《流體力學(xué)》教學(xué)大綱課程英文名FluidMechanics課程代碼B0801Z00學(xué)分4總學(xué)時(shí)64理論學(xué)時(shí)56實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐學(xué)時(shí)8課程類(lèi)別學(xué)科基礎(chǔ)課課程性質(zhì)必修先修課程高等數(shù)學(xué)、物理學(xué)、工程力學(xué)適用專(zhuān)業(yè)工程力學(xué)開(kāi)課學(xué)院計(jì)量測(cè)試工程學(xué)院注：課程類(lèi)別是指公共基礎(chǔ)課/學(xué)科基礎(chǔ)課/專(zhuān)業(yè)課；課程性質(zhì)是指必修/限選/任選。一、課程地位與課程目標(biāo)（一）課程地位流體力學(xué)是研究流體在外力作用下平衡和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一門(mén)學(xué)科，是力學(xué)的一個(gè)分支；是工程力學(xué)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)必修課，是工程力學(xué)專(zhuān)業(yè)本科培養(yǎng)方案中的核心課程，同時(shí)也是機(jī)械、環(huán)境、石油、化工、土木等工程技術(shù)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的主要基礎(chǔ)課，是連接基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課之間的重要橋梁和紐帶。該課程支撐畢業(yè)要求1和畢業(yè)要求2的達(dá)成。畢業(yè)要求1：1-1能將數(shù)學(xué)與自然科學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)用于復(fù)雜工程問(wèn)題的表述中；1-2能將機(jī)、電、算等工程基礎(chǔ)知識(shí)用于描述復(fù)雜工程問(wèn)題；1-3能將工程和專(zhuān)業(yè)知識(shí)用于信息的獲取、處理和解析；1-4能將工程和專(zhuān)業(yè)知識(shí)用于工程力學(xué)相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域中。畢業(yè)要求2：2-1能夠識(shí)別工程力學(xué)問(wèn)題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和參數(shù)；2-2能夠建立復(fù)雜工程問(wèn)題的數(shù)學(xué)或物理模型；2-3能夠運(yùn)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理分析工程力學(xué)領(lǐng)域相關(guān)問(wèn)題，通過(guò)文獻(xiàn)研究來(lái)分析需要解決的問(wèn)題；2-4能夠求解模型或者完成實(shí)驗(yàn)，并獲得有效結(jié)論。（二）課程目標(biāo)課程目標(biāo)1.掌握流體質(zhì)點(diǎn)的概念，進(jìn)而掌握流體連續(xù)介質(zhì)模型假說(shuō)的合理性；掌握流體的流動(dòng)性、可壓縮性、黏滯性、表面張力特性等流體的基本的力學(xué)特性；掌握牛頓流體與非牛頓流體的基本特征和劃分標(biāo)準(zhǔn)。思政目標(biāo)：學(xué)習(xí)我國(guó)科學(xué)家錢(qián)學(xué)森、郭永懷、周培源等，在力學(xué)發(fā)展中的貢獻(xiàn)和愛(ài)國(guó)情懷。課程目標(biāo)2.掌握流場(chǎng)的概念、流動(dòng)的分類(lèi)；掌握描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法，即拉格朗日方法和歐拉法，以及兩種方法的關(guān)系；掌握質(zhì)點(diǎn)導(dǎo)數(shù)的概念及其物理意義；掌握跡線(xiàn)、流線(xiàn)、流管與管流連續(xù)方程，掌握微元流體線(xiàn)、微元流體團(tuán)的變形速率，掌握渦量與有旋流動(dòng)、無(wú)旋流動(dòng)（勢(shì)流）等流體的運(yùn)動(dòng)與變形知識(shí)；掌握流體流動(dòng)的推動(dòng)力、層流與湍流的基本概念、流場(chǎng)邊界對(duì)流動(dòng)的影響、流動(dòng)阻力與阻力系數(shù)的計(jì)算表達(dá)式。