《工程流体力学》教学大纲

第一篇：《工程流体力学》教学大纲

《工程流体力学》教学大纲

英文名称：Engineering Fluid Dynamics

学时：64 学时（其中实验8学时）

先修课程：工程热力学、高等数学、普通物理

教学对象：热能动力工程及相关专业本科生

教材：工程流体力学（山东工业大学孔珑主编）（中国电力出版社）工程流体力学（归柯庭等编）（科学出版社）

教学目的：

本课程是热能动力工程专业本科生必修的三大专业基础课之一，是学生学习后继专业课程和从事本专业的科研、生产工作所必备的理论基础。通过本课程的学习，使学生掌握各种热力和其它设备中的流体平衡和流动的基本规律，深入了解流体绕过物体或流过某种通道时的速度分布、压强分布、能量损失及流体同固体间的相互作用，为以后从事相应的科学研究、工程应用和实际操作提高分析问题和解决问题的能力，提供坚实的理论基础。

教学要求：

本课程的教学与学习侧重于掌握流体力学的基本概念、基本规律、基本的计算方法和实验技能，会推导一些基本的公式和方程，明确这些公式的物理意义，同时结合课后的习题练习和实验操作，学会熟练应用这些基本公式，加深对流体平衡和流动的理解，为进一步研究特殊流体的流动和流体在热力设备中的特殊流动规律及相应的工程应用服务。本课程的前三章内容是整个课程的基础，必须重点掌握，第四章是流体力学试验研究的理论基础，第五、六章是热能动力工程中常见的管流计算，必须熟练应用，最后三章是前述内容的更深入化，为分析和进一步研究工程实际中的复杂流动奠定基础。

教学内容：

第一章绪论（4学时）

1、流体的定义和特征

2、流体连续介质的假设

3、作用在流体上的力

4、流体的特性及主要物性参数（粘性、密度等）

5、液体的表面性质

基本要求：

掌握流体连续介质的假设，了解作用在流体上的力和流体的主要物理性质、液体的表面性质。

重点：

流体的定义和特征、连续介质的假设、作用在流体上的力、流体的主要物理性质、液体的表面性质。

难点：

流体的连续介质的假设、流体的粘性和液体的表面张力等都是以前未曾接触过的新概念，必须准确理解。

第二章流体静力学（6学时）

1、流体的静压强及特性

2、流体平衡微分方程式

3、流体静力学基本方程式

4、绝对压强、计示压强、液柱式测压计

5、液体的相对平衡

6、静止液体作用在平面和曲面上的总压力

7、静止液体作用在物体上的浮力

基本要求：

掌握流体的静压强及特性、流体平衡微分方程式和流体静力学基本方程式的主要推导过程。了解工程上常用的压强的计示及测量方法。了解静止液体作用在平面和曲面上的总压力和静止液体作用在物体上的浮力。

重点：

掌握流体处于平衡状态的条件和压强的分布规律、平衡微分方程式、静力学基本方程式。

难点：

流体处于平衡状态的条件和压强的分布规律、平衡微分方程式、静力学基本方程式。

第三章流体运动的基本概念和基本方程（8学时）

1、研究流体流动的方法

2、流动的分类

3、迹线与流线

4、流管、流束、流量

5、系统与控制体

6、连续方程、动量方程与动量矩方程、能量方程

7、伯努利方程及其应用

8、沿流线主法线方向压强和速度的变化

9、粘性流体总流的伯努利方程

基本要求：

掌握流体运动的基本概念和基本方程以及研究流体流动的方法。广泛地深入地理解连续方程、动量方程与动量矩方程、能量方程。熟练掌握伯努利方程及其应用。

重点：

连续方程、动量方程与动量矩方程、能量方程、伯努利方程及其应用。

难点：

准确理解连续方程、动量方程与动量矩方程、能量方程的推导过程。熟练掌握伯努利方程及其应用。

第四章相似原理和量纲分析（4学时）

1、流动的力学相似

2、动力相似准则

3、流动相似条件

4、近似的模型试验

5、量纲分析法

基本要求：

掌握流体流动的力学相似性、动力相似准则、流动相似条件。熟练应用量纲分析法。

重点：

流体流动的力学相似性、动力相似准则、流动相似条件。熟练应用量纲分析法。几个重要的准则数（雷诺数、欧拉数、马赫数、柯西数、韦伯数等）的物理意义及其表达式。

难点：

相似原理和量纲分析法是以前未曾接触过的，但它们是最基本的试验研究的理论处理方法，必须熟练掌握。

第五章管流损失和水力计算（6学时）

1、管内流动的能量损失

2、粘性流体的两种流动状态、层流流动与紊流流动

3、管道入口段中的流动

4、沿程损失与局部损失

5、管道水力计算

6、液体的出流

7、水击、气穴、气蚀简介

基本要求：

熟练掌握工程上常见的和基本的流体流动的能量损失（沿程损失与局部损失）的计算过程，熟练应用莫迪图。准确理解粘性流体的两种流动状态（层流流动与紊流流动）的基本概念、分类。熟练计算管道中流体的水力过程。

重点：

基本的流体流动的能量损失（沿程损失与局部损失）的计算过程，莫迪图的应用。粘性流体的两种流动状态（层流流动与紊流流动）的基本概念、分类。熟练计算管道中流体的水力过程。

