《粘性流體力學(xué)》教學(xué)大綱

課程英文名Viscousfluidmechanics課程代碼BO8O1ZO8

學(xué)分3總學(xué)時48理論學(xué)時48實驗/實踐學(xué)時0

面等數(shù)學(xué)、物理學(xué)、理論力學(xué)、流

課程類別專業(yè)課課程性質(zhì)任選先修課程

體力學(xué)

適用專WT程力學(xué)開課學(xué)院計量測試T程學(xué)院

執(zhí)筆人審定人制定時間2020年11月

一、課程地位與課程目標(biāo)

（一）課程地位

粘性流體力學(xué)是研究粘性流體運動以及與固體之間相互作用的一門學(xué)科，是工程力學(xué)等專業(yè)

學(xué)生的一門選修課程。本課程主要講解粘性流體動力學(xué)的基礎(chǔ)知識，如張量、應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系；

粘性流體方程組的推導(dǎo)，一些簡單流動的Navier-Siokes方程的求解方法；了解層流邊界層的求解

方法，層流邊界層向湍流邊界層的轉(zhuǎn)掇及湍流邊界層的求解方法，了解湍流的統(tǒng)計理論以及層流

和湍流尾流和射流的求解等。本課程為學(xué)生了解近代流體刀學(xué)的研究方法及研究進展提供知識準

備；同時也是數(shù)學(xué)、物理及工程力學(xué)等課程所講授知識工具的具體運用和鞏固、強化，為學(xué)生應(yīng)

用所學(xué)知識解決具體力學(xué)問題提供練習(xí)機會。

（"）課程目標(biāo)

1.系統(tǒng)掌握矢量分析與場論的基本知識；

2.了解粘性流體力學(xué)的冊究對象，任務(wù)和方法，了解粘性流體力學(xué)在工程技術(shù)中的地位：掌

握流體粘性的基本概念：掌握流體運動的描述方法及作用在流體上的力；掌握牛頓流體的本構(gòu)關(guān)

系。

3.掌握粘性流體運動的連續(xù)性方程、動量方程、動量矩方程、能量方程的建立方法，掌握流

體力學(xué)方程組及其表達式、非慣性系中的動最方程、流體力學(xué)方程組的定解條件。

4.掌握典型的粘性流體方程組的精確解法；

5.掌握極低雷諾數(shù)流動的幾種典型流動的方程組解法。

6.掌握不可壓縮層流邊界層的基本概念、基本方程、精確解；掌握邊界層的相似性解、邊界

層的積分關(guān)系及其應(yīng)用；了解非定常層流邊界層的典型解法。

7.掌握湍流運動的基本方程的建立及其封閉模式；

8.思政和勞務(wù)教育目標(biāo)

通過本課程的德育學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生理解本課程中蘊含的文化基因和價值范式，在專業(yè)知識的

學(xué)習(xí)中不斷進行理想層面的精神指引，激勵學(xué)生自覺把個人的理想追求融入到實現(xiàn)中華民族偉大

復(fù)興中。

二、課程目標(biāo)達成的途徑與方法

以課堂教學(xué)為主，結(jié)合自學(xué)、課堂提問、課堂討論、課外作業(yè)等.

自學(xué)內(nèi)容：需要補充的相關(guān)知識，如矢量分析與場論、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)來完成，利用自制的PPT課件，結(jié)合板書來完成；

課堂提問：將重要的知識點、容易混淆的概念或知識，采取課堂提問的方式，加深學(xué)生的認

識與理解；

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)生宏觀上分析問題與解決問題的能力；

課外作業(yè)：為了鞏固所學(xué)知識，每章精選一些具有代表性知識點的問題，布置成課外作業(yè)，

通過批改作業(yè)，以發(fā)現(xiàn)學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中存在的問題，以及時解決。

思政和勞務(wù)教育：學(xué)習(xí)我國科學(xué)家錢學(xué)森、周培源、陸士嘉等在流體力學(xué)發(fā)展中的突出貢獻

和愛國情懷，介紹我國古代詩詞中對流體力學(xué)現(xiàn)象觀察和描述的佳句以及著名水利工程，了解現(xiàn)

代粘性流體力學(xué)在我國流體工程中的重要應(yīng)用。

三、課程目標(biāo)與相關(guān)畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系

課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐程度（H、M、L）

課程目標(biāo)

