流體力學與流體機械教學大綱

課程名稱流體力學與流體機械

(FluidMechanicsandFluidMachineiy)

課程代碼：02410013

學分：3.5學分

學時：56學時（其中：課堂教學學時：48學時實驗學時：8學時上機學時：0學時課

程實踐學時：。學時）

先修課程：高等數(shù)學、大學物理、理論力學、材料力學等

適用專業(yè)：流體機械、農(nóng)業(yè)機械、安全工程、環(huán)境工程等專業(yè)

教材：（《流體力學與流體機械》、王貞濤主編、機械工業(yè)出版社、第1版次）

開課學院：能源與動力工程學院

課程網(wǎng)站：（選填）

一、課程性質(zhì)與課程目標

（一）課程性質(zhì)

《流體力學與流體機械》是流體機械、安全工程、環(huán)境工程等工科專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。

該課程的目標在于使學生掌握流體力學與流體機械領(lǐng)域的基本理論、基本計算方法、基本實驗技能

以及在工程實際中的初步應(yīng)用。通過該課程的學習使學生初步具備分析和解決實際流體力學問題的

能力，并為學習后續(xù)專業(yè)課程、從事專業(yè)技術(shù)工作和進行科學研究打下良好的基礎(chǔ)。

（二）課程目標（根據(jù)課程特點和對畢業(yè)要求的貢獻，確定課程目標。應(yīng)包括知識目標和能力

目標。）

課程目標I：掌握流體的主要流體力學性質(zhì)、流體靜力學及運動學相關(guān)基本方程、流體流動形

態(tài)及阻力損失的基本概念與計算、管路的基本計算方法、孔口與管嘴出流運動規(guī)律，理解理想流體

和粘性流體的力學基本概念，掌握流體力學相似性原理、常用的相似準數(shù)和模型律，掌握常用泵與

風機的工作原理和構(gòu)造性能，了解常用泵與風機的運行調(diào)節(jié)原理和選用原理等。

課程目標2：使學生掌握流體參數(shù)測試儀表基本工作原理，正確使用流體測試儀表，加深學生

對所學知識進一步理解，通過實驗掌握能量方程流動阻力損失、流體流態(tài)等基本流體動力學規(guī)律的

原理，同時會分析泵與風機的流量-壓頭特性，把理論與實驗結(jié)果比較，根據(jù)理論判斷實驗得到的規(guī)