思政目標(biāo)：介紹我國(guó)古代著名水利工程，包括鄭國(guó)渠、靈渠、都江堰、它山堰。課程目標(biāo)3.掌握質(zhì)量力、表面力（應(yīng)力與壓力）、靜止流場(chǎng)中的表面力、壓力的表示方法及單位；掌握流體靜力學(xué)基本方程、靜止流場(chǎng)的基本特性；掌握重力場(chǎng)中的靜止流體的壓力分布、U形管測(cè)壓原理、靜止液體中固體壁面的受力、理解靜止液體中物體的浮力與浮力矩；掌握非慣性坐標(biāo)系中的質(zhì)量力，重點(diǎn)掌握直線(xiàn)勻加速運(yùn)動(dòng)和勻速旋轉(zhuǎn)容器中的靜止液體的壓力分布，理解高速回轉(zhuǎn)圓筒內(nèi)流體的壓力分布。課程目標(biāo)4.掌握系統(tǒng)與控制體的基本概念，重點(diǎn)掌握雷諾輸運(yùn)公式的推導(dǎo)及其含義，在此基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒方程，并掌握在一定條件下進(jìn)行簡(jiǎn)化應(yīng)用。思政目標(biāo)：介紹我國(guó)航空航天、航海深潛成果。課程目標(biāo)5.掌握建立流動(dòng)微分方程的基本方法，在此基礎(chǔ)上建立狹縫流和管內(nèi)流動(dòng)的微分方程，在一定條件下求解，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的分析。了解降膜流動(dòng)的分析方法。課程目標(biāo)6.在課程目標(biāo)5的基礎(chǔ)上，掌握連續(xù)性方程、黏性流體運(yùn)動(dòng)方程的建立方法，并在一定條件下進(jìn)行簡(jiǎn)化、應(yīng)用。課程目標(biāo)7.掌握流體微團(tuán)平面運(yùn)動(dòng)的分解、有旋流動(dòng)與無(wú)旋流動(dòng)的判別方法；掌握速度勢(shì)函數(shù)與流函數(shù)的基本概念、性質(zhì)，以及二者之間的關(guān)系；掌握不可壓縮理想流體平面流動(dòng)的基本方程的建立方法，推導(dǎo)出不可壓縮平面勢(shì)流的基本方程——拉普拉斯方程、速度勢(shì)函數(shù)與流函數(shù)的全微分方程；掌握平等直線(xiàn)等速度、角形區(qū)域內(nèi)的流動(dòng)、點(diǎn)渦與點(diǎn)匯等流動(dòng)的勢(shì)流分析方法，掌握復(fù)合流動(dòng)的基本求解方法，理解理想流體繞固定圓柱體的流動(dòng)、了解理想流體繞轉(zhuǎn)動(dòng)圓柱體的流動(dòng)的勢(shì)函數(shù)研究方法。課程目標(biāo)8.掌握幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似和動(dòng)力相似的基本概念及流動(dòng)相似原理，掌握相似準(zhǔn)則及其分析方法，理解工程模型研究方法，了解常用的流場(chǎng)測(cè)試技術(shù)。勞動(dòng)教育目標(biāo)：了解我國(guó)第一顆原子彈研制的背景條件。課程目標(biāo)9.掌握層流與湍流的基本概念及其產(chǎn)生機(jī)理；通過(guò)雷諾實(shí)驗(yàn)，明確流動(dòng)狀態(tài)對(duì)沿程阻力的影響規(guī)律；掌握?qǐng)A管內(nèi)充分發(fā)展的層流流動(dòng)的求解方法，掌握湍流的基本理論，掌握雷諾方程、湍流假說(shuō)（普朗特混合長(zhǎng)度理論）、通用速度分布（壁面律）；掌握?qǐng)A管內(nèi)充分發(fā)展的湍流流動(dòng)的速度分布與切應(yīng)力分布的求解方法，以及圓管內(nèi)流動(dòng)的阻力損失計(jì)算方法；理解圓管進(jìn)口流動(dòng)分析，掌握非圓形截面管內(nèi)的流體流動(dòng)的研究方法；了解彎曲管道內(nèi)的流體流動(dòng)。