工程流体力学教案.docx

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工程流体力学教案

合肥学院

流体力学教案

授课时间

班级

授课顺序

第1次课

课题

绪论、流体的物理性质

目

的

要

求

1、了解流体力学工程及历史背景；

2、了解流体力学的研究方法；

3、明确理解流体的概念及连续介质假设、流体的主要物理参数；

4、掌握牛顿内摩擦定律。

教

学

内

容

要

点

1、工程流体力学的研究任务和研究方法

2、流体的概念及连续介质假设

3、流体的主要物理参数

4、流体的粘性

重

点

难

点

重点：

流体的概念及连续介质假设、流体的粘性、牛顿内摩擦定律。

难点：

连续介质假设、牛顿内摩擦定律。

教

学

思

路

及

教

法

设

计

通过经典力学的知识引入本门课程，结合大量的实例讲解流体力学的发展过程及其重要性，增加学生对本课程的学习积极性。

本此课以讲述为主，结合多媒体手段。

1导论

1.1工程流体力学的研究任务和研究方法

讲清工程流体力学的研究对象、研究内容、发展历程和研究方法，重点介绍流体力学的发展历程和研究方法。

说明工程流体力学在工程实践中的具体应用范围，有重点地介绍流体力学新的发展方向及在生产生活中的作用。

（20分钟）

通过及固体力学的比较，引出流体力学各物理参数的概念，以及连续介质假设和牛顿内摩擦定律。

把抽象的概念具体化。

1.2流体的概念及连续介质假设

首先介绍流体的概念，并对物质的基本属性进行总结，突出介绍流体及固体之间的差别所在。

（8分钟）

讲清流体质点概念、流体连续介质模型的主要物理意义。

（12分钟）

1.2流体的密度、重度、比体积及相对密度

讲清流体几个基本物理量，使学生掌握流体的密度、重度、比体积及相对密度的基本定义和公式，并对常见的水和空气的一些参数有所了解。

（10分钟）

讲解流体的热膨胀性和可压缩性定义及计算公式，使学生掌握体积膨胀系数、体积压缩率和体积模量的概念和物理意义。

（10分钟）

1.3流体的粘性

本节为重点，详细向学生介绍粘性的定义和牛顿内摩擦定律以及粘性的表示方法和单位，应使学生掌握动力粘度、运动粘度和恩氏粘度三者之间的区别和变换关系。

最后向学生介绍粘度的变化规律，理想流体和实际流体。

（25分钟）

小结。

布置作业：

习题：

1-9；1-10；（5分钟）

课

后

分

析

通过生活中有趣的流体现象分析，学生对课程产生了一定的兴趣。

合肥学院

流体力学教案

授课时间

班级

授课顺序

第2次课

课题

流体静力学

目

的

要

求

1、明确理解流体静压强及基本特性；

2、掌握流体静力学基本方程；

3、掌握静压强的计算；

4、掌握静压强的表示方法。

教

学

内

容

要

点

1、作用于静止流体上的力

2、流体静压强及其特性

3、静止流体的平衡微分方程

4、重力作用下静止流体中的压强分布规律

5、静压强的表示方法及其单位

重

点

难

点

重点：

静止流体的平衡微分方程的建立及应用。

难点：

静止流体的平衡微分方程的建立及应用。

教

学

思

路

及

教

法

设

计

2流体静力学

介绍流体静力学定义以及流体静止状态的两种形式：

相对静止和绝对静止。

（5分钟）

2.1作用于静止流体上的力

画图讲解静止流体所受作用力的种类以及质量力和表面力的性质。

重点讲清质量力及惯性力之间的关系。

（10分钟）

2.2流体静压强及其特性

介绍压强的概念，说明流体静压强的两个重要特性。

详细推导特性二，并给出流体静压强全微分公式，说明流体静压强是标量的具体含义。

（15分钟）

2.3静止流体的平衡微分方程式

画图推导静止流体的平衡微分方程式，并说明其物理意义。

（10分钟）

综合平衡微分方程，得出压强差公式。

介绍力势函数、有势力的定义以及相应的物理意义。

（10分钟）

给出等压面定义，并由压强差公式引出等压面方程，介绍等压面的三个性质，由此说明判断等压面的原则和方法。

（10分钟）

2.4重力作用下静止流体中的压强分布规律

说明重力场中流体的基本特征，并推出流体静力学基本方程，详细分析流体静力学基本方程的能量意义和几何意义。

集中介绍概念：

位置水头、压强水头、静力水头和淹深的概念。