律是否正確，為后續(xù)專業(yè)課的學習和將來從事科學研究和專業(yè)技術(shù)工作打下良好基礎(chǔ)。

二、課程內(nèi)容與教學要求（按章撰寫）

第一章緒論

（一）課程內(nèi)容

（1）流體力學的分類、發(fā)展及研究方法；

（2）流體的定義和特征及流體連續(xù)介質(zhì)假設(shè)；

（2）流體的主要物理性質(zhì)（包括密度、流體的壓縮性、膨脹性及黏性）；

（3）流體的粘性及牛頓內(nèi)摩擦定律；

（4）作用在流體卜的力（表面力及質(zhì)量力）0

（二）教學要求

（1）了解流體定義及其特征、流體的分類；

（2）了解作用在流體上的力的分類；

（3）理解流體微團及質(zhì)點的概念、連續(xù)介質(zhì)假設(shè)模型及建立的條件；

（4）掌握流體的主要物理性質(zhì)。

（三）重點與難點（若不單獨列出，需在教學要求中適當注明）

1.重點

流體的定義和特征，連續(xù)介質(zhì)的假設(shè)，作用在流體上的力，流體的主要物理性質(zhì)。

2.難點

流體的連續(xù)介質(zhì)的假設(shè)，流體的粘性，牛頓內(nèi)摩擦定律的理解應(yīng)用。

第二章流體靜力學

（一）課程內(nèi)容

（1）流體靜壓強及其特性；

（2）流體平衡微分方程式、等壓面的概念：

（3）流體靜力學基本方程式；

（4）絕對壓強、計示壓強和常見液柱式測壓計的原理；

（5）液體的相對平衡；

（6）平衡流體對壁面的作用力。

（二）教學要求

（1）了解流體靜壓強的基本原理及特性；

（2）掌握流體平衡微分方程式和流體靜力學基本方程式的主要推導過程；

（3）掌握流體靜力學基本方程的物理意義和幾何意義及其工程實際應(yīng)用；

（4）理解液體的相對平衡問題；

（5）理解各種液柱式測壓計的結(jié)構(gòu)，測壓原理及適用范圍；

（6）掌握靜止液體作用在平面和曲面上的總壓力的計算及應(yīng)用。

（三）重點與難點（若不單獨列出，需在教學要求中適當注明）

1.重點

流體平衡微分方程式、靜力學基本方程式的推導、意義和應(yīng)用。

2.難點

流體相對平衡、流體對平面及曲面作用力的計算。

第三章流體運動的基本概念和基本方程

（一）課程內(nèi)容

（1）描述流體運動的兩種方法；

（2）流動運動的幾個基本概念；

（3）流體流動的連續(xù)性方程；

（4）理想流體微元流束的伯努里方程及其物理意義和兒何意義；

（5）實際粘性流體總流的伯努里方程及其應(yīng)用（各種流量計原理）；

（6）流體的動量方程。

（二）教學要求

（I）了解研究流體運動的兩種基本方法、流動的分類和流體動力學的基本概念；

（2）掌握流體流動的連續(xù)性方程、理想流體運動的微分方程：

（3）熟練掌握伯努里方程及其應(yīng)用；

（4）理解流體動量方程及其應(yīng)用。

（三）重點與難點（若不單獨列出，需在教學要求中適當注明）

1.重點

流體流動的連續(xù)性方程和理想流體微元流束的伯努里方程。

2.難點

應(yīng)用連續(xù)方程、伯努里方程及流體靜力學方程聯(lián)立解決一維流動的流速（或流量）和壓強的計

算問題。

第四章相似原理和量綱分析

（一）課程內(nèi)容

（1）流動的力學相似；

（2）動力相似準則;

（3）流動相似條件；

（4）近似的模型試驗；

<5）星綱分析法。

（二）教學要求

（1）掌握流體流動的力學相似性、動力相似準則、流動相似條件；

（2）掌握應(yīng)用相似理論設(shè)計相關(guān)實驗?zāi)Ｐ停?/p>

（3）熱練應(yīng)用量綱分析法對實驗參數(shù)進行分析和數(shù)據(jù)處理。

（三）重點與難點（若不單獨列出，需在教學要求中適當注明）

1.重點

流體流動的力學相似性、動力相似準則、流動相似條件，熟練應(yīng)用量綱分析法，幾個重要的準

則數(shù)（雷諾數(shù)、歐拉數(shù)、馬赫數(shù)、柯西數(shù)、韋伯數(shù)等）的物理意義及其表達式。

2.難點

掌握并應(yīng)用量綱分析方法處理實驗參數(shù)。

第五章粘性不可壓縮流體的管內(nèi)流動過程

（-）課程內(nèi)容

（1）雷諾數(shù)及流體流動的兩種狀態(tài)；

（2）圓管內(nèi)的層流流動與紊流流動；

（3）流體流動的能量損失與流動阻力；

（4）沿程阻力和局部阻力計算及沿程阻力系數(shù)的實驗研究；

（5）管路的水力計算；

（6）孔口與管嘴出流。

（二）教學要求

（1）理解粘性流體流動的兩種狀態(tài)及雷諾數(shù)判定方法；

（2）掌握流體流動的能量損失和兩種流動阻力的計算方法；

（3）理解與沿程阻力系數(shù)有關(guān)的尼古拉茲曲線圖；

（4）掌握應(yīng)用伯努利方程及阻力計算方法進行管路的水力計算；

（5）了解孔口與管嘴出流的特點及分類，掌握相關(guān)孔口與管嘴出流的計算分析<>

（二）重點與難點（若不單獨列出，需在教學要求中適當注明）

1.重點

基本的流體流動的能量損失（沿程損失與局部損失）的計算過程，粘性流體的兩種流動狀態(tài)（層

流流動與紊流流動）的基本概念、分類。

2.難點

應(yīng)用伯努里方程解決實際流體的水力計算。

第六章粘性流體動力學初步基礎(chǔ)

（一）課程內(nèi)容

（1）不可壓縮粘性流體的運動微分方程（納維-斯托克斯方程）；

（2）邊界層的基本概念；

（3）層流邊界層的微分方程；

（4）邊界層的分離、減阻及控制。

（二）教學要求

（1）理解不可壓縮粘性流體的運動微分方程及意義；

（2）理解邊界層的基本概念及分類特征；

（3）掌握邊界層的分離現(xiàn)象、繞過圓柱體的流動和卡匚渦街的概念、以及流體的阻力和阻力系

數(shù)的計算；

（4）了解邊界層的控制方法。

（H）重點與難點（若不單獨列出，需在教學要求中適當注明）

1.重點

邊界層的特征及分離現(xiàn)象、流體的阻力和阻力系數(shù)的計算。

2.難點

不可壓縮粘性流體的運動微分方程的推導和分析。

第七章泵與風機概述

（一）課程內(nèi)容

（1）泵與風機的用途及分類及其工作原理；

（2）葉片式泵與風機的主要部件和結(jié)構(gòu)形式：

（3）泵與風機的發(fā)展趨勢及新技術(shù)動態(tài)。

（二）教學要求

（1）了解泵與風機在熱力發(fā)電廠中的應(yīng)用及泵與風機的發(fā)展趨勢及新技術(shù)動態(tài)；

（2）掌握葉片式泵與風機主要工作部件的作用、結(jié)構(gòu)及工作原理；

（三）重點與難點（若不單獨列出，需在教學要求中適當注明）

葉片式泵與風機主要工作部件的作用、結(jié)構(gòu)及工作原理。

第八章葉片式泵與風機的理論基礎(chǔ)