难点：

流体流动的能量损失的计算。粘性流体的层流流动与紊流流动的基本概念、分类。管道中流体的水力计算。

第六章气体的一维流动（6学时）

1、微弱扰动的一维传播、声速、马赫数

2、气流的特定状态和参考速度、速度系数

3、正激波

4、变截面管流

5、等截面摩擦管流、换热管流

基本要求：

掌握流体一维流动中的声速和马赫数的基本概念和计算过程。了解气流的特定状态和参考速度、速度系数，以及正激波的概念。掌握变截面管流、等截面摩擦管流、换热管流中相应的一些定义量的概念和计算。

重点：

微弱扰动的一维传播、声速、马赫数是本章的基本点。变截面管流、等截面摩擦管流、换热管流中相应的一些定义量的概念和计算是以后工程上经常碰到的基本工程问题的处理，必须深刻理解和掌握。

难点：

微弱扰动的一维传播过程。变截面管流、等截面摩擦管流、换热管流中相应的一些定义量的概念和计算。

第七章理想流体的有旋流动和无旋流动（10学时）

1、微分形式的连续方程、有旋流动、无旋流动

2、理想流体的运动微分方程、伯努利方程、定解条件

3、涡线、涡管、涡束、涡通量的介绍

4、速度环量、斯托克斯定理等

5、有势流动、速度势和流函数

6、几种简单的不可压缩流体的平面流动、平面无旋流动的叠加

7、平行流绕过圆柱体无环流的平面流动、有环流的平面流动

8、叶栅的库塔—儒可夫斯基公式、库塔条件

基本要求：

掌握流体理想流体的有旋流动和无旋流动、相应运动微分方程和伯努利方程及其定解条件。了解有势流动、速度势和流函数的概念。了解简单的不可压缩流体的平面流动、平面无旋流动的叠加，以及平行流绕过圆柱体无环流的平面流动、有环流的平面流动。

重点：

理想流体的有旋流动和无旋流动、相应的运动微分方程和伯努利方程及其定解条件。有势流动、速度势和流函数的概念。简单的不可压缩流体的平面流动、平面无旋流动的叠加，以及平行流绕过圆柱体无环流的平面流动、有环流的平面流动。

难点：

有旋流动和无旋流动、相应的运动微分方程和伯努利方程及其定解条件。有势流动、速度势和流函数的概念。简单的不可压缩流体的平面流动、平面无旋流动的叠加，以及平行流绕过圆柱体无环流的平面流动、有环流的平面流动。

第八章粘性流体绕过物体的流动（10学时）

1、不可压缩粘性流体的运动微分方程

2、不可压缩粘性流体的层流流动

3、边界层、层流边界层及其微分和积分方程

4、边界层的位移厚度和动量损失厚度

5、平板的层流边界层、紊流边界层、混合边界层的近似计算

6、曲面边界层的分离现象

7、绕过圆柱体的流动、卡门涡街；物体的阻力及阻力系数、边界层的控制

8、小雷诺数时绕过静止圆球的定常平行流

9、自由淹没射流

基本要求：

掌握不可压缩粘性流体的运动微分方程，明确边界层的概念与分类及其微分方程和积分方程，熟悉流过平板的层流边界层、紊流边界层及混合边界层的近似计算。了解边界层的分离现象、绕过圆柱体的流动和卡门涡街的概念、以及流体的阻力和阻力系数的计算。了解边界层的控制方法。

重点：

边界层是粘性流体绕过物体流动时最基本的现象，而不可压缩粘性流体的运动微分方程，建立边界层的微分方程和积分方程是最基本的分析方法。必须熟悉流过平板的层流边界层、紊流边界层及混合边界层的近似计算。了解边界层的分离现象、绕过圆柱体的流动和卡门涡街的概念、以及流体的阻力和阻力系数的计算，了解边界层的控制方法，为进一步分析工程实际和深入的试验研究时出现的边界层问题提供基本的理论基础。

难点：

不可压缩粘性流体的运动微分方程、边界层的微分方程与积分方程和流过平板的层流边界层、紊流边界层及混合边界层的近似计算是本章的难点。

第九章气体的二维流动（2学时）

1、微弱扰动在空间的传播、马赫锥

2、微弱扰动波

3、斜激波

4、激波的反射和相交

5、激波与边界层的相互干扰

基本要求：

本章为超音速流动过程中出现的一些主要现象的描述和计算，只作一般了解。

实验安排（8学时）

1，流线演示2学时

2，沿程阻力的测定2学时

3，绕流圆柱体压力分布的测定2学时

4，伯努里方程的应用2学时

参考教材

1，华大学工程力学系编，流体力学基础，北京，机械工业出版社，上册1980，下册1982。

2，西安交通大学流体力学教研室编，江宏俊主编，流体力学，上下册，北京，高等教育出版社，1985。

3，（美）J.W,戴莱，D.R.F.哈里曼著，流体力学，郭子中，陈玉璞等译，北京，人民教育出版社，1983。

第二篇：流体力学风机与泵教学大纲

《流体力学风机与泵》课程教学大纲

制定依据：本大纲根据2014版本科人才培养方案制定 课程编号：I0220024 学时数：48 学分数：3 适用专业：无机非金属材料工程

先修课程：大学物理、高等数学、工程力学 考核方式：考试

一、课程的性质和任务

本门课程讲述流体的基本概念和属性，尤其是流体与刚体和固体在力学行为方面的区别。以此为基础和出发点，介绍流体静平衡所遵循规律及点压和面压的计算方法，并以介绍流体运动的一系列基本概念为前提，推导出流体力学的三大基本方程。然后介绍管路系统的水力计算和流体孔口出流计算以及水击现象的基本概念，并介绍相似性原理和因次分析方法，讲述泵与风机工作原理及典型结构，了解泵与风机的实际运行知识，重点掌握如何选择泵与风机。

