工程流体力学教案

重庆科技学院工程流体力学教案授课时间班级授课顺序第1次课课题绪论、流体的物理性质目的要求1、了解流体力学工程与历史背景；2、了解流体力学的研究方法；3、明确理解流体的概念及连续介质假设、流体的主要物理参数；4、掌握牛顿内摩擦定律。教学内容要点1、工程流体力学的研究任务和研究方法2、流体的概念及连续介质假设3、流体的主要物理参数4、流体的粘性重点难点重点：流体的概念及连续介质假设、流体的粘性、牛顿内摩擦定律。难点：连续介质假设、牛顿内摩擦定律。教学思路与教法设计通过经典力学的知识引入本门课程，结合大量的实例讲解流体力学的发展过程及其重要性，增加学生对本课程的学习积极性。本此课以讲述为主，结合多媒体手段。1导论1.1工程流体力学的研究任务和研究方法讲清工程流体力学的研究对象、研究内容、发展历程和研究方法，重点介绍流体力学的发展历程和研究方法。说明工程流体力学在工程实践中的具体应用范围，有重点地介绍流体力学新的发展方向及在生产生活中的作用。（20分钟）通过与固体力学的比较，引出流体力学各物理参数的概念，以及连续介质假设和牛顿内摩擦定律。把抽象的概念具体化。1.2流体的概念及连续介质假设首先介绍流体的概念，并对物质的基本属性进行总结，突出介绍流体与固体之间的差别所在。（8分钟）讲清流体质点概念、流体连续介质模型的主要物理意义。（12分钟）1.2流体的密度、重度、比体积与相对密度讲清流体几个基本物理量，使学生掌握流体的密度、重度、比体积与相对密度的基本定义和公式，并对常见的水和空气的一些参数有所了解。（10分钟）讲解流体的热膨胀性和可压缩性定义及计算公式，使学生掌握体积膨胀系数、体积压缩率和体积模量的概念和物理意义。（10分钟）1.3流体的粘性本节为重点，详细向学生介绍粘性的定义和牛顿内摩擦定律以及粘性的表示方法和单位，应使学生掌握动力粘度、运动粘度和恩氏粘度三者之间的区别和变换关系。最后向学生介绍粘度的变化规律，理想流体和实际流体。（25分钟）小结。布置作业：习题：1-9；1-10；（5分钟）课后分析通过生活中有趣的流体现象分析，学生对课程产生了一定的兴趣。重庆科技学院工程流体力学教案授课时间班级授课顺序第2次课课题流体静力学目的要求1、明确理解流体静压强及基本特性；2、掌握流体静力学基本方程；3、掌握静压强的计算；4、掌握静压强的表示方法。教学内容要点1、作用于静止流体上的力2、流体静压强及其特性3、静止流体的平衡微分方程4、重力作用下静止流体中的压强分布规律5、静压强的表示方法及其单位重点难点重点：静止流体的平衡微分方程的建立及应用。难点：静止流体的平衡微分方程的建立及应用。教学思路与教法设计2流体静力学介绍流体静力学定义以及流体静止状态的两种形式：相对静止和绝对静止。（5分钟）2.1作用于静止流体上的力画图讲解静止流体所受作用力的种类以及质量力和表面力的性质。重点讲清质量力与惯性力之间的关系。（10分钟）2.2流体静压强及其特性介绍压强的概念，说明流体静压强的两个重要特性。详细推导特性二，并给出流体静压强全微分公式，说明流体静压强是标量的具体含义。（15分钟）2.3静止流体的平衡微分方程式画图推导静止流体的平衡微分方程式，并说明其物理意义。（10分钟）综合平衡微分方程，得出压强差公式。介绍力势函数、有势力的定义以及相应的物理意义。（10分钟）给出等压面定义，并由压强差公式引出等压面方程，介绍等压面的三个性质，由此说明判断等压面的原则和方法。（10分钟）2.4重力作用下静止流体中的压强分布规律说明重力场中流体的基本特征，并推出流体静力学基本方程，详细分析流体静力学基本方程的能量意义和几何意义。集中介绍概念：位置水头、压强水头、静力水头和淹深的概念。（15分钟）2.5静压强的表示方法及其测量介绍概念大气压强、表压强、绝对压强和真空度，并对它们之间的关系画图详细说明。（5分钟）讲解压强测量的三种主要方式，并说明每一种的具体应用场合。详细介绍测压管、测压计、差压计和微压计的主要原理和具体测量方法。