同程度地记入期末成绩。   

十、选用教材参考书目：

教材：《流体力学》        施永生 徐向荣 主编 科学出版社

参考书：

1.《流体力学》刘鹤年主编，中国建筑工业出版社

2.《工程流体力学》孙文策主编 大连理工大学出版社

3.《工程流体力学》闻德荪主编，高等教育出版社

4.《水力学》吴持恭主编，高等教育出版社

十一、教学进程安排表：

十二、主要教学内容、重点和难点：

第一章 绪 论

一、学习目的：

目的：使员工了解流体力学的任务及应用领域，掌握流体的连续介质理论和流体的主要物理力学性质以及作用在流体上的力的两种形式。本章计划2学时。

基本要求：掌握流体的连续介质模型、流体的主要物理性质：易流动性、密度与重度、粘性与理想流体模型、压缩性与不可压模型、表面张力特性、汽化压强特性；

二、课程内容：

第一节 工程流体力学的任务及发展史

了解工程流体力学的任务及发展史

第二节 连续介质假定

掌握流体的流体质点和连续介质模型

第三节 液体的基本特性

掌握流体的基本特性：流体的受力特点和易流动性；

第四节 流体的主要力学性质

（1）密度与重度

（2）粘性与理想流体模型

（3）压缩性与不可压模型

（4）表面张力特性

（5）汽化压强特性

第五节 作用在流体上的力

掌握作用在流体上的力的两种形式：质量力与表面力

三、本章教学内容的重点和难点：

（一）教学重点：流体的连续介质模型、密度与重度、粘性与理想流体模型、牛顿内摩擦定律、压缩性与不可压模型、质量力与表面力

（二）教学难点：连续介质模型、牛顿内摩擦定律、质量力与表面力

本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题：

（三）教学手段及教学环节：讲授、观看录像

第二章 水静力学

一、学习目的

目的：使员工理解静水压强的特性、液体平衡微分方程，掌握水静力学的基本方程、液柱式测压计的基本原理，最终能熟练计算作用在平面、曲面上的静水总压力。本章计划6学时。

二、本章教学内容：

第一节 静水压强及其特性

（1） 静水压强

（2） 静水压强的特性

第二节 液体的平衡微分方程

（1） 液体平衡微分方程一般式

（2） 综合式

第三节 重力场的液体平衡

（1） 水静力学的基本方程

（2） 静水压强分布规律

第四节 静水压强的计算与测量

（1） 绝对压强

（2） 相对压强

（3） 真空度

（4） 压强的计量单位

（5） 测量压强的仪器：测压管、U形测压计

（6） 测量压强的仪器：差压计

（7） 静水压强分布图

第五节 液体的相对平衡

（1） 等加速直线运动

（2） 等角速旋转运动

第六节 作用在平面上的静水总压力

（1） 图解法

（2） 解析法

（3） 例题分析

第七节 作用在曲面上的静水总压力

（1） 水平分力

（2） 垂直分力

（3） 压力体

（4） 例题分析

三、本章教学内容的重点和难点：

（一）教学重点：静水压强的特性、液体平衡微分方程、液体的相对平衡、水静力学的基本方程、液柱式测压计、作用在平面、曲面上的静水总压力。

（二）教学难点：液体平衡微分方程、液体的相对平衡、差压计、作用在平面、曲面上的静水总压力。

（三）教学手段及教学环节：

教学方式：讲授——提问——讲授——习题

注意问题：概念、原理、计算方法的理解、记忆，复习高等数学中的泰勒公式、理论力学中的合力之矩原理、材料力学中的静面矩、惯性矩。

第三章 水动力学理论基础

一、学习目的

目的：使员工理解连续性微分方程、理想液体运动微分方程、实际流体的运动微分方程，掌握恒定总流连续性方程、理想液体元流的能量方程与实际液体总流的能量方程、恒定总流动量方程以及恒定平面势流。本章计划12学时。

