流体力学

你将学到什么

一、保证学生掌握流体力学中涉及的基本概念和理论；

二、培养学生合理应用模型和基础理论分析和解决流体流动问题的能力；

三、要求学生理解一些流动现象中所涉及的具体的流体力学知识，例如管内流动、边界层流动和绕流阻力等。

课程概况

流体力学是应用面非常广的专业基础课，在航空、航天、机械、动力、化工、能源、环境等专业领域涉及广泛。本课程希望建立学生知识结构和能力结构的对应关系，从而培养学生数学、自然科学和工程知识的应用能力、对工程问题的识别和提炼、定义和表达、分析和实证的能力以及运用技术、技能和现代工程工具从事工程实践的能力。最终，为今后学生在学习专业课程，从事相关的工程技术和科学研究工作打下坚实的基础。

当前，流体力学的研究手段更加先进，与各类工程专业结合更为密切，与其他学科的交叉渗透更加广泛深入。一方面突显出学习流体力学的重要性，同时也表明流体力学这门学科的复杂程度。虽然我们每天处处接触流体，但学生普遍缺乏对流体的感性认识。此外，流体力学理论性较强，概念抽象，数学功底要求高，使流体力学课程历来被认为是教师难教、学生难学的课程之一。针对这一实际问题，团队教师在对照国内外先进教学经验的基础上，更加注重培养学生的学习兴趣和动手实践的积极性，更多地为学生提供分析和讨论实际流体力学问题的平台，鼓励学生多思考、多应用，从而建成了具有一定特色的课程体系。

本课程是过程装备和控制工程专业的核心课程，由大连理工大学化工机械学院流体与粉体教研室承担建设。课程负责教师们在刘志军教授的带领下，从2000年开始从事本课程的教学工作，师资队伍年富力强，教学经验丰富。尤其是近几年，为了进一步提高教学质量，适应新时期本科教育的发展需要，本课程在授课方式、教学方法和手段、课程内容的组织和安排、教学资源数字化等方面进行了一系列力度较大的改革，取得了好的结果。经过团队的共同努力，本课程于2013年已建成为辽宁省资源共享课。

课程大纲

一、绪论（建议学时数：2学时）
内容：（1）流体的定义；（2）流体力学的范围；（3）流体力学的基本定律；（4）分析方法；（5）解题步骤和方法；（6）量纲和单位制

二、基本概念（建议学时数：2学时）
内容：（1）连续介质模型；（2）速度场；（3）一维、二维和三维流动；（4）均匀流动和均匀流场；（5）迹线、脉线和流线；（6）应力场；（7）牛顿型流体：粘性；（8）非牛顿流体；（9）流体运动的描述和分类

三、流体静力学（建议学时数：6学时）
内容：（1）流体静力学基本方程；（2）标准大气压；（3）绝对压强和表压；（4）静止液体对平板的作用力；（5）静止液体对曲面的作用力；（6）浮力和稳定性；（7）非惯性坐标系中的静止液体力；（8）流体静力学基本方程式的应用

四、控制体积分形式的基本方程（建议学时数：10学时）
内容：（1）系统的基本方程；（2）输运公式；（3）质量守恒方程；（4）惯性控制体的动量方程；（5）直线加速的控制体的动量方程；（6）任意加速运动的控制体的动量方程；（7）伯努利方程的应用；（8）动量矩定理；（9）热力学第一定律；（10）热力学第二定律

五、流体运动的微分分析法简介（建议学时数：6学时）
内容：（1）场概念；（2）连续性方程；（3）二维不可压缩流动的流函数；（4）流体微元的运动（动力学）；（5）流体旋转；（6）无旋流动；（7）动量方程

六、不可压缩无粘流动的流体动力学（建议学时数：4学时）
内容：（1）无粘流动的应力场；（2）无摩擦流动的动量方程：欧拉方程；（3）流线坐标中的欧拉方程；（4）伯努利方程——定常流动时欧拉方程沿着流线方向的积分；（5）静压强、滞止压强和动压强；（6）热力学第一定律与伯努利方程的关系；（7）应用于无旋流动的伯努利方程；（8）非定常的伯努利方程——欧拉方程沿着流线的积分

七、旋涡的基本理论（建议学时数：2学时）
内容：（1）旋涡的基本概念；（2）开尔文速度环量定理；（3）亥姆霍兹（Helmholtz）定理；（4）旋涡的诱导速度；（5）二元旋涡的速度分布和压强分布；

八、量纲分析与相似原理（建议学时数：4学时）
内容：（1）相似概念；（2）量纲与量纲齐次性；（3）量纲分析与瑞利法；（4）量纲分析与π定理；（5）流动相似；（6）动力相似准则；（7）常用的相似准则数；（8）相似准则的选择

九、粘性流体管内流动（建议学时数：10学时）
内容：（1）粘性流体中的基本分析；（2）不可压缩粘性流体的运动微分方程；（3）粘性流体的两种流动状态；（4）管内流动的两种阻力损失；（5）流体在圆管中的层流流动
（6）流体在圆管中的湍流流动；（7）湍流沿程损失系数的实验研究；（8）局部损失系数；（9）孔口出流；（10）管嘴出流；（11）管道的水力计算；（12）有压管道的水击（水锤）

十、粘性流体绕物体的流动（建议学时数：6学时）
内容：（1）边界层概念；（2）层流边界层的微分方程；（3）边界层的动量积分方程；（4）平板层流边界层的计算；（5）平板湍流边界层的计算；（6）平板混合边界层；（7）曲面边界层及边界层分离现象；（8）物体在流体中运动的阻力；（9）直均流绕圆柱体的运动；（10）圆球在流体中运动的阻力

十一、可压缩流体流动基础（建议学时数：2学时）
内容：（1）气体的基本性质；（2）微弱扰动的一维传播；（3）微小扰动在空气中的传播；（4）气体一维定常流动的基本方程；（5）气流的参考状态；（6）变截面的等熵流动

预备知识

《微积分》、《工程热力学》、《材料力学》、《理论力学》、《大学物理》。

证书或学分

本课程的学习环节包含：授课视频学习、参与课程讨论、完成章节练习题和研讨题、参加期末考试。

课程学习成绩由两部分构成：
（1）过程考核（课堂测验、课堂讨论、课后作业、分组研讨等）：课堂测验，考察课程内容掌握情况；参与一定次数的课堂交流讨论；完成课后各章节作业，考核作业完成的质量；完成分组研讨报告，考察研讨报告和汇报报告的完成质量。过程考核占40%。
（2）期末考试：课程结束后，学生可以参加课程的最后考试，成绩占60%。
完成课程学习并参加考试可获得证书。证书分两种等级：总评成绩在60分至79分为合格证书，总评成绩在80分至100分为优秀证书。