流体力学（机械工程专业）

Fluid Mechanics

【课程编号】

【课程类别】选修课

【总学时数】32

【周学时数】2

【学分数】2

【先修课程】高等数学、普通物理、工程力学

【适用专业】机械工程专业本科

一、教学目标

工程流体力学是研究流体(包括气体和流体)的平衡和运动规律的科学。它是一门横跨各领域，各不同专业的重要技术基础课。能源、动力、环境、设备、化工，航空、国防等领域均需要流体力学知识。机械工程专业学生也需要流体力学知识作为工程设计或从事其他专业技术工作的理论基础。通过本课程的学习，使学生掌握流体力学的基本概念，基本原理，为将来的学习和工作打下基础。

二、教学内容、要求和学时分配

（一）  绪论    学时：3

教学内容：主要学习流体力学的概念和发展历史、流体力学的性质，流体力学的研究方法。讨论流体的基本性质和流体的连续介质模型。流体的连续介质模型是流体力学的基础。基于这种假设，介绍了理想流体和真实流体、可压缩流体与不可压缩流体，牛顿流体和非牛顿流体等概念。

教学要求：应着重了解作用在流体上的力、流体的主要力学性质、流体的力学模型等内容。

重点、难点：流体连续介质概念

讨论课：结合理论知识，讨论你所认识的流体的性质，生活和工程实践中的流体力学的应用

（二）  流体静力学       学时：6

教学内容：流体静力学研究流体处于静止或相对静止时的力学规律及其在工程技术上的应用。当流体处于静止或相对静止时，各质点之间均不产生相对运动，因而流体的粘滞性不起作用。所以，研究流体静力学必然用无粘性流体的力学模型。

教学要求：流体在静止状态下的平衡规律及其应用。根据平衡条件研究静止状态下压力的分布规律，进而确定静止流体作用在各种表面的总压力大小、方向、作用点。

重点、难点：流体静压、静液压力分布、测压管、u形管压力表、差动压力表、流体静力在曲面上的特性

习题课：掌握流体静力学方程的应用问题。进行大量有关作用于平面和曲面上的力的习题演练   

（三）  流体动力学基础        学时：6 

教学内容：本章是流体力学的基础和流体力学在工程中的应用。介绍了流体运动的两种描述方法，流体运动的基本类型和基本概念，运动的连续性微分方程，运动的欧拉微分方程和基于欧拉法的N -S方程。主要运用欧拉法的基本概念和总流分析方法，推导出三种基本方程:连续性方程、能量方程和动量方程。同时对工程应用中的三个基本方程进行了解析计算。

教学要求：掌握基本概念；欧拉运动微分方程；质量守恒定律在流体力学的应用——连续性方程；能量守恒定律在流体力学中的应用——伯努利方程；   动量方程——动量守恒等

重点、难点：重点掌握连续性方程、伯努利方程、动量方程的应用问题。

（四）  粘性流体的一维流动    学时：8

教学内容：运用能量方程式确定流动过程中流体所具有的能量变化，确定各断面上位能、压力能和动能之间的关系以及计算为流动应提供的动力等，解决能量损失项的计算问题。孔口管嘴管路流动中应用流体力学基本原理，研究孔口、管嘴及管路的流动。研究流体经容器器壁上孔口或管嘴出流，以及流体沿管路的流动。

教学要求：掌握水力光滑管、水力粗糙管等基本概念；掌握粘性流体管内流动的两种损失；粘性流体的两种流动状态；掌握管道进口段中粘性流体的流动；圆管中的层流流动；粘性流体的紊流流动；尼古拉兹实验及孔口出流等

重点、难点：粘性流体管内流动的两种损失；粘性流体的两种流动状态。

（五）气体的一维定常流动       学时： 4

教学内容：讨论理想气体一维定常流动的基本规律。

教学要求：掌握气体一维流动的基本概念；气体一维定常流动的基本方程；气流的三种状态和速度系数；气流的三种状态和速度系数；喷管流动的计算和分析；实际气体在管道中的定常流动等问题

重点、难点：喷管流动的计算和分析

（六）粘性流体的绕流问题                   学时： 5

教学内容：粘性流体的运动微分方程、边界层的概念及控制方程，绕流流动现象。    

教学要求：掌握边界层的概念以及边界层的基本特征；N-S 方程的推导；了解本构方程。

重点、难点：N-S 方程的推导

三、教材与学习资源

《工程流体力学》，中国电力出版社，杜广生主编。                   

《工程流体力学》（第二版），中国电力出版社，周云龙，洪文鹏。

《流体力学》，机械工业出版社，清华大学热能工程系郑洽馀，鲁钟琪主编

四、考核方式

闭卷考试，平时成绩占30%，期末成绩占70%

五、教学策略与方法建议

在教学过程中注重数学在流体力学中的应用，强调定理、方程所涵盖的数学知识。重视理论与工程实际的结合，在例题和习题的选取上，尽量和工程实际相结合。