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《工程流体力学》教学大纲
2019-05-07 14:38     (点击: )

《工程流体力学》教学大纲

课程类别/性质:专业基础课/必修课程编号:02042103*

时:48                                              学分:3

所属模块:专业基础模块适用专业:能源与动力工程专业

一、课程性质与目标

《工程流体力学》课程是能源与动力工程专业的一门实践性和应用性很强的技术基础课。课程内容以流体的物理性质、流体静力学、流体运动学和流体动力学为基础,与电力企业的设备结构、生产运行密切联系。

课程的主要任务是使学生掌握流体平衡、运动规律、流体与物体间相互作用和能量转换之间的内在联系等基础知识,能正确理解并应用基本理论去分析和解决实际问题。掌握理论计算和试验的基本技能,为以后学习专业课程提供充分的理论与技能支持,为从事实际工作奠定必要的理论基础。

先修课程:《高等数学》、《线性代数》、《工程力学》、《大学物理》、《金属材料》等。

后续课程:《泵与风机》、《锅炉设备及系统》《汽轮机设备及系统》《热力发电厂》等。

二、课程教学要求

(一)知识要求

1.能够结合流体的宏观物理性质分析流体在动力设备中流体处于各种工况、各种状态下的特征和运动规律,并对各种物理参量进行定量计算。

2.掌握流体平衡规律和流体与各种复杂表面间相互作用的关系,能进行平衡状态下静压强、水力载荷分布规律的分析、计算与设计。

3.掌握黏性流体运动参量间的关系、能量转化和水头损失的规律,各种复杂管路及管道阀件的计算问题。

4.掌握与流场相关的基本概念、定理和复杂流动的叠加方法,能对涡轮机、泵、风机和压气机等叶栅中受到流体作用力的原理进行分析和计算。

5.掌握黏性流体管外扰流边界层的形成及其主要特征,绕流物体的阻力与升力的含义及其计算应用,能够对曲面边界层的分离现象进行过程分析并在实际问题上应用。

6.初步掌握流体力学中以相似原理为基础的模型试验方法及其广泛应用。

(二)能力要求

1.能够通过所掌握的相关基本方法和技能,熟练运用流体力学的公式、图表,物理性质和相关概念与定理。

2.掌握测量水位、压强、流速、流量的常规方法和常见仪表的使用要求,具有观察水流现象,分析实验数据和撰写报告的能力。

3.能够对流体平衡和运动状态下的各种现象、问题进行描述、分析和计算,具备一定的解决实际问题的能力。

4.具有独立完成各种简单、复杂管路及特殊管道、管件的速度、压力分布规律以及水头损失的分析计算能力,能够进行初步的管道选型与设计安装。

三、教学内容及学时分配

序号

教学内容

主要教学内容教学基本要求

学时

学时分配

讲授

实验

上机

1

流体的基本物理性质

(1)流体及其物理性质

(2)流体的定义和特征

(3)流体作为连续介质的假设

要求:掌握流体的定义和特征;掌握流体的连续介质假说的内容和意义。掌握作用在流体上的力(重点);掌握流体密度的含义,计算应用。掌握流体膨胀性、压缩性的含义、表达式及其应用。掌握流体粘性的含义、表达式及其应用。

6

6

2

流体静力学

(1)流体的静压强及其特性

(2)流体平衡微分方程

(3)重力场中流体的平衡帕斯卡原理

(4)液柱式测压计

(5)液体的相对平衡

(6)静止液体作用在平面、曲面上的总压力

要求:掌握流体静压强的基本特性,等压面的概念及性质(重点);掌握平衡微分方程和静力学基本方程式的形式、意义及其应用。掌握压强的表示及其应用,熟悉液柱式测压计的应用;掌握流体相对平衡的含义和应用(重点)。掌握静止液体作用在平面上总压力的计算与应用;熟悉静止液体对曲面总压力的计算与应用(难点)