二、本章教学内容：

第一节 描述液体质点运动的两种方法

（1） 欧拉法

（2） 拉格朗日法

第二节 流线、迹线、流管、流束、元流、过流断面、断面平均流速

（1） 流线与迹线

（2） 流管、流束、元流

（3） 流量

（4） 过流断面

（5） 断面平均流速。

第三节 流动分类

（1） 恒定流与非恒定流

（2） 均匀流与非均匀流

（3） 一元流与二元流、三元流

（4） 有压流与无压流、射流

第四节 液体微团运动的基本形式

（1） 微团的四种运动形式

（2） 速度分解定理

第五节 有涡流与无涡流

（1） 有涡流

（2） 无涡流

第六节 液体连续性微分方程

（1） 液体连续性微分方程

第七节 恒定总流连续性方程

（1） 恒定元流连续性方程

（2） 恒定总流连续性方程。

第八节 理想液体运动微分方程

（1） 理想液体的特点

（2） 理想液体运动微分方程

（3） 理想液体的能量方程

（4） 理想液体能量方程的应用（比托管）

第九节 实际液体运动微分方程

(1） 实际液体的特点

(2） 实际液体微团应力分析（本构关系）

(3） 实际液体的运动微分方程。

第十节 恒定元流伯诺里方程

（1） 恒定元流伯诺里方程

（2） 恒定元流伯诺里方程的意义

（3） 总水头线与测验管水头线

（4） 水力坡度

第十一节 恒定总流伯诺里方程

（1） 均匀流与渐变流的压强分布规律

（2） 恒定总流伯诺里方程（即能量方程）

（3） 能量方程各项意义

（4） 能量方程的应用条件与注意事项

（5） 能量方程的应用（文丘里管）：例题分析（一）

（6） 能量方程的推广（有分流的能量方程与水泵）：例题分析（二）

第十二节 恒定气体伯诺里方程

（1）恒定不可压气体的伯诺里方程

第十三节 恒定总流动量方程

（1） 恒定元流动量方程

（2） 恒定总流动量方程。

（3） 动量方程适用条件

（4） 动量方程的解题要点与步骤

（5） 例题分析（一）

第十四节 恒定总流动量方程

（1）恒定总流动量方程： 例题分析（二）

第十五节 恒定平面势流

（1） 势流函数的性质

（2） 流函数的性质

（3） 势函数与流函数的关系

（4） 流网

（5） 复合势流

三、本章教学内容的重点和难点：

（一）教学重点：连续性微分方程，理想液体运动微分方程，实际流体的运动微分方程，恒定总流连续性方程，理想液体元流的能量方程与实际流体总流的能量方程、恒定总流动量方程以及恒定平面势流。

（二）教学难点：连续性微分方程，实际液体的运动微分方程，实际液体总流的能量方程、恒定总流动量方程以及恒定平面势流。

（三）教学手段及教学环节

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

第四章 相似原理与量纲分析

一、本章的教学目的及基本要求：

目的：使员工掌握流动相似的基本概念，动力相似准则及理解模型设计的基本方法，能应用量纲的和谐原理进行量纲分析。本章计划。

二、本章的教学内容：

第一节 流动相似的基本概念

（1） 几何相似

（2） 运动相似

（3） 动力条件相似

（4） 初始条件与边界条件相似

第二节 相似准则

（1） 牛顿相似准则

（2） 重力相似准则

（3） 粘性力相似准则

（4） 压力相似准则

（5） 弹性力相似准则

（6） 表面张力相似准则

第三节 模型实验

（1） 雷诺模型

（2） 佛汝德模型

第四节 量纲分析的概念和量纲和谐原理

（1） 量纲与单位

（2） 量纲和谐原理

第五节 量纲分析

（1） 瑞利法

（2） 定理

（3） 例题分析

三、本章教学内容的重点和难点：

（一）教学重点：重力相似准则、粘性力相似准则，模型设计；量纲的和谐原理，瑞利法与 定理。

（二）教学难点：动力相似准则，量纲分析：瑞利法与 定理

（三）教学手段及教学环节：

教学方式：讲授——提问——讲授——习题

注意问题：物理量的量纲单位的记忆；注意观察实际工程的模型实验。

第五章 流动阻力与水头损失

一、本章的教学目的及基本要求：

目的：使员工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，掌握沿程损失、局部损失的分析和计算方法。本章计划11学时。

