工程流体力学教学大纲

　　一、课程目标
　　工程流体力学是力学中的一个分支，是研究流体的平衡和运动规律以及流体和固体之间相互作用的一门科学，是石油工程，油气储运工程，城市燃气输配工程等专业的一门专业技术基础课，本课程的目标是通过各个教学环节，使学生掌握流体平衡和运动的一般规律及有关基本概念、基本理论、流体力学分析和计算方法以及基本实验技能，培养动手能力，提高应用基本理论和解决实际问题的能力，为今后学习专业知识、从事专业工作和科学研究打下理论基础。
　　二、基本要求
　　工程流体力学以物理为基础，以力学为依据，以数学为工具，是根据基础学科的普遍规律建立理论基础而发展起来的一门学科。要求学生具备较好的数学和物理基础，预修高等数学、大学物理、理论力学、工程力学等课程。教学过程中要求侧重于应用工程流体力学理论分析问题、解决问题的方法培养，同时还应注意结合实验和工程实际问题进行讲解，全面培养学生解决实际问题的能力。
　　三、教学内容与学时分配建议
　　第一章 流体及其主要物理性质（15学时）
　　1、流体的概念
　　液体，气体；连续介质假设。
　　2、流体的主要物理性质
　　密度，重度，压缩性，膨胀性，粘性，表面张力。
　　3、作用在流体上的力
　　质量力，表面力
　　第二章 流体静力学（30学时）
　　1、流体静压力及其特性
　　流体静压力的概念，流体静压力的特性及其证明
　　2、流体平衡微分方程式
　　流体平衡微分方程（欧拉平衡微分方程）的推导思路、方法、结论、意义
　　3、重力作用下的流体平衡
　　流体静力学基本方程及其物理意义和几何意义，各种压强（绝对压力、表压、真空压力）的表示方法，静力学基本方程的应用（液式测压计）
　　4、几种质量力作用下的流体平衡
　　等加速直线运动流体的相对平衡，等角速旋转流体的相对平衡
　　5、静止流体作用在平面上的总压力
　　静止流体作用在任意形状平面上总压力的大小、方向以及作用点的计算方法
　　6、静止流体作用在曲面上的总压力
　　静止流体作用在任意二向或三向曲面上总压力的大小、方向以及作用点的计算方法
　　实验一：水静压强实验
　　第三章 流体运动学与动力学基础（35学时）
　　1、研究流体流动的方法
　　欧拉法、拉格朗日法及其转换关系
　　2、流体运动的基本概念
　　稳定流和非稳定流，流线和迹线，流管、流束和总流，有效断面、流量和平均流速
　　3、连续性方程
　　一元流体流动的连续性方程，空间流体流动的连续性方程
　　4、理想流体运动微分方程及伯诺利方程
　　理想流体运动微分方程（欧拉方程）的推求，理想流体沿流线的能量方程（伯诺利方程）的推求
　　5、实际流体总流的伯诺利方程
　　实际流体总流的能量方程（伯诺利方程）的推求，缓变流断面和动能修正系数的概念、特性、引入意义，伯诺利方程的应用（节流式流量计、测速管等）
　　6、泵对液流能量的增加
　　管路中设有泵站系统情况下，管流伯诺利方程的应用
　　7、稳定流的动量方程
　　稳定流动量方程的推求及应用（弯管水力问题、射流反推力以及自由射流冲击力计算）
　　实验二：流量计实验
　　第四章 流体阻力和水头损失（45学时）
　　1、管路中流动阻力产生的原因及分类
　　沿程阻力和局部阻力的分类，产生原因（内因及外因）
　　2、两种流态及转化标准
　　雷诺实验，层流、紊流流态的定义、特征及判别标准
　　3、实际流体运动微分方程式
　　实际流动运动微分方程结论及意义
　　4、圆管层流分析
　　应用N-S方程分析圆管层流的流速、流量、切应力以及沿程水头损失等
　　5、因次分析和相似原理
　　因次分析的瑞利法及Π定理，流动相似的几何相似、运动相似和动力相似，常用相似准数（雷诺数、富劳德数、欧拉数等的定义及物理意义）
　　6、紊流的理论分析
　　紊流的产生原理和特性，连续方程和运动方程，流速分布（紊流水力光滑、混合摩擦、水力粗糙的定义）
　　7、圆管紊流沿程水力摩阻的实验分析
　　沿程水力摩阻的达西公式，沿程水力摩阻系数的求解，莫迪图的理解及应用
　　8、局部水力摩阻
　　局部水力摩阻的通用公式，局部水力摩阻系数的确定
　　实验三：流动状态实验
　　实验四：沿程阻力实验
　　第五章 压力管路的水力计算（35学时）
　　1、管路特性曲线?
　　长管和短管、简单管路和复杂管路的定义，管路中无泵和有泵情况下的管路特性曲线
　　2、长管的水力计算?
　　工程中常见的长管计算的三类问题，简单长管的水力计算，复杂长管（串联管路、并联管路以及分支管路）的水力计算及实例
　　3、短管的水力计算
　　短管的水力计算及实例
　　4、孔口和管嘴泄流
　　孔口、管嘴的定义、特点，孔口、管嘴出流流量的计算及比较
　　四、教材及主要参考资料
　　1、《工程流体力学》，袁恩熙主编，石油工业出版社，1986。
　　2、《工程流体力学》，贺礼清主编，北京：石油工业出版社，2004。
　　3、《工程流体力学学习指导书》，倪玲英、王汝元主编，校内印刷，1996。