一、课程基本信息
开课单位 |
土木工程学院 |
课程代码 |
CE04041 |
课程名称 |
流体力学A |
英文名称 |
Fluid Mechanics B |
课程性质 |
学类核心 |
学 分 |
4 |
总 学 时 |
64+8 |
先修课程 |
大学物理，高等数学，材料力学 |
开课学期 |
第四学期 |
适应专业 |
建筑环境与能源应用工程 |
二、课程描述
中文：
流体力学是建筑环境与能源应用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。
英文：
Fluid Mechanics, an important course for the students ofBuilding environment and energy engineering applicationmajor, 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.
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，掌握有压管流和气体的流动特点及力学相似概念，进行模型实验换算。
3．通过实验，初步掌握量测压力、流速、流量等基本方法。对处理数据，分析结果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：
了解流体力学的定义，掌握流体的主要物理性质和三大力学模型、作用于流体上的力。
教学重点：
掌握流体的主要物理性质和三大力学模型
教学难点：
流体的粘滞性
教学内容：
1、流体力学的定义、任务、单位制；
2、流体的主要力学性质：惯性、重力特性、压缩性和热胀性、粘性、表面张力特性等；
3、作用于流体的质量力和表面力；
4、流体的力学模型：连续介质、不可压缩流体、理想流体。
学时分配:4
第二章、流体静力学
教学目的与要求：
熟练掌握点压强的相关知识（定义，分布规律与压强分布图，计算基准与量度单位，测定），并进而掌握平面/曲面受力的计算
教学重点：
曲面受力计算，压强分布图
教学难点：
液体相对平衡
教学内容：
1、流体静压强特性；
2、流体平衡微分方程及其积分，等压面；
3、重力作用下的液体压强分布；
4、静止液体的等压面、分界面、等密面、等温面；
5、压强计算基准，量度单位，压强测定；
6、作用于平面上的液体压力；
7、作用于曲面上的液体压力；
8、液体的相对平衡。
学时分配:8
第三章、一元流体力学
教学目的与要求：
熟练掌握一元流动的基本概念和三大方程并运用于实际问题的计算中
教学重点：
一元恒定总流的连续性方程，能量方程和动量方程
教学难点：
动量方程，水头线
教学内容：
1、描述流体运动的拉格朗日法和欧拉法；
2、流速场、时变加速度和位变加速度；
3、恒定流动和非恒定流动。一元流、二元流、三元流；
4、流线和迹线。均匀流与非均匀流；
5、一元流动模型：流速、元流、总流，过水断面，流量，断面平均流速；
6、恒定元流与总流的连续性方程；
7、恒定元流能量方程。能量方程的水头名称，几何表示和能量意义；
8、过流断面压强分布；
9、恒定总流能量方程。能量方程的水头名称，几何表示和能量意义；
10、能量方程的应用。水头线；
11、气流能量方程。压头名称，几何表示和能量意义。气压线；
12、恒定总流的动量方程。
学时分配:10
第四章、流动阻力与水头损失
教学目的与要求：
了解损失和阻力的关系；正确区别层流和紊流；了解雷诺实验和尼古拉兹实验；正确分析和计算沿程损失与局部损失
教学重点：
沿程水头损失的半经验方式，水头线
教学难点：
紊流运动
教学内容：
1、流动阻力和能量损失的两种形式：沿程阻力和沿程水头损失，计算公式；
2、均匀流动方程式。湿周，水力半径，水力坡度；
3、层流和紊流，雷诺数和临界雷诺数；
4、圆管层流运动；
5、紊流运动要素的脉动，瞬时值，时均值和脉动值；
6、雷诺应力。混和长度理论，层流底层；
7、尼古拉兹实验。阻力分区；
8、紊流半经验公式。流速对数分布，阻力系数公式；
9、工业管道和柯列勃洛克公式；
10、紊流经验公式。当量糙度；
11、非圆管的沿程损失，当量直径；
12、局部水头损失的一般分析，圆管突然扩大的水头损失，其它类型的局部损失。减阻措施。
学时分配:8
第五章、孔口，管嘴和有压管路
教学目的与要求：
熟练掌握孔口，管嘴和有压管路的水力计算，了解管网的计算和水击理论
教学重点：
有压管路的水力计算
教学难点：
有压管路中的水击
教学内容：
1、薄壁小孔口自由出流，流速系数、收缩系数和流量系数，液体淹没出流；
2、圆柱形外管嘴出流。其它类型管嘴出流。短管出流；
3、简单管路公式。管路阻抗；
4、管路的串联与并联；
5、管网计算基础；
6、有压管路中的水击。
学时分配:4
第六章、气体射流
教学目的与要求：
了解射流基本特征和圆断面，平面射流等
教学重点：
射流基本特征
教学难点：
圆断面射流
教学内容：
1、无限空间淹没紊流射流的主要特征；
2、圆断面射流运动分析；
3、平面射流；
4、温差射流和浓差射流；
5、有限空间射流。
学时分配:4
第七章、不可压缩流体动力学基础
教学目的与要求：
掌握流体微团运动的分解和连续性微分方程，了解纳维尔-斯托克斯方程
教学重点：
流体微团运动分析与纳维尔-斯托克斯方程
教学难点：
应力与变形速度的关系
教学内容：
1、流体微团运动分析与有旋运动；
2、不可压缩流体连续性微分方程；
3、以应力表示的粘性流体运动微分方程；
4、应力与变形速度的关系；
5、纳维尔-斯托克斯方程；
6、理想流体运动微分方程及其积分；
7、流体流动的初始条件和边界条件；
8、紊流运动微分方程及封闭条件。
学时分配:6
第八章、绕流运动
教学目的与要求：
掌握简单的平面无旋运动及其叠加，了解附面层及其分离
教学重点：
平面无旋运动与势流叠加、悬浮速度
教学难点：
曲面附面层的分离
教学内容：
1、无旋运动和平面无旋运动；
2、势流叠加；
3、绕流运动与附面层；
4、曲面附面层分离与卡门涡街；
5、绕流阻力与升力。
学时分配:6
第九章、一元气体动力学
教学目的与要求：
了解气体在高速运动下的基本规律及其在工程实际中的应用
教学重点：
音速，马赫数，滞止参数，气体一元流连续性微分方程
教学难点：
最大管长
教学内容：
1、理想气体一元恒定流动的运动方程；
2、音速，马赫数，滞止参数；
3、气体一元恒定流动的连续性方程；
4、绝热管路中的流动；
5、等温管路中的流动。
学时分配:6
第十章、相似性原理和量纲分析
教学目的与要求：
通过力学相似的基本概念，掌握两流动相似的相关准测及应用；熟练掌握π定理和应用。
教学重点：
模型律和π定理
教学难点：
π定理
教学内容：
1、原型和模型的力学相似；
2、相似准数：欧拉数，佛汝德数，雷诺数，韦伯数，决定性准数和非决定性准数；
3、模型律。普遍相似和部分相似，佛汝德模型律，雷诺模型律，阿基米德模型律；
4、因次分析法，π定理。
学时分配:6
四、考核方式
采用过程考核和期末考试（闭卷）相结合的方式。其中期末考试占50%，期中考试占20%，作业、实验与考勤占30%。
五、教材及参考书
教 材：《流体力学•泵与风机》中国建筑工业出版社，蔡增基、龙天渝主编
参考书：《水力学》湖南大学出版社，王烽、金建华
《工程流体力学习题集》 机械工业出版社，汪兴华
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，辅以实验等多种教学方式。学生课内外所用的时间只比约为1：1.5