二、本章的教学内容：

第一节 流动阻力与水头损失的两种型式

（1） 流动阻力的两种型式

（2） 水头损失的两种型式

第二节 实际液体的两种流动状态

（1） 雷诺实验

（2） 实际液体的两种流动状态：层流与紊流

（3） 流动型态的判别标准

第三节 均匀流动的基本方程

（1） 均匀流动的基本方程

（2） 均匀流动沿程水头损失

第四节 圆管中的层流运动

（1） 圆管中的层流运动的流速分布

（2） 切应力分布

（3） 水头损失

第五节 紊流的特征及紊流切应力

（1） 紊流的特征：时均性与脉动性

（2） 紊流切应力：普朗特混掺长度理论

第六节 圆管中的紊流

（1） 紊流的形成

（2） 圆管紊流的组成

（3） 水力光滑与水力粗糙

第七节 圆管中沿程阻力系数的变化规律及影响因素

（1） 尼古拉兹分区及沿程阻力系数的影响因素

（2） 尼古拉兹紊流沿程损失的半经验公式

（3） 紊流沿程损失的经验公式

（4） 例题分析

第八节 局部损失

（1） 局部损失形成原因

（2） 局部损失的分析

（3） 突然扩大的局部损失

第九节 边界层概念及绕流阻力

（1） 边界层概念

（2） 边界层分离现象

（3） 绕流阻力。

三、本章教学内容的重点和难点：

（一）教学重点：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。

（二）教学难点：圆管层流与紊流的流速分布，紊流沿程阻力系数的计算。

（三）教学手段及教学环节

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。

第六章 孔口、管嘴出流、有压管路

一、本章的教学目的及基本要求

目的：使员工了解恒定孔口出流、管嘴出流、非恒定孔口管嘴出流的流量计算公式；掌握短管、简单长管、串联并联长管、沿程泄流、枝状管网的水力计算方法，理解环状管网的水力计算原理与方法，理解有压管路中水击产生的原因。本章计划6学时。

二、本章的教学内容：

第一节 恒定孔口出流

（1） 孔口出流的分类

（2） 薄壁小孔口的自由出流

（3） 薄壁小孔口的淹没出流

（4） 流量系数的影响因素

第二节 恒定管嘴出流

（1）恒定管嘴出流分类

（2）恒定管嘴出流

（3）恒定管嘴出流真空计算

第三节 非恒定孔口管嘴出流

（1）非恒定孔口管嘴出流

第四节 有压管流概述

（1）短管与长管的分类

第五节 短管的水力计算 自学

第六节 长管的水力计算

（1） 简单长管的水力计算

（2） 串联长管的水力计算

（3） 并联长管的水力计算

（4） 沿程泄流的水力计算

（5） 例题分析

第七节 管网的水力计算

（1） 枝状管网的水力计算原理

（2）枝状管网的水力计算例题分析

（3） 环状管网的水力计算原理

第八节 有压管路中的水击

（1） 水击现象与产生的原因

（2） 有压管路中的水击的形成过程

（3） 直接水击压强

（4） 间接水击压强

（5） 水击压强防止措施

第九节 闸孔出流

（1）闸孔出流的水力计算

三、本章教学内容的重点和难点：

（一）教学重点：恒定孔口出流、管嘴出流；短管、简单长管、串联并联长管、沿程泄流、枝状管网的水力计算；环状管网的水力计算原理与方法；有压管路中水击产生的原因

（二）教学难点：串联并联长管、沿程泄流、枝状管网的水力计算；环状管网的水力计算原理与方法；直接水击压强与间接水击压强

（三）教学方式及教学环节

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。