（15分钟）

2.5静压强的表示方法及其测量

介绍概念大气压强、表压强、绝对压强和真空度，并对它们之间的关系画图详细说明。

（5分钟）

讲解压强测量的三种主要方式，并说明每一种的具体应用场合。

详细介绍测压管、测压计、差压计和微压计的主要原理和具体测量方法。

（10分钟）

课

后

分

析

教学内容安排恰当，课堂节奏紧凑，学生对本次课内容理解较好。

合肥学院

流体力学教案

授课时间

班级

授课顺序

第3次课

课题

流体静力学

目

的

要

求

1、掌握相对平衡的问题。

教

学

内

容

要

点

1、流体的相对静止

重

点

难

点

重点：

流体的相对静止。

难点：

流体的相对静止。

教

学

思

路

及

教

法

设

计

2.7流体的相对静止

再次强调流体的相对静止意义，简单说明静止流体在容器作等速直线运动时遵守流体静力学基本规律。

（10分钟）

分析静止流体在容器作等加速直线运动时的平衡规律，重点说明对此类问题的具体分析方法：

先写出流体的单位质量力，再列出等压面方程，而后推导出流体静压强分布规律，得出最终的流体压强分布公式。

（25分钟）

由此再推导出三种特例情况下流体静压强分布规律。

（20分钟）

分析静止流体在容器作等角速度旋转运动时的平衡规律，重点说明对此类问题的具体分析方法：

先写出流体的单位质量力，再列出等压面方程，而后推导出流体静压强分布规律，得出最终的流体压强分布公式。

（20分钟）

由此再推导出两种特例情况下流体静压强分布规律。

（10分钟）

小结。

（5分钟）

课

后

分

析

应该多结合具体实例讲解该部分内容。

合肥学院

流体力学教案

授课时间

班级

授课顺序

第4次课

课题

流体静力学

目

的

要

求

1、掌握静止流体对平壁和曲壁合力的计算；

教

学

内

容

要

点

1、静止流体对壁面作用力的计算

重

点

难

点

重点：

静止流体对平壁和曲壁的合力计算。

难点：

静止流体对平壁和曲壁的合理计算。

教

学

思

路

及

教

法

设

计

2.6静止流体对壁面作用力的计算

总压力概念。

介绍本节主要内容。

（10分钟）

讲解静止流体对平面壁总压力的计算，之中介绍面积矩、惯性矩和压力中心等概念。

（20分钟）

讲解静止流体对曲面壁总压力的计算，重点说明压力体定义及其具体确定方法，并由此简述阿基米德原理。

（25分钟）

讲解实例。

（15分钟）

小结，布置本章习题：

习题：

2-4；2-10；2-13；2-15；2-18。

（10分钟）

课

后

分

析

学生对压力体的理解有一定难度。

合肥学院

流体力学教案

授课时间

班级

授课顺序

第5次课

课题

流体运动学基础

目

的

要

求

1、理解描述流体运动的方法；

2、理解流体运动中的基本概念；

3、掌握连续性方程的意义和作用。

教

学

内

容

要

点

1、研究流体运动的两种方法

2、流体运动中的基本概念

3、连续性方程

重

点

难

点

重点：

流线和迹线的求法、连续性方程的意义和作用。

难点：

流线和迹线的求法。

教

学

思

路

及

教

法

设

计

3流体运动学基本方程

流体运动学定义，描述流体运动的几个基本运动规律。

（10分钟）

3.1研究流体运动的两种方法

流场的概念，介绍研究流体运动的两种方法：

拉格朗日法和欧拉法。

主要说明两种方法的异同点，重点介绍欧拉法。

（15分钟）

3.2流体运动中的基本概念

讲解欧拉法分析流体运动时的几个基本概念：

定常流动、非定常流动、均匀流动、一维流动、迹线、流线（重点）、流管、流束、过流断面、流量、平均速度。

（35分钟）

3.3连续性方程式

说明流体运动遵循的质量守恒定律就是连续性方程。

（25分钟）

小结，布置本章习题：

3-1；3-5。

（5分钟）

课

后

分

析

达到了预期的教学效果。

合肥学院

流体力学教案

授课时间

班级

授课顺序

第6次课

课题

伯努利方程

目

的

要

求

1、理解不可压缩理想流体的运动方程

2、掌握伯努利方程的意义及应用

教

学

内

容

要

点

1、理想流体的运动微分方程式

2、理想流体的伯努利方程式