勞動(dòng)教育目標(biāo)：了解人工天河——紅旗渠水利工程，培養(yǎng)學(xué)生自力更生、艱苦奮斗精神。課程目標(biāo)10.掌握邊界層的基本概念和基本理論、邊界層厚度的定義與計(jì)算方法；理解平壁邊界層流動(dòng)的基本規(guī)律性。二、課程目標(biāo)達(dá)成的途徑與方法以課堂教學(xué)為主，結(jié)合自學(xué)、課堂提問(wèn)、課堂討論、課外作業(yè)等。自學(xué)內(nèi)容：需要補(bǔ)充的相關(guān)知識(shí)，如矢量分析與場(chǎng)論、相關(guān)的應(yīng)用軟件；課堂教學(xué)：主要內(nèi)容采用課堂教學(xué)來(lái)完成，利用自制的PPT課件，結(jié)合板書(shū)來(lái)完成；課堂提問(wèn)：將重要的知識(shí)點(diǎn)、容易混淆的概念或知識(shí)，采取課堂提問(wèn)的方式，加深學(xué)生的認(rèn)識(shí)與理解；課堂討論：將課程中具有共性的研究方法、理論及核心內(nèi)容，采取課堂討論的方式，以提高學(xué)生宏觀上分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力；課外作業(yè)：為了鞏固所學(xué)知識(shí)，每章精選一些具有代表性知識(shí)點(diǎn)的問(wèn)題，布置成課外作業(yè)，通過(guò)批改作業(yè)，以發(fā)現(xiàn)學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中存在的問(wèn)題，以及時(shí)解決。三、課程目標(biāo)與相關(guān)畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐程度（H、M、L）1-11-21-31-42-12-22-32-4課程目標(biāo)1HMMHHHHM課程目標(biāo)2HMMHHHHM課程目標(biāo)3HMMHHHHM課程目標(biāo)4MMMMMMML課程目標(biāo)5HMMHHHHM課程目標(biāo)6HMMHHHHM課程目標(biāo)7MMMMMMML課程目標(biāo)8HMMHHHHM課程目標(biāo)9HMMHHHHM課程目標(biāo)10MLLMMMML四、課程主要內(nèi)容與基本要求章次主要內(nèi)容基本要求第1章流體的力學(xué)性質(zhì)學(xué)習(xí)我國(guó)科學(xué)家錢(qián)學(xué)森、郭永懷、周培源等，在力學(xué)發(fā)展中的貢獻(xiàn)和愛(ài)國(guó)情懷。理解流體質(zhì)點(diǎn)的概念熟練掌握流體連續(xù)介質(zhì)模型熟練掌握流體的流動(dòng)性熟練掌握流體的可壓縮性熟練掌握流體的黏滯性熟練掌握表面張力特性掌握牛頓流體與非牛頓流體熟練掌握非牛頓流體及其黏度特性掌握第2章流體流動(dòng)的基本原理流場(chǎng)的概念熟練掌握流動(dòng)分類(lèi)掌握拉格朗日方法熟練掌握歐拉方法熟練掌握兩種方法的關(guān)系熟練掌握質(zhì)點(diǎn)導(dǎo)數(shù)熟練掌握跡線(xiàn)熟練掌握流線(xiàn)熟練掌握流管與管流連續(xù)性方程掌握微元流體線(xiàn)的變形速率熟練掌握微元流體團(tuán)的變形速率熟練掌握無(wú)旋流動(dòng)——?jiǎng)萘魇炀氄莆樟黧w流動(dòng)的推動(dòng)力掌握層流與湍流熟練掌握流場(chǎng)邊界對(duì)流動(dòng)的影響理解流動(dòng)阻力與阻力系數(shù)熟練掌握介紹我國(guó)古代著名水利工程，包括鄭國(guó)渠、靈渠、都江堰、它山堰。