本课程以流体力学基础为主，流体力学部分学生主要应掌握基本理论和计算方法，特别是一元流动的基本理论和计算方法，需要牢固掌握泵与风机结构、工作原理和运行维护知识。这为后续课程的学习提供必要基础知识和计算方法，同时，也为学生今后解决生产实际问题打下理论基础和技能准备。

二、教学内容与要求

理论教学（学时：48）绪论（2学时）

（一）教学内容

1．流体力学的研究对象、任务及应用(B)； 2．作用在流体上的力(A)； 3．流体的主要力学性质(A)； 4．流体的力学模型(B)。

（二）教学要求

1.理解流体力学的研究对象、任务及应用，流体的力学模型； 2.掌握作用在流体上的力，流体的主要力学性质； 作业：P12—P13，习题1-

3、1-

7、1-

9、1-

12、1-14。

流体静力学（7学时）

（一）教学内容

1．流体静压强及其特性(A)； 2．流体平衡微分方程(A)；

3．重力作用下静压强的分布规律(A)； 4．压强的表示方法(A)； 5．液柱式测压计(A)；

6．作用于平面上的液体总压力(B)。

（二）教学要求

1.理解作用于平面上的液体总压力；

2.掌握流体静压强及其特性，流体平衡微分方程，重力作用下静压强的分布规律，压强的表示方法，液柱式测压计；

作业：P43—P47，习题2-

1、2-

3、2-

11、2-

19、2-

22、2-

23、2-

27、2-28。一元流体动力学基础（7学时）

（一）教学内容

1.描述流体运动的两种方法(A)； 2.描述流场的几个概念(B)； 3.连续性方程(A)； 4.恒定元流能量方程(A)； 5.过流断面的压强分布(A)； 6.恒定总流能量方程(A)； 7.能量方程的应用(A)； 8.总水头线和测压管水头线(B)； 9.恒定气流能量方程(A)； 10.恒定流动量方程(B)。

（二）教学要求

1.理解描述流场的几个概念，总水头线和测压管水头线，恒定流动量方程；

2.掌握描述流体运动的两种方法，连续性方程，恒定元流能量方程，过流断面的压强分布，恒定总流能量方程，能量方程的应用，恒定气流能量方程；

作业：P85—89，习题3-

3、3-

5、3-

8、3-

9、3-

12、3-

13、3-

21、3-

25、3-

28、3-29。流动阻力与能量损失（7学时）

（一）教学内容

1.沿程损失和局部损失(A)； 2.两种流态与雷诺数(A)； 3.圆管均匀流及其沿程损失(A)； 4.圆管中的层流运动(A)；

5.紊流运动的特(A)性和紊流阻力(A)； 6.尼古拉兹实验(B)；

7.工业管道紊流阻力系数的计算(A)； 8.非圆管流的沿程损失(A)； 9.管道流动的局部损失(B)； 10.减少阻力的措施(C)。

（二）教学要求

1.理解尼古拉兹实验，管道流动的局部损失，减少阻力的措施；

2.掌握沿程损失和局部损失，两种流态与雷诺数，圆管均匀流及其沿程损失，圆管中的层流运动，紊流运动的特，性和紊流阻力，工业管道紊流阻力系数的计算，非圆管流的沿程损失；

作业：P126—129，习题4-

2、4-

5、4-

8、4-

19、4-

21、4-

23、4-

27、4-

29、补充习题2道。

孔口管嘴管路流动（6学时）

（一）教学内容 1.孔口自由出流(A)； 2.孔口淹没出流(A)； 3.管嘴出流(A)； 4.简单管路(A)； 5.管路的串联与并联(A)； 6.管网计算基础(C)。

（二）教学要求

1.掌握孔口自由出流，孔口淹没出流，管嘴出流，简单管路；

作业：P152－P155,习题5-

3、5-

8、5-

15、5-

17、5-

22、5-

24、补充习题1道。气体射流（2学时）

（一）教学内容

1.气体空间淹没紊流射流的特性(B)； 2.圆段面射流的运动分析(B)； 3.平面射流(B)； 4.温差或浓差射流(B)； 5.有限空间射流(C)。

（二）教学要求 1.理解气体空间淹没紊流射流的特性，圆段面射流的运动分析，平面射流，温差或浓差射流，有限空间射流；

作业：P179—P180，习题6-

1、6-

2、6-

6、6-

10、6-11。相似性原理和因次分析（3学时）

（一）教学内容

1.力学相似性原理(A)； 2.相似准数(B)； 3.模型率(B)； 4.因次分析法(A)。

（二）教学要求

1.理解相似准数和模型率；

2.掌握力学相似性原理，因次分析法；

作业：P284—P285，习题10-

1、10-

3、10-

6、10-

11、补充习题一道。叶片式泵与风机的理论基础（5学时）

（一）教学内容

1.工作原理及性能参数(A)；

2.离心式泵与风机的基本方程－欧拉方程(B)； 3.叶型及其对性能的影响(B);4.理论的流量－压头曲线和流量－功率曲线(A)； 5.泵与风机的实际性能曲线(B)； 6.相似律与比转数(B)； 7.相似律的实际应用(A)。