3、实际流体总流的伯努利方程式

4、伯努利方程的应用

重

点

难

点

重点：

伯努利方程的意义及应用。

难点：

伯努利方程的意义及应用。

教

学

思

路

及

教

法

设

计

3流体运动学基本方程

流体动力学定义及研究内容。

（5分钟）

3.4理想流体的运动微分方程式

画图推导理想流体的欧拉运动微分方程式，并说明各部分物理意义。

（15分钟）

3.5理想流体的伯努利方程式

利用外力做功的能量关系，推导理想流体沿流线的伯努利方程式。

（10分钟）

引进几个基本概念：

动能修正系数、缓变流动、缓变过流断面。

（10分钟）

画图推导理想流体总流的伯努利方程式，并联系流体静力学基本方程说明各部分参量的能量意义和几何意义。

（10分钟）

3.7实际流体总流的伯努利方程式及其应用

根据对理想流体总流的伯努利方程的修正得到实际流体总流的伯努利方程形式，并说明其应用条件。

（15分钟）

介绍毕托管、文丘里流量计的分析过程。

（25分钟）

课

后

分

析

通过数学函数的推导，学生能更好理解伯努利方程。

合肥学院

流体力学教案

授课时间

班级

授课顺序

第7次课

课题

伯努利方程的应用

目

的

要

求

1、掌握伯努利方程的意义及应用

教

学

内

容

要

点

1、伯努利方程的应用

重

点

难

点

重点：

伯努利方程的建立。

难点：

伯努利方程的建立。

教

学

思

路

及

教

法

设

计

3.8实际流体总流的伯努利方程式及其应用

讲解伯努利方程的物理意义，伯努利应用的条件，以及如何建立伯努利方程式。

（15分钟）

介绍孔板流量计和射流泵原理及分析过程。

（35分钟）

最后，结合几道具体的例题讲解，并做随堂练习。

（40分钟）

课

后

分

析

教学内容和方法安排得当，学生对此部分内容找我较好。

合肥学院

流体力学教案

授课时间

班级

授课顺序

第8次课

课题

动量定理及其应用

目

的

要

求

1、掌握动量方程及其应用；

2、了解动量矩方程。

教

学

内

容

要

点

1、动量定理及其应用

2、动量矩定理及其应用

重

点

难

点

重点：

动量定理及其应用。

难点：

教

学

思

路

及

教

法

设

计

3.11动量定理及其应用

详细推导流体的动量守恒原理，并对动量定理的几种不同形式进行分析，说明其各部分含义。

利用动量方程对流体运动的几种典型情况进行求解。

（70分钟）

简单介绍动量矩定理，以及它应用的方面。

（10分钟）

小结，布置本章习题：

3-11；3-14；3-22；3-27；3-36。

（10分钟）

课

后

分

析

学生对流体的受力分析理解不是很透彻。

合肥学院

流体力学教案

授课时间

班级

热动普

授课顺序

第9次课

课题

习题课

目

的

要

求

对所学的知识进行总结

教

学

内

容

要

点

作业讲评

重

点

难

点

教

学

思

路

及

教

法

设

计

课

后

分

析

把学生没有掌握透彻的知识，通过实例讲解进行分析，达到了预期的效果。

合肥学院

流体力学教案

授课时间

班级

授课顺序

第10次课

课题

流体在管路中的流动

目

的

要

求

1、掌握流体运动分两种类型及判别方法；

2、正确理解层流和紊流的特征；

3、了解沿程能量损失和局部能量损失的原因；

4、掌握沿程能量损失的计算。

教

学

内

容

要

点

1、管路中流体流动的两种状态

2、能量损失的两种形式

3、圆管中的层流流动

重

点

难

点

重点：

恒定均匀流的沿程损失。

难点：

恒定均匀流的沿程损失。

教

学

思

路

及

教

法

设

计

4流体在管路中的流动

介绍流体流动的主要方式。

（10分钟）

4.1管路中流体流动的两种状态

介绍雷诺实验装置及实验过程，说明流动的三种不同状态：

层流、湍流和过渡状态。

并重点解释雷诺数和上、下临界流速等概念。

（25分钟）

4.2能量损失的两种形式

利用公式说明流动阻力的两种形式：

沿程阻力和局部阻力。

并利用伯努利方程向学生解释清楚能量损失的具体物理含义。

（25分钟）

4.3圆管中的层流流动