畢業(yè)要求5

課程目標(biāo)1H

課程目標(biāo)2H

課程目標(biāo)3H

課程目標(biāo)4H

課程目標(biāo)5H

課程目標(biāo)6M

課程目標(biāo)7L

四、課程主要內(nèi)容與基本要求

章次主要內(nèi)容基本要求

錢學(xué)森學(xué)生張德良追憶恩師：他的愛國深刻理解

心是科學(xué)家楷模

矢性函數(shù)的概念熟練掌握

矢端曲線掌握

矢性函數(shù)的極限和連續(xù)性熟練掌握

矢性函數(shù)的導(dǎo)數(shù)與微分熟練掌握

導(dǎo)矢的幾何意義掌握

第0章矢量分析與場論矢性函數(shù)的微分熟練掌握

矢性函數(shù)的導(dǎo)數(shù)公式熟練掌握

場的概念熟練掌握

數(shù)量場的等值面掌握

矢量場的矢量線熟練掌握

方向?qū)?shù)熟練掌握

梯度熟練掌握

通量熟練掌握

散度熟練掌握

環(huán)量熟練掌握

旋度熟練掌握

哈密頓算子熟練掌握

曲線坐標(biāo)的概念熟練掌握

拉梅系數(shù)熟練掌握

坐標(biāo)變換掌握

柱坐標(biāo)熟練掌握

球坐標(biāo)理解

基矢量對坐標(biāo)的偏導(dǎo)數(shù)理解

正交曲線坐標(biāo)系中的梯度、散度、旋度熟練掌握

粘性流體和理想流體熟練掌握

粘度熟練掌握

流體粘性的微觀機理熟練掌握

濟線、脈線、流線和時間線熟練掌握

Helmholtz微元速度分解定理熟練掌握

應(yīng)變率張量熟練掌握

第1章粘性流體力學(xué)引論

渦量熟練掌握

質(zhì)量力熟練掌握

表面力熟練掌握

應(yīng)力張量掌握

表面張力熟練掌握

牛頓流體的木構(gòu)關(guān)系熟練掌握

介紹古代詩詞對流體力學(xué)現(xiàn)象的描述和理解

著名水利工程

連續(xù)方程熟練掌握

動量方程熟練掌握

動量方程的一般形式熟練掌握

Navier-Stokes方程熟練掌握

流體的動量矩方程了解

第2章粘性流體運動的基本方程流體的能量方程熟練掌握

流體力學(xué)方程組熟練掌握

在直角坐標(biāo)系中的表達式熟練掌握

在柱坐標(biāo)系中的表達式熟練掌握

在球坐標(biāo)系中的表達式掌握

非慣性系中的動量方程掌握

固壁邊界條件熟練掌握

液體-流體界面的邊界條件熟練掌握

現(xiàn)代粘性流體力學(xué)在我國流體工程中的掌握

重要應(yīng)用

平行平板間的定常剪切流熟練掌握

同軸旋轉(zhuǎn)圓筒間的Couette流熟練掌握

同軸圓筒間的軸1句流熟練掌握

圓管中的Poiseuille流熟練掌握

矩形截面管中的Poiseuille流理解

橢圓截面管中的Poiseuille流理解

平板突然起動熟練掌握

平板振蕩流熟練掌握

圓管內(nèi)Poiseuille流的起動過程掌握

圓管振蕩流理解

氣泡的徑向運動理解

楔形槽道內(nèi)的平面徑向流理解

軸對稱駐點流了解

旋盤流了解

極低雷諾數(shù)的流動熟練掌握

小球的極慢運動熟練掌握

二維擴散槽內(nèi)的徑向流掌握

楔形狹縫內(nèi)的Couette流掌握

第4章流體流動微分方程偏心圓筒間狹縫內(nèi)的流動掌握

圓盤間的擠壓流掌握

Oseen近似熟練掌握

狹縫流的平均慣性法理解

雷諾數(shù)不很小的圓球定常繞流理解

邊界層的基本特征熟練掌握

二維邊界層方程熟練掌握

邊界層厚度熟練掌握

Blasius方程熟練掌握

Blasius方程的求解熟練掌握

Falkner-Skan方程掌握

第5章不可壓縮層流邊界層二維收縮槽內(nèi)的相似性解掌握

平面自由射流掌握

k門動量積分關(guān)系熟練掌握

平板邊界層的近似解熟練掌握

吸氣平板邊界層掌握

沿曲面邊界層的近似解掌握

在靜止流體中物體突然起動理解

小幅高頻振蕩物體外的邊界層理解

湍流運動的不規(guī)則性熟練掌握

湍流的統(tǒng)計方法熟練掌握

雷諾方程、脈動方程熟練掌握

第6章湍流運動的基本方程及其封雷諾應(yīng)力的物理意義熟練掌握

閉模式雷諾應(yīng)力和湍動能的輸運方程熟練掌握

雷諾應(yīng)力和湍動能的輸運過程熟練掌握

渦粘模式掌握

雷諾應(yīng)力模式掌握

五、課程學(xué)時安排

對應(yīng)課程

章教學(xué)內(nèi)容學(xué)時數(shù)學(xué)生任務(wù)（作業(yè)、自學(xué)、討論等任務(wù)要求）

目標(biāo)

1.完成《矢量分析與場論》習(xí)題1—1、1-3、

1-4,2—2、2-4、2-5,3-1、3-3、3-4,4-2、

4-3,5-2、5-3、5-6,7-2、7-4,8-1、8-3>8-10

第。章矢量分析與場論8作業(yè)；課程目標(biāo)1

2.課后自學(xué)Mathtype.Origin應(yīng)用軟件。

3.查閱我國科學(xué)家在粘性流體力學(xué)發(fā)展中做

出的貢獻的相關(guān)資料；

1.完成綜述：在不同雷諾數(shù)條件下，圓柱繞流

粘性流體力學(xué)引

第1章6的不同尾跡形態(tài)大作業(yè)；課程目標(biāo)2

論

2.課后自學(xué)MathCAD應(yīng)用軟件。

1.完成推導(dǎo)出雷諾輸運公式，并寫出推導(dǎo)粘性

粘性流體運動的

第2章6流體運動基本方程組的思路大作業(yè)；課程目標(biāo)3

基本方程

2.課后自學(xué)Mathematic應(yīng)用軟件。

粘性流體方程組1.完成4-445,4-7,4-9,4-22,4-23作業(yè);

第3章6課程目標(biāo)4

的精確解2.課后自學(xué)Maple