（二）教学要求

1.理解离心式泵与风机的基本方程－欧拉方程，叶型及其对性能的影响，泵与风机的实际性能曲线，相似律与比转数；

2.掌握工作原理及性能参数，理论的流量－压头曲线和流量－功率曲线，相似律的实际应用；

作业：P311—P312，思考题1、4，习题11-

4、11-

5、11-

6、11-

7、11-15.叶片式泵与风机在管路上的工作分析及调节（4学时）

（一）教学内容

1.管路性能曲线及工作点(A)； 2.泵与风机的联合工作(A)； 3.离心式泵与风机的工况调节(A)； 4.管道内的压力分布(B)。

（二）教学要求

1.理解管道内的压力分布；

2.掌握管路性能曲线及工作点，泵与风机的联合工作，离心式泵与风机的工况调节； 作业：P329、思考题1、2、4。泵与风机的安装方法与选择（3学时）

（一）教学内容

1.离心式泵的构造特点(C)；

2.离心泵正常工作所需附件及扬程计算(A)； 3.泵的气蚀与安装高度(A)； 4.离心式风机的构造特点(C)； 5.泵与风机的选择(C)。

（二）教学要求

1.理解离心式泵的构造特点，离心式风机的构造特点，泵与风机的选择； 2.掌握离心泵正常工作所需附件及扬程计算，泵的气蚀与安装高度； 作业：P352，习题13-

1、13-

2、13-

4、13-

5、13-

6、13-7.其它常用泵及压气（缩）机（2学时）

（一）教学内容 1.往复式泵(C)； 2.真空泵(C)； 3.深井泵(C)； 4.活塞式压缩机(C)。

（二）教学要求

1.了解往复式泵，真空泵，深井泵，活塞式压缩机；

三、考核方式

材料工程基础课程的考核以平时考核和期末考试相结合，平时考核包括出勤、作业和课堂表现等确定学生平时成绩，平时考试成绩占30%，卷面成绩占70%。

四、参考教材及其它参考资料

1、参考教材：

《流体力学泵与风机》，蔡增基主编，中国建筑工业出版社，1999年第4版

2、其它参考资料：

[1]《工程流体力学》，莫乃榕编著，华中科技大学出版社，2009年第2版

[2]《流体力学泵与风机》，周谟仁主编，中国建筑工业出版社，1994年第3版 [3]《流体力学与流体机械》，屠大燕主编，中国建筑工业出版社，1994年第1版 [4]《流体力学》, 张兆顺编，清华大学出版社，1999年第1版 [5]《流体力学》，姜兴华等编，西南交通大学出版社，1999年第1版

执笔人：侯伟 教研室主任签字： 院长院长（部主任）签字： 2014年07月05日

第三篇：《工程流体力学》课程引入PBL教学法探讨

《工程流体力学》课程引入PBL教学法探讨

【摘 要】针对工程流体力学传统教学方法不利于调动学生主观能动性的不足，引入PBL教学法进行教学改革，详细描述了《工程流体力学》课程PBL教学模式实施步骤，讨论了PBL教学法实施效果，最后分析了成功实施PBL教学法需要注意的问题。

【关键词】工程流体力学；问题学习法；教学模式

中图分类号： G642.3 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2017）32-0023-002

【Abstract】In Engineering Fluid Mechanics course，the traditional teaching method made it difficult to arouse the students’ initiative to study.To solve this problem，a teaching method based on PBL was presented.A detailed description of actualizing approaches based on PBL teaching method was demonstrated and the test result was discussed.Finally，the key issues of PBL teaching method were emphasized.【Key words】Engineering Fluid Mechanics； PBL； Teaching Mode

0 引言

工程流体力学课程作为能源与动力工程专业三大核心专业基础课程之一，其教学质量的好坏直接影响能动专业本科生后续专业课的学习，甚至影响学生毕业后从事本?Ｒ倒ぷ鞯氖と文芰Α８每纬叹哂懈拍畛橄蟆⒐?式繁多、推导复杂、应用型强等特点[1]，导致学生在学习时出现积极性不高、学习效率低、对课程产生恐惧心理等不良情况，必须对工程流体力学传统教学模式进行改革。本文分析了工程流体力学传统教学模式的不足，引入PBL教学模式进行改革，针对工程流体力学课程提出实施步骤，并对实施效果进行分析，讨论了应用PBL教学方法需要注意的问题。工程流体力学传统教学方法存在的问题

结合工程流体力学课程特性，根据多年工程流体力学课程教学实践发现，采用传统教学方法存在以下三方面问题。

（1）传统教学方法导致学生被动接受知识，没有充分发挥学生积极性。传统教学方法中教师主讲，学生听课的模式，以学生熟悉掌握授课大纲内容为目标，教师倾力向学生灌输知识，学生被动地接受知识，没有充分调动学生的主观能动性和学习积极性，在教学过程中没有充分的思考和理解，只是简单地对课程知识点进行背诵，学生无法体会到工程流体力学课程魅力所在，也无法体会流体力学知识在生产实践中应用的美妙之处。

