流体力学泵与风机(教学大纲)

1/8《流体力学泵与风机》课程教学大纲课程编号学分4.5总学时72理论64实验/上机8英文课程名FluidMechanicsandPumpandFan开课院（系）工程学院开课系热能与动力工程系修订时间2006年9月1日课程简介课程简介：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。课程大纲一、课程的性质与任务：本课程是热能与动力工程、建筑环境与设备工程专业的主干技术基础课程之一，是学科基础课。本课程是研究流体的基本力学规律及其在工程（特别是本专业各类工程）中应用的一门学科。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、课程的目的与基本要求：本课程以讲述流体力学基本概念、基础知识和基本原理为主，特别是一元流动的基本理论和计算方法，培养学生从纷繁复杂的流体运动中突出主要矛盾、忽略次要矛盾、提炼力学模型的辩证唯物主义的科学思维方法，着重培养学生解决工程问题的能力。了解流体力学课程的基本内容及其在制冷、空调、建筑给排水、食品冷藏等工程中的应用，认识2/8到流体力学是热能与动力工程、建筑环境与设备工程专业的主要专业技术基础课。并通过一定数量习题和实验，使学生具有足够的感性认识和实际动手的能力。通过学习，能正确掌握本课程对各类流体力学问题的分析和处理方法。三、面向专业：热能与动力工程、建筑环境与设备工程四、先修课程：《高等数学》、《大学物理》、《工程数学》、《工程力学》等。五、本课程与其它课程的联系：本课程的先修课程：《高等数学》、《大学物理》、《工程数学》、《工程力学》等。与本课程之间联系是：1)高等数学：本课程需要高等数学中微分学、积分学、场论等方面的基础知识；2)大学物理：大学物理中的力学、分子物理学和热力学以及振动和波都是学习本课程的基础；3)工程力学：工程力学是学习本课程的重要基础，特别是其中连续介质取分离体的概念，应力的概念，受力分析与平衡方程式，牛顿第二定理及动量定律等。本课程的后续课程：《传热传质学》、《流体输配管网》、《暖通空调》、《制冷原理与设备》、《汽轮机》等，本课程是学好这些后续课程必备的专业基础。六、教学内容安排、要求、学时分配及作业：第一章绪论（4学时）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)。作业：P12—P13，习题1-3、1-7、1-9、1-12、1-14.第二章流体静力学（8学时）1．流体静压强及其特性(A)；3/82．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)。作业：P43—P47，习题2-1、2-3、2-11、2-19、2-22、2-23、2-27、2-28.第三章一元流体动力学基础（8学时）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)。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.第四章流动阻力与能量损失（8学时）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)。4/8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.第五章孔口管嘴管路流动（6学时）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)。作业：P152－P155,习题5-3、5-8、5-15、5-17、5-22、5-24、补充习题1道.第六章气体射流（5学时）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)。作业：P179—P180，习题6-1、6-2、6-6、6-10、6-11．第十章相似性原理和因次分析（5学时）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)。作业：P284—P285，习题10-1、10-3、10-6、10-11、补充习题一道.第十一章叶片式泵与风机的理论基础（8学时）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)；5/86.轴流式泵与风机(C)；7.相似律与比转数(B)；8.相似律的实际应用(A)。作业：P311—P312，思考题1、4，习题11-4、11-5、11-6、11-7、11-15.