利用牛顿内摩擦定律推导出圆管中的层流流动微分方程，并以此分别导出速度分布公式、流量公式以及切应力分布公式。

（30分钟）

课

后

分

析

通过多媒体动画演示实际流动状态，学生很容易理解。

合肥学院

流体力学教案

授课时间

班级

授课顺序

第11次课

课题

流体在管路中的流动

目

的

要

求

1、掌握圆管中的湍流流动；

2、掌握沿程阻力系数和局部阻力系数的确定；

3、了解管路计算原则和基本方法。

教

学

内

容

要

点

1、圆管中的湍流流动

2、管中流动沿程阻力系数的确定

3、局部阻力系数的确定

4、管路计算

重

点

难

点

重点：

沿程阻力系数和局部阻力系数的确定。

难点：

沿程阻力系数和局部阻力系数的确定。

教

学

思

路

及

教

法

设

计

4.5圆管中的湍流流动

首先说明湍流及层流的本质区别，而后介绍研究湍流的统计时均法，主要解释概念：

脉动、时均速度、时均值等。

（15分钟）

由时均速度引出湍流流动的时均速度结构，着重介绍粘性底层厚度。

并根据雷诺数大小说明水力光滑流动、水力粗糙流动是湍流流动的两种不同流动状态，并穿插介绍水力光滑管和水力粗糙管概念。

（15分钟）

根据普朗特混和长度理论，推导出湍流切应力分布规律公式和断面速度分布公式。

（15分钟）

4.8管中流动沿程阻力系数的确定

由管道沿程损失引出尼古拉兹实验，并说明参量间关系。

尔后利用尼古拉兹曲线图说明流体流动在五个区域流动中λ值的理论和经验公式计算方法。

由此再说明莫迪图及尼古拉兹曲线图二者之间的关系，以及莫迪图的使用方法。

（20分钟）

4.9局部阻力系数的确定

介绍局部能量损失的三种形式，并说明产生局部能量损失的主要原因。

（5分钟）

详细讲解断面突然扩大的局部阻力系数计算方法及过程。

说明ζ1和ζ2代表的意义。

（10分钟）

小结，布置习题：

4-8；4-13。

（10分钟）

课

后

分

析

内容较多，学生应该课下及时看书复习。

合肥学院

流体力学教案

授课时间

班级

授课顺序

第12次课

课题

相似理论和量纲分析

目

的

要

求

1、掌握量纲分析法及其应用；

2、掌握力学相似概念和主要相似准则的意义及应用。

教

学

内

容

要

点

1、相似理论

2、量纲分析及其应用

重

点

难

点

重点：

量纲一致原理及相似理论。

难点：

量纲一致原理应用。

教

学

思

路

及

教

法

设

计

相似理论

详细讲解力学相似的概念，推倒主要的相似判据，重力相似判据、粘性力相似判据和压力相似判据（30分钟）

量纲分析及其应用

详细讲解布金汉定理。

结合实例讲解布金汉定理的应用（50分钟）

本章小结。

（10分钟）

课

后

分

析

学生对布金汉定理的理解有一定难度。

合肥学院

流体力学教案

授课时间

班级

授课顺序

第13次课

课题

压力管路

目

的

要

求

1、掌握压力管路的分类；

2、掌握压力管路的水力计算；

教

学

内

容

要

点

1、压力管路的分类

2、压力管路的水力计算

重

点

难

点

重点：

串并联管路的水力计算。

难点：

串并联管路的水力计算。

教

学

思

路

及

教

法

设

计

压力管路

介绍压力管路在工程实际中的主要应用。

（10分钟）

压力管路的分类（10分钟）

长管的水力计算（20分钟）

复杂管路的水力计算（50分钟）

课

后

分

析

基本完成本次课的相关内容。

合肥学院

流体力学教案

授课时间

班级

授课顺序

第14次课

课题

压力管路

目

的

要

求

1、掌握压力管路的水力计算；

教

学

内

容

要

点

1、压力管路的水力计算

重

点

难

点

重点：

分支管路的水力计算。

难点：

分支管路的水力计算。

教

学

思

路

及

教

法

设

计

压力管路

复杂管路的水力计算（60分钟）

短管的水力计算（30分钟）

课

后

分

析

基本完成本次课的相关内容。

合肥学院

流体力学教案

授课时间

班级

授课顺序

第15次课

课题

孔口出流

目

的

要

求

1、掌握孔口出流的分类；

2、掌握薄壁小孔出流的特征；