（2）传统教学方法不利于学生追根寻底精神的培养，阻碍了学生创新能力的培养[2]。采用传统教学方法，学生对很多流体力学概念主要通过对课本的记忆，或者是通过互联网搜索而得出，缺少了学生的思考、归纳和总结过程，也导致了整个课程的知识点是凌乱记忆的，存在只见树木不见森林的学习现象，无法构建系统的知识体系，学生无法将课程各章节之间的关系建立联系。

（3）传统教学方法导致课程实践教学环节效果不理想，不利于学生实践能力的培养。流体力学的研究方法主要有理论分析法、实验模拟法、数值仿真法和现场观测法，这几种方法相辅相成，相互验证。在工程流体力学课程中，很多结论和公式不是通过严密的理论推导而是基于系统的实验得出，传统“填鸭式”教学方式忽略实验背景知识的讲解、实验原理的探寻、理论与实践的结合，不仅让学生无法理解实验结论的意义以及对相关知识点进行应用推广，还让学生在实验教学时只是根据实验步骤操作实验，无法理解其深层次含义。应用PBL教学方法实施步骤

针对传统教学方法存在的弊端，课程教学采用基于PBL教学法进行改革。PBL教学法是一种以问题为导向以学生为主体的教学方法，也是近年来教育工作者研究的热点[3-5]。该方法将学生置身于以问题为中心的全新情景中，通过小组合作的方法探寻问题的根源，利用课程知识点来分析和解决问题，达到掌握课程知识点的目的，经过这个过程，促进了学生分析问题和解决问题的能力，培养了学生自主学习、逻辑推理和团队协作能力。

采用基于PBL教学模式后，需要依据教学大纲内容对传统教学方法教学设计进行修改，规划基于PBL教学方法实施过程，从而提高教学质量。基于PBL教学方法的工程流体力学课程实施步骤如下：

（1）创建基于PBL模式的课堂讨论小组。以专业为单位进行分组，每组成员4-6人，为便于学生讨论和团队合作，学习可以自行组建团队，并推荐1名学生作为组长，组长接受教师分配的任务，负责组织本组组员进行讨论，协调组员对基于PBL模式所设置的问题进行讨论，记录讨论过程，对讨论结果进行归纳总结。

（2）根据课程知识点设置基于PBL模式问题。根据工程流体力学课程教学大纲要求，对课程按照章和小节进行划分，以每2个学时作为时间单元，针对流体力学课程需要掌握的知识点设计提问问题，在设计提问问题时需要考虑到问题的难度和广度等因素，使得学生能通过自身的努力达到目标，合理地调动学生学习积极性。

（3）通过查阅相关资料，小组内部交流解决问题。教师在每次授完课后布置基于PBL模式问题给学生，小组组长在课后组织本组组员进行分工合作，查阅流体力学相关教材、电子数据库等不同形式的参考资料，通过组员之间的深入交流和讨论，提出基于流体力学知识点的问题解决方案或者对问题给出合理解释，并记录整个讨论过程，总结讨论结论。

（4）小组对问题的解决进行汇报。每次上课前，教师检查学生对问题的解决情况，随机抽取1-2组的学生进行汇报，考查学生对知识点的理解情况。在学生汇报时，老师尽量做到每次请不同的学生来进行汇报，保证班上所有的同学都积极参与到问题的探讨，这样也便于教师对问题学生进行针对性的辅导，掌握整个班级的学情情况。

（5）教师点评与分析。通过学生的汇报，教师可以了解学生对知识点的掌握情况，对表现良好的学生给予肯定，同时也能了解到学生在相关知识点所涉及的前修课程知识和学生个性差异等情况，更加深入地了解班级学情情况，在接下来讲解相关知识点时可以做到有的放矢，更加突出讲课的重点和难点，学生也在有基础的情况下认真听课，在听课过程中发现自己对相关知识点思考的片面性、不够深入等问题，同时听课也是对课前小组讨论问题的再一次复习，取得了良好的教?W效果。PBL教学方法实施效果

通过课后无记名问卷调查，调查内容主要包括是否有必要采取基于PBL教学模式、对课程印象最深刻的知识点、对课程最感兴趣的知识点、对教师讲授印象最深的知识点、对小组讨论印象最深的知识点等内容，学生将调查结果以书面形式提交给教师。调查结果发现，超过80%的学生认为PBL教学方法对学习有促进作用，值得提倡和推广，很多学生认为该教学方法提高了自主学习积极性，增加了同学之间的友谊，锻炼了知识点归纳和分析的能力，增加了学习成就感。

同时也对采用PBL教学方法的班级进行了纵向对比，在试题题型、分值分布一样且试题难度相当的期末考试中，采用了PBL教学方法的班级比往届平均分高出5-8分，特别是在选择题、填空题方面掌握程度明显偏高，说明PBL方法加深了学生对知识点的理解，提高了教学质量。基于PBL教学方法讨论

通过采用PBL教学方法可以提高工程流体力学课程教学质量，锻炼学生学习自主性和分析问题解决问题的能力，培养团队协作精神，极大地提高学生的综合素质，为学生后续专业课程的学习奠定良好基础。然而，要成功采用PBL教学方法，教师还需要处理好以下三个方面问题。