8

8

3

流体运动学

(1)流体运动的描述方法

(2)流动的分类及相关基本概念

(3)输运公式与连续方程

(4)微分形式的连续方程

(5)流体微团运动的分解

(6)理想流体的运动方程

(7)涡流的基本概念和定理

(8)速度势流函数流网

(9)几种简单的平面势流和叠加问题

(10)均匀等速流绕过圆柱体的有环流与无环流平面流动

(11)叶栅的库塔儒可夫斯基公式库塔条件

要求:掌握研究流体流动的两种方法;熟悉流动的分类及掌握流动的一些重要概念:如控制体、流线、流管、流量、平均流速等。掌握流体的连续性方程的形式、实质及其应用掌握流体微分形式的连续方程及其应用;掌握流体微团运动形式及其应用;掌握流体微团运动的一些基本概念和速度环量、斯托克斯定理(难点)。掌握流体微团运动的汤姆孙定理、亥姆霍兹旋涡定理;掌握势函数和流函数的实质及其计算;掌握流网的相关概念(重点)。了解几种简单的不可压缩流体的平面流动;了解几种简单的无旋流动的叠加运动。了解平行流绕过圆柱体无环流的平面流动;了解平行流绕过圆柱体有环流的平面流动;掌握叶栅的库塔儒可夫斯基公式及库塔条件的实质及其应用(重点)

12

12

4

流体动力学

(1)理想流体的运动微分方程及积分

(2)动量方程动量矩方程

(3)伯努利方程及其应用

(4)性流体总流伯努利方程

(5)管内流动的能量损失

(6)管道进口段黏性流体的流动

(7)粘性流体的两种流动状态及其动力学特征

(8)沿程损失的实验研究与水力计算

(9)局部损失的水力计算

(10)各类管流和技术装置的水力计算

(11)管内流动和水力计算液体出流

(12)水击现象

(13)粘性流体微分形式的运动方程

(14)边界层的基本概念及平板边界层近似计算

(15)曲面边界层的分离现象

(16)绕圆柱体的流动卡门涡街

(17)物体的阻力自由沉降速度

(18)微弱压缩波的一维传播与基本概念

(19)正激波

(20)变截面管流

(21)微弱压缩波在空间的传播

要求:熟悉理想流体的运动微分方程的形式和应用。掌握欧拉积分式和伯努利积分式的区别;掌握流体动量方程的形式、实质及其应用(重点)。掌握理想流体伯努利方程形式、实质及其应用(重点)。能对性流体总流进行伯努利方程计算应用(重点)。掌握管内流动能量损失的种类、发生条件、实质及其计算;掌握黏性流体两种基本流态的判据;了解管道入口段中的流动特点。掌握层流、紊流的相关概念及其动力学特征。熟悉沿程损失的实验方法。掌握沿程损失的计算关键及其应用;掌握局部损失的计算关键及其应用。掌握管道水力计算的特点和方法(难点)。掌握管流损失计算的一般示例;熟悉水击现象的特征及其预防措施。掌握N-S方程的形式、实质及其应用。掌握边界层的特征及概念及其应用(重点),了解相关计算内容。掌握曲面边界层的分离现象的原因及其应用(重点)。掌握卡门涡街现象;掌握绕流物体的阻力与升力的含义及其应用(重点);掌握边界层的控制方法。掌握气体一维、二维流动的基本概念。掌握激波的含义及其特点;了解激波产生的原因;熟悉变截面管流特点。

18

18

5

相似原理和量纲分析

(1)流动的力学相似

(2)动力相似准则

(3)流动的相似条件

(4)近似的模型试验

(5)量纲分析法

要求:了解流动力学相似,动力相似准则,流动相似条件;了解准则数在模型试验的应用;了解量纲分析法的意义与应用。

4

4

合计

48

48

四、成绩评定

平时成绩:15%(出勤、课堂表现)

业:5%

验:20%

末:60%

五、参考资料

[1] 孔珑 主编,《工程流体力学》,第四版,山东工业大学,中国电力出版社出版2014.2

[2] 周云龙、洪文鹏合编,《工程流体力学》,第三版,中国电力出版社,2006.8

[3] 周欣 主编,《工程流体力学》,(第一版),中国电力出版社,2007.9

[4]陈卓如主编,《工程流体力学》,高等教育出版社,2004.1

六、大纲编写人员一览表

参与大纲编写的校内人员

吴兴伟、李敬、卫运刚、唐美玲、张宏志、胜兴

参与大纲编写的校外人员

×××(公司名称、职务)

课程负责人

关多娇

专业负责人

徐有宁

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