教

学

内

容

要

点

1、孔口出流的分类

2、薄壁小孔口自由出流

重

点

难

点

重点：

薄壁小孔出流。

难点：

薄壁小孔出流。

教

学

思

路

及

教

法

设

计

孔口出流

介绍孔口出流在工程实际中的主要应用和研究方法。

（10分钟）

孔口出流的分类

本节主要讨论孔口出流的一些基本概念：

薄壁孔口、厚壁孔口、大孔口、小孔口、自由出流、淹没出流。

重点介绍薄壁孔口和厚壁孔口的主要技术特征。

（20分钟）

薄壁小孔口自由出流

分析推导薄壁小孔口自由出流时的各个特征参数计算公式。

（60分钟）

课

后

分

析

学生独立分析实际问题的能力还有欠缺。

合肥学院

流体力学教案

授课时间

班级

授课顺序

第16次课

课题

一元不稳定流失

目

的

要

求

1、了解水击的现象；

2、了解水击压力计算和水击的防止。

教

学

内

容

要

点

1、水击的产生和水击波的传播

2、水击的分类

3、水击压力的计算

4、水击的防止和利用

重

点

难

点

重点：

水击的防止和利用

难点：

水击的防止和利用

教

学

思

路

及

教

法

设

计

充分利用多媒体软件的特点给学生演示水击的这个动画过程。

结合实际的流体运动，再进行相关的理论知识分析。

课

后

分

析

课堂反应较好。

合肥学院

流体力学教案

授课时间

班级

授课顺序

第17次课

课题

非牛顿流体

目

的

要

求

1、掌握非牛顿流体的流变性和流变方程；

2、塑性流体的流动规律；

3、了解塑性流体的水力计算。

教

学

内

容

要

点

1、非牛顿流体的流变性和流变方程；

2、塑性流体的流动规律。

重

点

难

点

重点：

非牛顿流体的流变性和流变方程；塑性流体的流动规律。

难点：

塑性流体的流动规律

教

学

思

路

及

教

法

设

计

非牛顿流体

介绍流变性的相关概念，以及非牛顿流体的流变曲线（20分钟）

重点讲解塑性流体的静止基本规律和运动规律，分析其流动状态，以及及水头损失之间的关系。

（40分钟）

讲解钻井工程中，钻井泵压力和功率的相关计算。

（25分钟）

本章小结，布置本章习题：

6-6。

（5分钟）

课

后

分

析

学生对实际应用有很浓厚的兴趣。

合肥学院

流体力学教案

授课时间

班级

授课顺序

第18次课

课题

气体的一元流动

目

的

要

求

1、掌握压力波的传播、音速、马赫数；

2、掌握一元稳定流的基本方程。

教

学

内

容

要

点

1、声速和马赫数

2、可压缩气体的一元流动的基本方程式

重

点

难

点

重点：

一元稳定流的基本方程。

难点：

一元稳定流的基本方程。

教

学

思

路

及

教

法

设

计

气体的一元流动

简单介绍气体一元流动的概念及气体动力学研究内容和对象。

（5分钟）

声速和马赫数

通过例子推导出气体运动传播速度公式（三种不同形式）。

（15分钟）

介绍马赫数概念及物理意义。

（5分钟）

可压缩气体的一元流动的基本方程式

及液体的伯努利方程以及连续性方程比较，推导出可压缩气体的一元流动的连续性方程和伯努利方程。

（20分钟）

小结，布置习题：

7-3；7-4。

（5分钟）

随堂练习（40分钟）

课

后

分

析

教学效果较好。

合肥学院

流体力学教案

授课时间

班级

授课顺序

第19次课

课题

气体的一元流动

目

的

要

求

1、掌握一元气流的基本特征

2、了解气体在变截面管（喷嘴）中的流动

教

学

内

容

要

点

1、一元气流的基本特征

2、气体在变截面管（喷嘴）中的流动

重

点

难

点

重点：

一元气流的基本特征。

难点：

一元气流的基本特征。

教

学

思

路

及

教

法

设

计

本节采用自学加提问的方式进行教学。

课

后

分

析

完成本堂课的教学计划。

合肥学院

流体力学教案

授课时间

班级

授课顺序

第20次课

课题

总复习及答疑

目

的

要

求

教

学

内

容

要

点

重

点

难

点

教

学

思

路

及

教

法

设

计

课

后

分

析