第十二章叶片式泵与风机在管路上的工作分析及调节（6学时）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)。作业：P329、思考题1、2、4.第十三章泵与风机的安装方法与选择（4学时）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)。作业：P352，习题13-1、13-2、13-4、13-5、13-6、13-7.第十四章其它常用泵及压气（缩）机（2学时）1.往复式泵(C)；2.真空泵(C)；3.深井泵(C)；4.活塞式压缩机(C)。七、实验名称与类别:序号实验名称学时实验类别1伯努利能量方程演示实验1操作型2流动型态的观测与测定1演示型3管道流体阻力的测定2综合型4离心泵性能测定实验2操作型5离心式风机性能实验2操作型注:实验类别指:演示型、操作型、验证型、综合型、设计型、研究创新型6/8八、实验目的、内容与要求:实验1:伯努利能量方程演示实验实验目的：流动流体所具有的总能量，是由各种形式的能量所组成，并且各种形式的能量之间又可相互转换。本实验观察不可压缩流体在导管内流动时的各种形式机械能的相互转化现象，并验证机械能衡算方程。通过实验，加深对流体流动过程基本原理的理解。实验内容：本试验装置主要由试验导管、稳压溢流水槽和三对测压管所组成。实验验证流体静力学方程。实验要求：预先预习实验讲义，在实验教师指导下，每位学生均需操作实验，完成相关的实验任务，然后填写实验报告，每个实验3～4人一组。实验2:流动型态的观测与测定实验目的：研究流体流动的型态，对于流体力学的理论和工程实践都具有决定性的意义。本实验是通过雷诺试验装置，观察流体流动过程的不同流型及其转换过程，测定流型转变时的临界雷诺数。实验内容：流体流动存在两种截然不同的型态，流体流动的型态由雷诺数判定。试验装置主要由稳压溢流水槽、试验导管和转子流量等部分组成。改变试验导管内水流速度，观察实验现象及流型。实验要求：预先预习实验讲义，在实验教师指导下，每位学生均需操作实验，完成相关的实验任务，然后填写实验报告，每个实验3～4人一组。实验3:管道流体阻力的测定实验目的：流动流体时的能量损失，主要由于管路系统中存在着各种阻力。管路中的各种阻力可分为沿程阻力和局部阻力两大类。本实验是以实验方法直接测定摩擦系数λ和局部阻力系数ζ。实验内容：本试验装置主要由循环水系统、试验导管系统和高位排气水箱串联组合而成。压差由一倒置U形水柱压差计显7/8示。通过实验测得λ和Re，可以在双对数坐标上标绘出实验曲线。实验要求：预先预习实验讲义，在实验教师指导下，每位学生均需操作实验，完成相关的实验任务，然后填写实验报告，每个实验3～4人一组。实验4:离心泵性能测定实验实验目的：本实验采用单级单吸离心泵装置，实验测定在一定转速下泵的特性曲线。通过实验了解离心泵的构造、安装流程和正常的操作过程，掌握离心泵各项主要特性及其相互关系，进面加深对离心泵的性能和操作原理的理解。实验内容：离心泵主要特性参数有流量、扬程、功率和效率。上述各项泵的特性参数并不是孤立的，而是相互制约的。在一定转速下，将实验测得的各项参数即：He、N、η与Vs之间的变化关系标绘成一组曲线，这组关系曲线就是离心泵特性曲线。实验要求：预先预习实验讲义，在实验教师指导下，每位学生均需操作实验，完成相关的实验任务，然后填写实验报告，每个实验3～4人一组。实验5:离心式风机性能实验实验目的：1)熟悉风机性能测定装置的结构与基本原理。2)掌握利用实验装置测定风机特性的实验方法。3)通过实验得出被测风机的气动性能。4)通过计算将测得的风机特性换算成无因次参数特性曲线。5)将试验结果换算成指定条件下的风机参数。实验内容：本试验装置采用进气试验方法，风量采用锥形进口集流器方法测量。测功率电机，用它来测定输入风机的力矩，同时测出电机转速，就可得出输入风机的轴功率。实验要求：预先预习实验讲义，在实验教师指导下，每位学生均需操作实验，完成相关的实验任务，然后填写实验报告，每个实验3～4人一组。8/8九、教材与参考书：本课程选用教材:蔡增基主编，《流体力学泵与风机》（第四版），中国建筑出版社，1999.12。本课程推荐参考书:1)周谟仁主编，《流体力学泵与风机》（第一、二、三版），中国建筑工业出版社。2)屠大燕主编，《流体力学与流体机械》，中国建筑工业出版社，1994年6月。3)张兆顺编，《流体力学》,清华大学出版社，1999年2月。4)姜兴华等编，《流体力学》，西南交通大学出版社，1999年7月。十、本课程理论课及实验课的考核方式:理论课考核方式：理论课采用闭卷考试。实验课考试方式：实验课以学生做实验时的操作能力及撰写的实验报告为依据评定成绩。