（1）PBL教学方法要求教师具有更深厚的专业基础知识。在采用PBL教学模式后，教师不再是教学的主体，而变成学生是主体，学生在讨论时所提出的问题可能涉及面广、凌乱且发散的，这就要教师需要更深厚和宽广的专业知识，及时归纳和总结学生提出的相关问题，并将这些问题巧妙地与课程知识点进行结合，灵活地驾驭整个教学过程。

（2）设计PBL教学问题是关键。教师在设计PBL教学问题之前，要对学生先修知识掌握情况进行了解，要充分分析整个班级的学情情况，结合这些实际情况充分提炼课程知识点，形成难度适中又包括课程知识点的PBL教学问题。

（3）调动学生积极性是核心。学生作为PBL教学方法的主体，其参与程度直接影响教学效果，在课程实施过程中发现，讨论小组的组合和组长的选举对教学影响很大，一个优秀的组长和配合默契的组员可以顺利地完成所分配的问题和任务，反之，便会出现任务完成不及时、完成质量差、不能充分调动所有组员积极性等问题。

【参考文献】

[1]谢翠丽，倪玲英.《工程流体力学》本科课程引入CFD教学的探讨[J].力学与实践，2013，35（3）：91-93.[2]庞?S佶，陈俊俊，陈义胜，等.关于工程流体力学教学过程中的几点思考[J].教育教学论坛，2015（45）：143-144.[3]高志军，陶玉凤.基于项目的学习（PBL）模式在教学中的应用[J].电化教育研究，2009（12）：92-95.[4]李立，杜洁敏.大学英语分科教学背景下学术英语PBL教学模式研究[J].外语教学，2014，35（5）：55-58.[5]汪青.国内医学院校PBL教学模式的应用现状及问题剖析[J].复旦教育论坛，2010，18（5）：88-91.

第四篇：流体力学课件

流体力学是力学的一个分支，主要研究在各种力的作用下，流体本身的静止状态和运动状态以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动规律。下面小编给大家带来流体力学课件，欢迎大家阅读。

流体力学课件

一、流体的基本特征

1.物质的三态

在地球上，物质存在的主要形式有：固体、液体和气体。

流体和固体的区别:从力学分析的意义上看，在于它们对外力抵抗的能力不同。

固体：既能承受压力，也能承受拉力与抵抗拉伸变形。

流体：只能承受压力，一般不能承受拉力与抵抗拉伸变形。

液体和气体的区别：气体易于压缩;而液体难于压缩;液体有一定的体积，存在一个自由液面;气体能充满任意形状的容器，无一定的体积，不存在自由液面。

液体和气体的共同点：两者均具有易流动性，即在任何微小切应力作用下都会发生变形或流动，故二者统称为流体。

2.流体的连续介质模型

微观：流体是由大量做无规则运动的分子组成的，分子之间存在空隙，但在标准状况下，1cm3液体中含有3.3×1022个左右的分子，相邻分子间的距离约为3.1×10-8cm。1cm3气体中含有2.7×1019个左右的分子，相邻分子间的距离约为3.2×10-7cm。

宏观：考虑宏观特性，在流动空间和时间上所采用的一切特征尺度和特征时间都比分子距离和分子碰撞时间大得多。

(1)概念

连续介质(continuum/continuous medium)：质点连续充满所占空间的流体或固体。

连续介质模型(continuum continuous medium model)：把流体视为没有间隙地充满它所占据的整个空间的一种连续介质，且其所有的物理量都是空间坐标和时间的连续函数的一种假设模型：u =u(t,x,y,z)。

(2)优点

排除了分子运动的复杂性。物理量作为时空连续函数，则可以利用连续函数这一数学工具来研究问题。

3.流体的分类

(1)根据流体受压体积缩小的性质，流体可分为：

可压缩流体(compressible flow)：流体密度随压强变化不能忽略的流体。

不可压缩流体(incompressible flow)：流体密度随压强变化很小，流体的密度可视为常数的流体。

注：

(a)严格地说，不存在完全不可压缩的流体。

(b)一般情况下的液体都可视为不可压缩流体(发生水击时除外)。

(c)对于气体，当所受压强变化相对较小时，可视为不可压缩流体。

(d)管路中压降较大时，应作为可压缩流体。

(2)根据流体是否具有粘性，可分为：

实际流体：指具有粘度的流体，在运动时具有抵抗剪切变形的能力。

理想流体：是指既无粘性又完全不可压缩流体，在运动时也不能抵抗剪切变形。

二、惯性

一切物质都具有质量，流体也不例外。质量是物质的基本属性之一，是物体惯性大小的量度，质量越大，惯性也越大。单位体积流体的质量称为密度(density)，单位：kg/m3。

三、压缩性

1.压缩性

流体的可压缩性(compressibility)：作用在流体上的压力变化可引起流体的体积变化或密度变化，这一现象称为流体的可压缩性。压缩性可用体积压缩率k来量度。

2.体积压缩率k

体积压缩率k(coefficient of volume compressibility)：流体体积的相对缩小值与压强增值之比，即当压强增大一个单位值时，流体体积的相对减小值。

