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土木-专业核心-流体力学

一、课程基本信息

开课单位

土木工程学院

课程代码

CE05069

课程名称

流体力学

英文名称

Fluid Mechanics

课程性质

专业核心

学  分

3

总 学 时

48+8(实验)

先修课程

大学物理,高等数学,材料力学,理论力学

开课学期

第六学期

适应专业

土木工程

二、课程描述

中文:

流体力学是土木工程专业的一门主要的技术基础课,其教学目标是通过各种教学环节,使学生掌握流体力学的基本理论、基本计算方法和基本实践技能,为学习专业课、从事专业工作和进行科学研究打下一定的基础。

本课程还包括桥涵水文的基础知识。

英文:

Fluid Mechanics, an important course for the students of civil engineering major, is aimed to make students have a good command of the fundamental theories as well s the method of computation and skills of practicing of Fluid mechanics by a variety of teaching links. The purpose of this course is to lay foundation to learn professional courses and tater engage in scientific research.

This course includes basic knowledge of Hydrology for bridge engineering

 

三、课程内容

(一)课程教学目标

1、掌握有关静力学和一元流动的基本概念、基本理论和基本方程,能够运用这些知识进行分析和计算;

2、理解阻力理论和明渠流动特点,掌握有压管流和明渠流的流动计算;

3、理解河流运动规律,掌握水文统计方法,熟练用于桥涵设计流量及水位的推算;

4、通过实验,初步掌握量测压强、流速、流量等基本方法。对数据的记录、收集、整理与结果分析和书写报告的能力进行初步训练。

(二)基本教学内容

第一章   绪论

教学目的与要求:

本章为课程的基础,通过本章学习,要求学生了解流体力学的定义、任务,掌握流体的主要物理性质,理解流体的力学模型。

教学重点:

流体的主要物理性质

教学难点:

流体的粘滞性

教学内容:

(1)流体力学的定义、任务;

(2)流体的主要物理性质;

(3)作用于流体的力;

(4)流体的力学模型。

学时分配:2

第二章    流体静力学

教学目的与要求:

通过本章学习,要求学生理解流体静压强特性、重力作用下的液体压强分布、压强计算基准、量度单位、测定等知识,掌握重力作用下静止流体的压强分布规律,能够运用此规律计算和测定压强,且对平面及曲面计算总压力。

教学重点:

曲面受力计算

教学难点:

压强分布图,压力体

教学内容:

(1)流体静压强特性;

(2)重力作用下的液体压强分布;

(3)压强计算基准、量度单位、测定;

(4)作用于平面上的液体压力;

(5)作用于曲面上的液体压力。

学时分配:6

          

第三章   一元流体动力学基础

教学目的与要求

通过本章学习,要求学生理解牢固掌握一元流动的基本概念和基本方程,结合阻力公式,能对一元流动流速、压强、动量进行分析和计算。

教学重点:

恒定总流连续性方程、能量方程、动量方程

教学难点:

画水头线,动量方程

教学内容:

(1)描述流体运动的两种方法;

(2)有关欧拉法的概念;

(3)恒定总流的连续性方程;

(4)恒定元流能量方程;

(5)过流断面压强分布;

(6)恒定总流能量方程;

(7)水头线图;

(8)恒定总流的动量方程。

学时分配:6

第四章   流动阻力和能量损失

教学目的与要求:

通过本章学习,要求学生理解掌握阻力理论。区别层流和紊流各区间在流动状态、实现条件、力学处理、流速分布、阻力规律、阻力计算上的不同。准确计算和分析沿程损失和局部损失。

教学重点:

能量损失的两种形式

教学难点:

紊流运动

教学内容:

(1)能量损失的两种形式;

(2)均匀流动方程式;

(3)圆管层流运动;

(4)紊流运动;

(5)紊流的沿程阻力系数;

(6)局部水头损失。

学时分配:6

第五章  孔口、管嘴和管路流动

教学目的与要求:

通过本章学习,要求学生理解、并能够分析和计算短管的流动。

教学重点:

短管的水力计算

教学难点:

短管的水力计算

教学内容:

短管的水力计算。

学时分配:1

第六章   明渠流

教学目的与要求:

通过本章学习,要求学生掌握明渠均匀流的水力特征和水力计算,掌握明渠流态的判别,理解水跃与跌水现象

教学重点:

明渠均匀流水力计算,流态的判别,水跃现象

教学难点:

水面曲线分析

教学内容:

(1)明渠均匀流水力特征和计算;

(2)流态的判别;

(3)急变流;

(4)水面曲线分析。

学时分配:6

第十五章   相似原理和量纲分析

教学目的与要求:

通过本章学习,要求学生理解力学相似概念,相似准数的物理意义,能初步运用模型律,能运用量纲分析法对一般函数关系式无因次化。

教学重点:

相似准数

教学难点:

相似准则的应用

教学内容:

(1)力学相似;

(2)相似准数;

(3)模型律;

(4)量纲分析法。

  学时分配:2

第七章   堰流

教学目的与要求:

理解堰流的基本概念、分类和流动特点,掌握薄壁堰、宽顶堰的水力计算。

教学重点:

宽顶堰的水力计算

教学难点:

各种堰的流量系数

教学内容:

(1)堰的类型及流量系数;

(2)堰的流量系数;

(3)宽顶堰的水力计算。

学时分配:1

第八章   渗流

教学目的与要求:

通过本章学习,要求学生理解渗流达西定律以及恒定渐变渗流的裘皮幼公式的物理意义、适用条件及其渗流分析中的作用,掌握集水廊道、普通井、自流井的水力计算。

教学重点:

集水廊道、普通井、自流井的水力计算

教学难点:

恒定渐变渗流的裘皮幼公式

教学内容:

(1)渗流达西定律;

(2)恒定渐变渗流的裘皮幼公式;

(3)集水廊道的水力计算;

(4)普通井、自流井的水力计算。

学时分配:2

第九章       河流概论

教学目的与要求:

了解水文循环,河川径流,泥沙运动和河床演变;掌握水文资料的收集与整理方法

教学重点:

水位观测和流量测算

教学难点:

水位流量关系曲线的延长

教学内容:

(1)桥涵水文的研究方法;

(2)河流与流域、河流基本特征、径流的形成过程及影响因素;

(3)水文资料的收集与整理方法,水位流量关系曲线;

(4)泥沙运动与河床演变、造床流量与河相关系。

学时分配:3

第十章      水文统计的基本原理和方法

教学目的与要求:

了解水文统计的基本概念;经验累积频率曲线和理论累积频率曲线;掌握现有频率分析方法求设计值

教学重点:

求矩适线法、三点适线法、矩法

教学难点:

含特大值系列的频率分析方法

教学内容:

(1)水文统计的基本概念;随机事件、随机变量,总体和样本;

(2)机率与频率,累积频率与重现期,安全率、破坏率与保证率;

(3)经验累积频率曲线和理论累积频率曲线;

(4)现行频率分析方法,求矩适线法与三点适线法,含特大值系列的频率分析方法;

(5)相关分析,相关关系,相关系数。

学时分配:5

第十一章    桥涵设计流量和水位的推算方法

教学目的与要求:

了解桥涵设计流量和水位的确定方法,掌握等流时线原理和暴雨洪水的形成过程

教学重点:

按暴雨资料推算流量

教学难点:

按暴雨资料推算流量

教学内容:

(1)利用流量观测资料推算设计流量;

(2)缺乏流量观测资料时推算设计流量,参证站,水文比拟;

(3)利用暴雨资料推算设计流量,降水三要素,降水资料的收集与整理。

(4)桥位断面设计流量、设计水位的推算方法。

学时分配:2

第十二章    大中桥位勘测设计

教学目的与要求:

了解桥涵分类及一般规定、桥位选择原则、调治构筑物,掌握大中桥孔径和桥面高程计算

教学重点:

孔径和桥面的高程计算

教学难点

各种水面升高值的计算

教学内容:

(1)桥位河段的水流图式;

(2)孔径长度,桥面标高;

(3)调治构筑物。

学时分配:2

第十三章     桥梁墩台冲刷计算

教学目的与要求:

了解桥梁墩台冲刷的概念与计算

教学重点:

冲刷的分类

教学难点:

64-1、2式和65-1、2式

教学内容:

(1)桥下河段的水流图式;

(2)桥下断面一般冲刷;

(3)墩台局部冲刷;

(4)桥下河槽最低冲刷线。

学时分配:2

四、考核方式

课程的考核方式采用过程性考核和期末考试(闭卷)相结合的方式。其中

平时作业、考勤及实验课成绩占 30%

期中考试(闭卷)成绩占 20%

期末考试(闭卷)成绩占 50%

五、教材及参考书

教 材:《水力学》(第一版)湖南大学出版社,王烽、金建华,2004

参考书:《水力学与桥涵水文》(第二版)人民交通出版社,叶镇国、彭文波

        

六、授课手段

流体力学是一门非常重要的技术基础课,其教学以讲授为主,配合实验等多种教学形式。学生课内外所用的时间只比约为1:2

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