理解第3章流體靜力學(xué)質(zhì)量力熟練掌握表面力——應(yīng)力與壓力熟練掌握靜止流場(chǎng)中的表面力熟練掌握壓力的表示方法及單位熟練掌握流體靜力學(xué)基本方程熟練掌握靜止流場(chǎng)基本特性熟練掌握重力場(chǎng)中靜止流體的壓力分布熟練掌握U形管測(cè)壓原理熟練掌握靜止液體中固體壁面的受力熟練掌握靜止液體中物體的浮力與浮力矩掌握非慣性坐標(biāo)系中的質(zhì)量力熟練掌握直線(xiàn)勻加速運(yùn)動(dòng)中的靜止液體熟練掌握勻速旋轉(zhuǎn)容器中的靜止液體熟練掌握高速回轉(zhuǎn)圓筒內(nèi)流體的壓力分布掌握第4章流體流動(dòng)的守恒原理系統(tǒng)與控制體熟練掌握輸運(yùn)公式熟練掌握控制面上的質(zhì)量流量熟練掌握控制體質(zhì)量守恒方程熟練掌握多組分系統(tǒng)的質(zhì)量守恒方程了解控制體動(dòng)量守恒方程熟練掌握動(dòng)量守恒方程的簡(jiǎn)化形式熟練掌握動(dòng)量矩定律了解控制體動(dòng)量矩守恒方程了解運(yùn)動(dòng)流體的能量熟練掌握控制體能量守恒方程熟練掌握化工流動(dòng)系統(tǒng)的能量方程了解伯努利方程及期應(yīng)用說(shuō)明熟練掌握小孔流動(dòng)問(wèn)題掌握管流中的液體汽化問(wèn)題掌握駐點(diǎn)壓力與皮托管熟練掌握管道局部阻力損失分析熟練掌握介紹我國(guó)航空航天、航海深潛成果。理解第5章不可壓縮流體的一維層流流動(dòng)建立流動(dòng)微分方程的基本方法熟練掌握常見(jiàn)邊界條件掌握流動(dòng)條件說(shuō)明掌握狹縫流動(dòng)的微分方程掌握狹縫流動(dòng)的切應(yīng)力與速度分布掌握水平狹縫壓差流的流動(dòng)阻力掌握?qǐng)A管內(nèi)的層流流動(dòng)熟練掌握?qǐng)A形套管內(nèi)的層流流動(dòng)熟練掌握傾斜平板上的降膜流動(dòng)了解豎直圓管外壁的降膜流動(dòng)了解第6章流體流動(dòng)微分方程直角坐標(biāo)系中的連續(xù)性方程熟練掌握柱坐標(biāo)和球坐標(biāo)系中的連續(xù)性方程理解作用于微元體上的力熟練掌握動(dòng)量流量及動(dòng)量變化率熟練掌握以應(yīng)力表示的運(yùn)動(dòng)方程熟練掌握牛頓流體的本構(gòu)方程掌握流體運(yùn)動(dòng)微分方程——Navier-Stokes方程熟練掌握柱坐標(biāo)和球坐標(biāo)系中的N-S方程理解N-S方程應(yīng)用概述掌握N-S方程應(yīng)用舉例掌握第7章不可壓縮理想流體的平面流動(dòng)流體微團(tuán)平面運(yùn)動(dòng)的分解熟練掌握有旋流動(dòng)與無(wú)旋流動(dòng)熟練掌握線(xiàn)流量與速度環(huán)量熟練掌握速度勢(shì)函數(shù)、勢(shì)流熟練掌握流函數(shù)及其性質(zhì)熟練掌握速度熱函數(shù)與流函數(shù)的關(guān)系熟練掌握連續(xù)性方程與運(yùn)動(dòng)微分方程掌握不可壓縮平面勢(shì)流的基本方程——拉普拉斯方程掌握速度勢(shì)函數(shù)丐流函數(shù)的全微分方程掌握平等直線(xiàn)等速流熟練掌握角形區(qū)域內(nèi)的流動(dòng)熟練掌握點(diǎn)源與點(diǎn)匯熟練掌握點(diǎn)渦熟練掌握復(fù)合流動(dòng)熟練掌握理想流體繞固定圓柱體的流動(dòng)掌握理想流體繞轉(zhuǎn)動(dòng)圓柱體的流動(dòng)掌握第8章流體力學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究方法幾何相似熟練掌握運(yùn)動(dòng)相似熟練掌握運(yùn)動(dòng)相似熟練掌握微分方程分析法掌握量綱分析法熟練掌握模型與原型的相似掌握參數(shù)測(cè)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理理解模型研究應(yīng)用舉例理解了解我國(guó)第一顆原子彈研制的背景條件。理解第9章管內(nèi)流體流動(dòng)雷諾實(shí)驗(yàn)熟練掌握管內(nèi)充分發(fā)展的層流流動(dòng)熟練掌握湍流及其基本特性掌握湍流理論簡(jiǎn)介理解雷諾方程熟練掌握湍流假說(shuō)——普朗特混合長(zhǎng)度理論掌握通用速度分布——壁面律熟練掌握光滑管內(nèi)的湍流速度與切應(yīng)力熟練掌握粗糙管內(nèi)的湍流速度分布熟練掌握?qǐng)A管阻力損失與阻力系數(shù)定義熟練掌握光滑圓管的阻力系數(shù)掌握粗糙圓管的阻力系數(shù)掌握進(jìn)口段流動(dòng)狀態(tài)與進(jìn)口段長(zhǎng)度理解進(jìn)口段阻力理解非圓形截面管內(nèi)的流體流動(dòng)熟練掌握彎曲管道內(nèi)的流體流動(dòng)了解了解人工天河——紅旗渠水利工程，培養(yǎng)學(xué)生自力更生、艱苦奮斗精神。