（一）課程內(nèi)容

（1）離心式和軸流式泵與風機的工作原理；

（2）泵與風機的主要性能參數(shù)；

（3）離心式泵與風機的葉輪理論；

（4）葉型及其對泵與風機性能的影響；

（5）軸流式泵與風機的葉輪理論；

（二）教學要求

（1）掌握離心式和軸流式泵與風機流體在葉輪內(nèi)的速度三角形繪制方法，并進行有關(guān)計算；

（2）掌握離心式和軸流式泵與風機能量方程式的意義；

（3）了解離心式泵與風機不同葉型及其影響規(guī)律；

（4）理解泵與風機內(nèi)各項損失產(chǎn)生的原因，并尋求減少損失的措施；

（5）掌握離心式和軸流式泵與風機的性能曲線特點及其繪制方法；

（三）重點與難點（若不單獨列出，需在教學要求中適當注明）

1.重點

離心式泵與風機的工作原理，流體在葉輪內(nèi)的運動及速度三角形，離心式泵與風機能量方程

式，離心式泵與風機葉型分析，泵與風機的功率和效率的計算，離心式和軸流式泵與風機的性能曲

線特點。

2.難點

流體在葉輪內(nèi)的運動及速度三角形，離心式與軸流式泵與風機能顯方程式及其分析，泵與風

機的性能曲線的繪制方法。

第九章泵與風機的相似理論

（一）課程內(nèi)容

（1）泵與風機的相似條件及定律；

（2）比轉(zhuǎn)數(shù)及其應(yīng)用；

（3）泵與風機的無量綱性能曲線及通用性能曲線。

（二）教學要求

（1）掌握相似定律及其特例；

（2）掌握比轉(zhuǎn)數(shù)的計算方法及比轉(zhuǎn)數(shù)的應(yīng)用；

（3）了解無因次性能曲線及通用性能曲線。

（三）重點與難點（若不單獨列出，需在教學要求中適當注明）

1.重點

泵與風機相似定律及其特例，比轉(zhuǎn)數(shù)的計算方法及比轉(zhuǎn)數(shù)的應(yīng)用。

2.難點

泵與風機的無量綱性能曲線及通用性能曲線。

第十章泵的汽蝕

（一）課程內(nèi)容

（1）汽蝕現(xiàn)象及其對泵工作的影響；

（2）泵吸上真空高度；

（3）泵汽蝕余量；

（4）汽蝕相似定律及相似比轉(zhuǎn)數(shù)；

（5）提高泵抗汽蝕性能的措施。

（二）教學要求

（1）了解汽蝕現(xiàn)象產(chǎn)生的原因和過程，及其對泵工作的影響；

（2）掌握有效汽蝕余量和必需汽蝕余量的概念及兩者對泵汽蝕性能的影響；

（3）理解吸上真空高度的概念，掌握允許安裝高度與允許吸上真空高度的計算方法；

（4）掌握進行汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)的計算；

（5）掌握提高泵抗汽蝕性能的措施。

（三）重點與難點（若不單獨列出，需在教學要求中適當注明）

1.重點

泵有效汽蝕余量和必需汽蝕余量的概念，允許安裝高度與允許吸上真空高度的計算方法，提

高泵抗汽蝕性能的措施；

2.難點

泵有效汽蝕余量和必需汽蝕余量的概念，允許安裝高度與允許吸上真空高度與汽蝕余量之間

的關(guān)系，汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)。

三、本課程開設(shè)的實瞼項目（如課程不含實驗，該項可不填）

編號實驗項目名稱學時類型要求支撐的課程目標

1自循環(huán)靜水壓強傳遞演示實2演示性必做課程目標1

驗等16臺套演示實險

2平面靜水總壓力實驗1驗證性選做課程目標1

3伯努利方程驗證實驗1驗證性必做課程目標1、2

4動量方程驗證實驗1驗證性必做課程目標1、2

5雷諾實驗1驗證性必做課程目標1、2

G管道沿程阻力系數(shù)測定實驗1驗證件選做課程目標1、2

7泵的性能測定實驗2驗證性必做課程目標1、2

8葉片式泵的汽蝕實險1驗證性必做課程目標1、2

注：1.“類型”填驗證性、綜合性、設(shè)計性等；

2.“要求”填必做、選做。

實驗1：自循環(huán)靜水壓強傳遞演示實驗等16臺套演示實驗

本實驗為演示實驗，主要現(xiàn)場演示自循環(huán)靜水壓強傳遞演示實驗、平面總壓力實驗、流體流動