（10分钟）课后分析教学内容安排恰当，课堂节奏紧凑，学生对本次课内容理解较好。重庆科技学院工程流体力学教案授课时间班级授课顺序第3次课课题流体静力学目的要求1、掌握相对平衡的问题。教学内容要点1、流体的相对静止重点难点重点：流体的相对静止。难点：流体的相对静止。教学思路与教法设计2.7流体的相对静止再次强调流体的相对静止意义，简单说明静止流体在容器作等速直线运动时遵守流体静力学基本规律。（10分钟）分析静止流体在容器作等加速直线运动时的平衡规律，重点说明对此类问题的具体分析方法：先写出流体的单位质量力，再列出等压面方程，而后推导出流体静压强分布规律，得出最终的流体压强分布公式。（25分钟）由此再推导出三种特例情况下流体静压强分布规律。（20分钟）分析静止流体在容器作等角速度旋转运动时的平衡规律，重点说明对此类问题的具体分析方法：先写出流体的单位质量力，再列出等压面方程，而后推导出流体静压强分布规律，得出最终的流体压强分布公式。（20分钟）由此再推导出两种特例情况下流体静压强分布规律。（10分钟）小结。（5分钟）课后分析应该多结合具体实例讲解该部分内容。重庆科技学院工程流体力学教案授课时间班级授课顺序第4次课课题流体静力学目的要求1、掌握静止流体对平壁和曲壁合力的计算；教学内容要点1、静止流体对壁面作用力的计算重点难点重点：静止流体对平壁和曲壁的合力计算。难点：静止流体对平壁和曲壁的合理计算。教学思路与教法设计2.6静止流体对壁面作用力的计算总压力概念。介绍本节主要内容。（10分钟）讲解静止流体对平面壁总压力的计算，之中介绍面积矩、惯性矩和压力中心等概念。（20分钟）讲解静止流体对曲面壁总压力的计算，重点说明压力体定义及其具体确定方法，并由此简述阿基米德原理。（25分钟）讲解实例。（15分钟）小结，布置本章习题：习题：2-4；2-10；2-13；2-15；2-18。（10分钟）课后分析学生对压力体的理解有一定难度。重庆科技学院工程流体力学教案授课时间班级授课顺序第5次课课题流体运动学基础目的要求1、理解描述流体运动的方法；2、理解流体运动中的基本概念；3、掌握连续性方程的意义和作用。教学内容要点1、研究流体运动的两种方法2、流体运动中的基本概念3、连续性方程重点难点重点：流线和迹线的求法、连续性方程的意义和作用。难点：流线和迹线的求法。教学思路与教法设计3流体运动学基本方程流体运动学定义，描述流体运动的几个基本运动规律。（10分钟）3.1研究流体运动的两种方法流场的概念，介绍研究流体运动的两种方法：拉格朗日法和欧拉法。主要说明两种方法的异同点，重点介绍欧拉法。（15分钟）3.2流体运动中的基本概念讲解欧拉法分析流体运动时的几个基本概念：定常流动、非定常流动、均匀流动、一维流动、迹线、流线（重点）、流管、流束、过流断面、流量、平均速度。（35分钟）3.3连续性方程式说明流体运动遵循的质量守恒定律就是连续性方程。（25分钟）小结，布置本章习题：3-1；3-5。（5分钟）课后分析达到了预期的教学效果。重庆科技学院工程流体力学教案授课时间班级授课顺序第6次课课题伯努利方程目的要求1、理解不可压缩理想流体的运动方程2、掌握伯努利方程的意义及应用教学内容要点1、理想流体的运动微分方程式2、理想流体的伯努利方程式3、实际流体总流的伯努利方程式4、伯努利方程的应用重点难点重点：伯努利方程的意义及应用。难点：伯努利方程的意义及应用。教学思路与教法设计3流体运动学基本方程流体动力学定义及研究内容。（5分钟）3.4理想流体的运动微分方程式画图推导理想流体的欧拉运动微分方程式，并说明各部分物理意义。（15分钟）3.5理想流体的伯努利方程式利用外力做功的能量关系，推导理想流体沿流线的伯努利方程式。（10分钟）引进几个基本概念：动能修正系数、缓变流动、缓变过流断面。（10分钟）画图推导理想流体总流的伯努利方程式，并联系流体静力学基本方程说明各部分参量的能量意义和几何意义。