3.体积模量K

流体的压缩性在工程上往往用体积模量来表示。体积模量K(bulk modulus of elasticity)是体积压缩率的倒数。

k与K随温度和压强而变化，但变化甚微。

说明：a.K越大，越不易被压缩，当K时，表示该流体绝对不可压缩。

b.流体的种类不同，其k和K值不同。

c.同一种流体的k和K值随温度、压强的变化而变化。

d.在一定温度和中等压强下，水的体积模量变化不大

一般工程设计中，水的K=2×109 Pa，说明Dp =1个大气压时。Dp不大的条件下，水的压缩性可忽略，相应的水的密度可视为常数。

四、粘度

1.粘性

粘性：即在运动的状态下，流体所产生的抵抗剪切变形的性质。

2.粘度

(1)定义

流体的粘度：粘性大小由粘度来量度。流体的粘度是由流动流体的内聚力和分子的动量交换所引起的。

(2)分类

动力粘度：又称绝对粘度、动力粘性系数、粘度，是反映流体粘滞性大小的系数，单位：N"s/m2。

运动粘度ν：又称相对粘度、运动粘性系数。

(3)粘度的影响因素

流体粘度的数值随流体种类不同而不同，并随压强、温度变化而变化。

1)流体种类。一般地，相同条件下，液体的粘度大于气体的粘度。

2)压强。对常见的流体，如水、气体等，m值随压强的变化不大，一般可忽略不计。

3)温度。是影响粘度的主要因素。当温度升高时，液体的粘度减小，气体的粘度增加。

a.液体：内聚力是产生粘度的主要因素，当温度升高，分子间距离增大，吸引力减小，因而使剪切变形速度所产生的切应力减小，所以m值减小。

b.气体：气体分子间距离大，内聚力很小，所以粘度主要是由气体分子运动动量交换的结果所引起的。温度升高，分子运动加快，动量交换频繁，所以粘度增加。

3.牛顿内摩擦定律

a.牛顿内摩擦定律： 液体运动时，相邻液层间所产生的切应力与剪切变形的速率成正比。

说明：

1)流体的切应力与剪切变形速率，或角变形率成正比。——区别于固体的重要特性:固体的切应力与角变形的大小成正比。

2)流体的切应力与动力粘度m成正比。

3)对于平衡流体du /dy =0，对于理想流体m=0，所以均不产生切应力，即t =0。

b.牛顿平板实验与内摩擦定律

2.牛顿流体、非牛顿流体

牛顿流体(newtonian fluids)：是指任一点上的剪应力都同剪切变形速率呈线性函数关系的流体，即遵循牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。

非牛顿流体：不符合上述条件的均称为非牛顿流体

第五篇：(流体力学定义)

流体力学定义：

研究流体的平衡及运动规律 流体与固体之间的相互作用规律 以及流体的机械运动与其它形式的运动之间的相互作用规律的一门科学流体特征：

流体具有受到任何微小剪切力都能产生连续形变的特征 即流体的流动性 不能抵抗拉力和切向力 但能承受压力流体连续介质模型：

流体由流体质点组成 流体质点充满所占空间 流体质点之间无任何间隙存在 流体质点是微观上充分大 宏观上充分小的分子团

流体的压缩性：

在一定温度下 作用在流体上的压强增高时流体的体积将减小 这种特性称为流体的压缩性 不可压缩流动与不可压缩流体： 流体的压缩性及相应的体积弹性模量是随流体的种类 温度和压力而变化的 当压缩性对所研究的流动影响不大 可以忽略不计时 这种流动称为不可压缩流动 反之称为可压缩流动流体的膨胀性：

在压强一定的条件下 随着流体温度升高 其体积增大的性质称为流体的膨胀性流体的粘性：

粘性是指流体微团发生相对运动时产生切向做功的性质 是流体发生机械能损失的根据温度对粘性的影响： 液体随温度的升高 液体的粘度减小气体：随温度的升高气体的粘性增加

实际流体与理想流体： 实际流体具有粘性 因此在流体流动时都产生粘性力 忽略粘性或假定没有粘性的流体称为理想流体

作用在流体上的力：1 表面力 包括压力 切向力 2质量力静力学：研究流体在静止状态下的平衡条件及其内部的压力分布规律。

静止流体的压强特征： 1流体静压强方向沿着作用内面法线方向，即垂直指向作用面。2静止流体中任意一点的静压强与作用面方位无关，即在静止流体中的任意点上，受到来自各个方向的静压强大小均相等。压强的表示方法：绝对压强 相对压强 真空压强

静力学基本方程的几何意义：z 位置水头 p/ρg 压强水头，z +p/ρg 总水头。

静力学基本方程的物理意义： 位置水头z表示单位重量的流体从某一基准面算起所有的位置势能。简称比位能。压强水头p/pg表示单位重量流体从压强大为大气压强算起所具有的压强势能简称比压能

静止流体作用在壁面上的力总压力：

静止流体作用在任意形状面上的总压力大小等于平面形心处的压强乘以该平面的面积。静止流体作用在曲面上的总压力的大小和方向：

水平方向：水平方向投影面上所受的力。

垂直方向：压力体的液重。压力体：

由液体的自由表面（或其延伸面）承受压力的曲面和由该曲面的边线向上垂直引伸到自由液面（或其延伸面）的各个表面所围成的体积。它是为求静止流体作用在曲面上的力的垂直分量 拉格朗日法：