演示系列實驗、空化實驗、雷諾實驗、風洞演示實驗、畢托管測速實驗實驗、孔口與管嘴流動特性

演示實驗、虹吸現(xiàn)象演示實驗、流線流譜顯示實驗等，講解基本結(jié)構(gòu)、原理及使用方法，通過本實

驗使學生對流體流動特征有直觀的理解，加深課程基本概念的認識。

實驗2：平面靜水總壓力實驗

1）測定矩形平面上的靜水總壓力；

2）驗證平面上靜水總壓力的計算公式。

實驗3：伯努利方程驗證實驗

1）驗證流體恒定總流的能量方程；

2）通過實驗分析，掌握有壓管流中的能量轉(zhuǎn)換特性；

3）學會壓強、流速、流量等的測量，掌握繪制測壓管水頭線和總水頭線的方法。

實驗4：動量方程驗證實驗

1）驗證不可壓縮流體恒定總流的動量方程，進一步理解動量方程的物理意義；

2）通過對動量與流速、流量、出射角度、動量矩等的分析，進一步掌握流體動力學的動量

守恒特性；

3）了解活塞式動量方程實驗臺原理及構(gòu)造，進一步啟發(fā)與培養(yǎng)創(chuàng)造性思維的能力。

實驗5：雷諾實驗

1）觀察液體流動時層流和紊流現(xiàn)象，加深對雷諾數(shù)的理解：

2）測定有色液體在管中不同狀態(tài)卜.的雷諾數(shù)；

3）通過對有色液體在管中不同狀態(tài)的分析，加深對管流不同流態(tài)的了解。

實驗6：管道沿程阻力系數(shù)測定實驗

D掌握管道沿程阻力系數(shù)的測量和用氣-水差壓計及電差壓計測壓差的方程；

2）加深理解圓管層流和紊流的沿程損失隨平均流速變化的規(guī)律；

3）繪出人-Re曲線并與莫迪圖作對比，分析其合理性，提高對實驗成果的分析能力。

實驗7：泵的性能測定實驗

1）掌握測量和計算葉片式泵在不同工況時的流量、揚程、功率及效率的方法：

2）通過上述方法繪制轉(zhuǎn)數(shù)為常數(shù)時揚程和流量的關(guān)系曲線、功率和流量的關(guān)系曲線以及效

率和流量的關(guān)系曲線，加深了解對泵的運行規(guī)律及影響。

實驗8：葉片式泵的汽蝕實驗

1）測量不同工況下的揚程、功率和效率，繪制泵的汽蝕性能曲線；

2）基于汽蝕實驗結(jié)果獲取較為準確的汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)，提高泵的抗汽蝕性能的措施和控制方法。

四、學時分配及教學方法

章

教學形式及學時分配

（按序填寫）

主要教學方法支撐的課程目標

課堂實上課程小

教學驗機實踐計

第一章44講授法、演示法課程目標1

講授法、研究型教學課程目標1、2

第二章617

方法

講授法、研究型教學課程目標1、2

第三章8210

方法

講授法、研究型教學課程目標1、2

第四章426

方法

第五章10212講授法課程目標1、2

第六章44講授法、討論法課程目標1

講授法、研究型教學課程目標1

第七章22

方法

第八章426講授法課程目標1、2

第九章22講授法課程目標1

講授法、研究型教學課程目標1、2

第十章415

方法

合計48856

注：1.課程實踐學時按相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)計劃列入表格；

2.主要教學方法包括講授法、討論法、演示法、研究型教學方法（基于問題、項目、案例

等教學方法）等。

五、課程考核

考核形式考核要求考核權(quán)重備注

課后完成20-30個習題，主要

考核學生對每節(jié)課知識點的

復習、理解和掌握程度，計算

全部作業(yè)的平均成績。以隨機

的形式,在每章內(nèi)容進行中或

平時成績結(jié)束后，隨堂測試1-3題，主10%

要考核學生課堂的聽課效戾

和課后及時復習消化本章知

識的能力，結(jié)合平時的隨機點

名。平時成績按10%計入課

程總成績。

完成8個學時的實驗，其中2

個學時為演示實驗，主要考核

實驗成績學生操作實驗設(shè)備并對實驗10%

結(jié)果進行分析的能力，最后按

10%計入課程總成績。

期末考試試卷題型包括