（10分钟）3.7实际流体总流的伯努利方程式及其应用根据对理想流体总流的伯努利方程的修正得到实际流体总流的伯努利方程形式，并说明其应用条件。（15分钟）介绍毕托管、文丘里流量计的分析过程。（25分钟）课后分析通过数学函数的推导，学生能更好理解伯努利方程。重庆科技学院工程流体力学教案授课时间班级授课顺序第7次课课题伯努利方程的应用目的要求1、掌握伯努利方程的意义及应用教学内容要点1、伯努利方程的应用重点难点重点：伯努利方程的建立。难点：伯努利方程的建立。教学思路与教法设计3.8实际流体总流的伯努利方程式及其应用讲解伯努利方程的物理意义，伯努利应用的条件，以及如何建立伯努利方程式。（15分钟）介绍孔板流量计和射流泵原理及分析过程。（35分钟）最后，结合几道具体的例题讲解，并做随堂练习。（40分钟）课后分析教学内容和方法安排得当，学生对此部分内容找我较好。重庆科技学院工程流体力学教案授课时间班级授课顺序第8次课课题动量定理及其应用目的要求1、掌握动量方程及其应用；2、了解动量矩方程。教学内容要点1、动量定理及其应用2、动量矩定理及其应用重点难点重点：动量定理及其应用。难点：教学思路与教法设计3.11动量定理及其应用详细推导流体的动量守恒原理，并对动量定理的几种不同形式进行分析，说明其各部分含义。利用动量方程对流体运动的几种典型情况进行求解。（70分钟）简单介绍动量矩定理，以及它应用的方面。（10分钟）小结，布置本章习题：3-11；3-14；3-22；3-27；3-36。（10分钟）课后分析学生对流体的受力分析理解不是很透彻。重庆科技学院工程流体力学教案授课时间班级热动普授课顺序第9次课课题习题课目的要求对所学的知识进行总结教学内容要点作业讲评重点难点教学思路与教法设计课后分析把学生没有掌握透彻的知识，通过实例讲解进行分析，达到了预期的效果。重庆科技学院工程流体力学教案授课时间班级授课顺序第10次课课题流体在管路中的流动目的要求1、掌握流体运动分两种类型及判别方法；2、正确理解层流和紊流的特征；3、了解沿程能量损失和局部能量损失的原因；4、掌握沿程能量损失的计算。教学内容要点1、管路中流体流动的两种状态2、能量损失的两种形式3、圆管中的层流流动重点难点重点：恒定均匀流的沿程损失。难点：恒定均匀流的沿程损失。教学思路与教法设计4流体在管路中的流动介绍流体流动的主要方式。（10分钟）4.1管路中流体流动的两种状态介绍雷诺实验装置及实验过程，说明流动的三种不同状态：层流、湍流和过渡状态。并重点解释雷诺数和上、下临界流速等概念。（25分钟）4.2能量损失的两种形式利用公式说明流动阻力的两种形式：沿程阻力和局部阻力。并利用伯努利方程向学生解释清楚能量损失的具体物理含义。（25分钟）4.3圆管中的层流流动利用牛顿内摩擦定律推导出圆管中的层流流动微分方程，并以此分别导出速度分布公式、流量公式以及切应力分布公式。（30分钟）课后分析通过多媒体动画演示实际流动状态，学生很容易理解。重庆科技学院工程流体力学教案授课时间班级授课顺序第11次课课题流体在管路中的流动目的要求1、掌握圆管中的湍流流动；2、掌握沿程阻力系数和局部阻力系数的确定；3、了解管路计算原则和基本方法。教学内容要点1、圆管中的湍流流动2、管中流动沿程阻力系数的确定3、局部阻力系数的确定4、管路计算重点难点重点：沿程阻力系数和局部阻力系数的确定。难点：沿程阻力系数和局部阻力系数的确定。教学思路与教法设计4.5圆管中的湍流流动首先说明湍流与层流的本质区别，而后介绍研究湍流的统计时均法，主要解释概念：脉动、时均速度、时均值等。（15分钟）由时均速度引出湍流流动的时均速度结构，着重介绍粘性底层厚度。并根据雷诺数大小说明水力光滑流动、水力粗糙流动是湍流流动的两种不同流动状态，并穿插介绍水力光滑管和水力粗糙管概念。（15分钟）根据普朗特混和长度理论，推导出湍流切应力分布规律公式和断面速度分布公式。（15分钟）4.8管中流动沿程阻力系数的确定由管道沿程损失引出尼古拉