理解第10章流體繞物流動(dòng)邊界層理論掌握邊界層的厚度與流態(tài)掌握普朗特邊界層方程掌握平壁層流邊界層的精確解掌握馮·卡門(mén)邊界層動(dòng)量積分方程理解平壁層流邊界層的近似解理解平壁湍流邊界層的近似解了解五、課程學(xué)時(shí)安排章節(jié)號(hào)教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)數(shù)學(xué)生任務(wù)（作業(yè)、自學(xué)、討論等任務(wù)要求）對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)第1章流體的力學(xué)性質(zhì)61.完成1-2，1-3，1-5作業(yè)；2.課后自學(xué)Mathtype、Origin應(yīng)用軟件。課程目標(biāo)1第2章流體流動(dòng)的基本概念61.完成2-1，2-2，2-4,2-6作業(yè)；2.課后自學(xué)MathCAD應(yīng)用軟件。課程目標(biāo)2第3章流體靜力學(xué)61.完成3-2,3-5，3-11,3-13,3-15作業(yè)；2.課后自學(xué)Mathematic應(yīng)用軟件。3．專(zhuān)題討論：浮力定律課程目標(biāo)3第4章流體流動(dòng)的守恒原理61.完成4-4,4-9，4-22,4-23作業(yè)；2.課后自學(xué)Maple應(yīng)用軟件。課程目標(biāo)4第5章不可壓縮流體的一維層流流動(dòng)61.完成5-2,5-4,5-8作業(yè)；2.課后自學(xué)Matlab應(yīng)用軟件。課程目標(biāo)5第6章流體流動(dòng)微分方程101.完成6-1,6-2，6-6作業(yè)；2.課后自學(xué)Solidworks應(yīng)用軟件。課程目標(biāo)6第7章不可壓縮理想流體的平面運(yùn)動(dòng)81.完成7-1，7-3，7-7作業(yè)；2.課后自學(xué)Profili應(yīng)用軟件。課程目標(biāo)7第8章流體力學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究方法41.完成8-1,8-2作業(yè)；2.課后自學(xué)Fluent應(yīng)用軟件。課程目標(biāo)8第9章管內(nèi)流體流動(dòng)61.完成9-1，9-3，9-4，9-6作業(yè)；2.課后自學(xué)Tecplot應(yīng)用軟件。課程目標(biāo)9第10章流體繞物流動(dòng)61.課后自學(xué)Mathtype、Origin應(yīng)用軟件；2.專(zhuān)題討論：圓柱繞流問(wèn)題課程目標(biāo)10六、實(shí)踐環(huán)節(jié)及基本要求序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱(chēng)學(xué)時(shí)基本要求學(xué)生任務(wù)實(shí)驗(yàn)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)類(lèi)別1雷諾實(shí)驗(yàn)2觀察流動(dòng)形態(tài)，測(cè)定雷諾數(shù)數(shù)據(jù)分析、撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告驗(yàn)證性必做2文丘里實(shí)驗(yàn)2測(cè)定壓差、流量，計(jì)算流量系數(shù)數(shù)據(jù)分析、撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告驗(yàn)證性必做3流動(dòng)阻力實(shí)驗(yàn)2測(cè)定雷諾數(shù)和阻力系數(shù)數(shù)據(jù)分析、撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告驗(yàn)證性必做4畢托管測(cè)速實(shí)驗(yàn)2測(cè)定壓差、流速，計(jì)算流速