着眼于流体质点本身的运动情况，考察流体质点运动的全过程，所以又称跟踪法。欧拉法：

着眼于流场的某个固定位置 观察不同流体质点流经该位置时的参数变化情况。又称站岗法。迹线：

同一流体质点在一段时间内的运动轨迹线称为迹线。流线：

某一瞬时，在流场中画出由不同流体质点组成的空间曲线，该曲线上任一点的切线方向与流体在该点的速度方向一致，这条曲线即为流线。

流管：在流场中任取一条不是流线的封闭曲线L 过曲线上各点做流线，由这些流线围成的一个管状曲面 称为流管。

流束：流管内全部流体的总和，称为流束。

有效断面： 在流束或总流中，与所有流线相互垂直的断面称为有效断面。湿周 水力半径 缓变流和急变流：

缓变流是指流场中流线之间夹角较小和流线曲率半径比较大的流动。不同时具备上面两个条件的流动称为急变流 流函数的性质： 1等流函数线为流线

2平面流动中任意两条流线间的流函数差值等于两条流线间的单宽流量

层流 流体呈层状流,层与层之间不相掺混

湍流 流体质点边撞击边掺混边流动

边界层（附面层）：流体固壁附近的一个很薄的粘性流体流动层，在此薄层内流体速度梯度很大，薄层外流体速度梯度很小 粘性底层：

贴近壁面处厚度极薄的流体层，在这一层中，受壁面的制约 流动仍保持为粘性层流状态过渡区：

在粘性底层外有一个由粘性底层向湍流区发展的过渡层湍流区：

在距壁面稍远处 流动为充分发展的湍流状态 此区域称为湍流区

水力光滑管: 当雷诺数较小时，近壁处粘性底层完全掩盖住管壁粗糙突起,此时粗糙度对湍流不起作用.水力粗糙管: 随着雷诺数增加,当管壁突起完全暴露在湍流区时形成粗糙管.几何相似；

指原型流动与模型流动的空间及边界对应的几何尺寸称比例运动相似

指原型和模型两个流场的空间和边界所对点上的速度方向相同 大小成比例动力相似

指原型和模型两个流场对应点上的各种同类力方向相同 大小成比例

欧拉数物理意义 压力与惯性力的比值

雷诺数物理意义 惯性力与粘性力的比值 局部阻力产生的原因

1流动中流速的重新分布 2在漩涡中粘性力做功3流体中质点相互掺混 撞击引起的变化 减小局部损失的措施:减少沿程损失.1.减小管道长度L.2.合理增大管径d.3降低管壁当量粗糙度.4.尽可能采用圆管.5.降低系统粘度

压力管路: 凡是液体充满全管,并在一定压差下流动的管路成为压力管路

长管：指流体沿管路流动时的水头损失以沿程损失为主 而局部损失和速度水头二者的总和与沿程阻力相比很小

短管 指流体沿管道流动时局部损失和速度水头在损失中所占比例较大

串联管路:不同管径的管段逐渐收尾连接而成的管路.并联管路:入口端和出口端分别连接在一起的两条或两条以上的简单管路或串联管路.串联管路各段流量相等 总阻力为各段阻力之和 并联管路总流量为各支管流量之和 各支管阻力都相等

水击现象：

在有压管路系统中 由于阀门突然关闭或开启（或其它原因）使管内流速发生突然变化 从而引起管内压力急剧交替升降的现象称为水击现象 水击波的传播过程: 1.当阀门关闭后t=1/c时刻水击压力波传至管路入口处.此时管路中液体全部收到压缩.并停止了流动.同时整个管壁受压膨胀.此过程为减速增压过程.2.当t=2/c时管内压力全部恢复到起始压力.并以U速度倒流.同时管壁全部恢复原状.3.当阀门关闭后t=3/c时.减压波传到管道入口处.主管内流体处于低压静止状态,管壁处于收缩状态.4.在t=4/c时,不平衡断面一次以速度C传到阀门处.而此时正是第一个过程的开始.水击: 由于某种原因引起管内液体流速突然变化,例如迅速开关阀门.突然停泵等.都会引起管内压力突然变化.这种现象叫管路中的水击减小水击的措施:

1适当延长阀门开闭时间 2缩短受水击影响的管道长度来降低水击压力

3减小阀门关闭前管道中流速以减小水击压力

4在管路适当位置上设置蓄能器,以吸收压能.减小水击压力 5水击压力与水击压力波传播速度有关 减小水击压力波速度就能减小水击压力流体质点：宏观上充分小，微观上充分大的分之团

流体的运动方式：

1、平移运动

2、旋转运动

3、变形运动（线变形和角变形）

控制体：对于流体可用流道中连续流动的流体的某一定界来推导，则这个界区叫做控制体。等压面 在一种连续的静止流体中 静压力相等的各点组成的面 性质1等压面就是等势面2作用在静止流体中的任一点的质量力与通过该点的等压面垂直3两互不相混的流体处于平衡状态时他们的分界面是等压面 不可压缩流体：在流动过程中密度不变的流体为不可压缩流体 为什么要减小水击；水击现象的出现将影响管路系统的正常运动和水泵的正常运转 造成管壁和关键的破裂