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XuetangX

应用流体力学

via XuetangX

Overview

流体力学相关问题,是能源动力、石油、机械、环境、土木等领域工业生产众多关键环节中需重点解决的问题。流体力学是能源动力、油气储运等相关专业的专业基础课,是承接数理通识课程与专业课程的桥梁,在本科课程体系中具有重要地位。为满足新时期人才培养需要,改革教学内容和教学方法,充分利用现代化信息技术、多媒体技术和互联网平台,共建共享高等学校优质课程教学资源,满足学生与社会大众的自学和在线学习需求,提高人才培养质量,服务学习型社会建设。

本课程共有10个章节,系统地讲授流体基本性质、流体静力学、流体运动学、流体力动力学基础、量纲分析与相似原理、不可压缩恒定总流的基本方程及其应用、流动阻力与水头损失、管路与孔口出流、一元气体的可压缩流动等知识。

课程定位于应用型本科专业的工程流体力学教学,本课程的特色主要体现在如下五个方面:

    一、基本概念严谨清晰,内容编排合理易学。在课程建设过程中,团队教师投入大量精力进行文献信息资料的查阅调研和教学研讨,力求基本概念严谨准确,且通俗易懂。例如:在讲解湍流时,指出“层流底层”表述不严谨准确,倡议采用“黏性底层”提法更突出物理本质。同时,课程知识结构逻辑清晰,内容编排遵循由浅入深、从简单到复杂认知过程,具有较好的可教性和可学性,体系完整兼具知识点碎片化设计。

    二、强调宏观系统性思维,应用特色鲜明突出。流体运动基本方程是流体力学教学的重点和难点内容。本课程以工程应用为导向,基于积分的思想,从宏观整体的角度去思考和分析,强调流动问题的系统性,直接导出流体运动的积分型方程,再导出微分型方程。从宏观到微观的讲授思路,不仅有利于促进学生对公式的理解和应用,还使学生了解工程上处理流体力学问题的一般思路。特别是在第10章,建设了流体力学实验相关慕课,以便于线上线下相结合,提升学生课前预习和课后巩固的学习效果。

    三、融合教学教改成果,强化探究能力培养。编者充分融合工程案例教学、课外创新活动等课内外教学所获得的经验和成果,通过设置大量的与生活和工程实际相关的例题和习题、引入数值计算并设置编程习题等方式,多层面强化学生探究能力培养的和训练。特别地,在第8章管网水力计算时引入了计算机编程法求解,并给出了程序代码。这既可以锻炼学生的计算机应用能力,又能够使学生对工艺设计有一个初步的体会,这在同类课程建设中很少见。

    四、内容深广度适中,知识点详略得当。综合考虑到工程技术最新发展需要,以及能源与动力工程、油气储运工程、石油工程、环境工程等相关专业的教学需求,本课程在内容上涵盖流体静力学、运动学和动力学相关的基本概念、基本原理和基本方法,具有较宽的适用面,且利于学生系统地学习基本理论。同时,牢牢抓住“以应用为导向”的根本宗旨,对流体力学知识点有选择性详解或略讲。特别是在方程的导出过程中,淡化数学推导,着重阐明其物理意义和应用条件。

    五、重视课程思政,力求润物细无声。以流体力学发展历史与名人轶事、时代热点话题、专业领域工程实际案例等为切入点,在知识讲解的过程中巧妙融入课程思政元素,包括:爱国主义教育、文化自信与制度自信,重视工程规范与工程素养,激发创新创造能力、训练做事严谨认真的作风,等等,力求不留痕迹、不说教。充分利用慕课视频可以展示图片、视频等多媒体资源的优势吸引学生注意力,营造具有沉浸感的课程思政氛围,通过影音和文字激发学生思考,直抵学生内心,以求“润物细无声”。



Syllabus

  • 0 绪论
    • 绪论-单元讨论
  • 第1章 基本概念
    • 1.1 流体定义及连续介质假设
    • 1.2-1 流体的主要力学性质-密度及其相关量、压缩性与膨胀性
    • 1.2-2 流体的主要力学性质-黏性
    • 1.2-3 流体的主要力学性质-表面张力、饱和蒸气压
    • 1.3 作用在流体上的力
    • 1.4 流体的分类
    • 第1章-单元讨论
  • 第2章 流体静力学
    • 2.1-1 流体静压力方向特性
    • 2.1-2 流体静压强大小特性
    • 2.2-1 欧拉平衡微分方程
    • 2.2-2 静止流体中的压强分布、等压面
    • 2.3-1 流体静力学基本方程式
    • 2.3-2 流体静压强基本公式
    • 2.3-3 压强的测量
    • 2.4 重力和惯性力作用下的流体的相对平衡
    • 2.5 静止流体作用在平面上的总压力
    • 2.6 静止流体作用在曲面上的总压力
    • 第2章-单元讨论
  • 第3章 流体运动学
    • 3.1-1 拉格朗日法
    • 3.1-2 欧拉法
    • 3.2 流体运动学的基本概念
    • 3.3-1 流体微团的运动形式
    • 3.3-2 流体微团运动的分解
    • 3.4 流体运动的分类
    • 3.5 涡流与势流
    • 第3章-单元讨论
  • 第4章 流体运动基本方程
    • 4.1-1 雷诺输运方程(上)
    • 4.1-2 雷诺输运方程(中)
    • 4.1-3 雷诺输运方程(下)
    • 4.2 积分型和微分型连续性方程的推导
    • 4.3 积分型和微分型动量方程的推导
    • 4.4 动量矩方程和动量矩方程的应用
    • 4.5 理想流体运动微分方程及伯努利方程
    • 4.6 不可压缩牛顿流体运动微分方程及定解条件
    • 第4章-单元讨论
  • 第5章 量纲分析与相似原理
    • 5.1-1 量纲分析-基本概念
    • 5.1-2 量纲分析-瑞利法和π定理
    • 5.2 流动相似条件
    • 5.3-1 相似准则
    • 5.3-2 模型实验的设计
    • 第5章-单元讨论
  • 第6章 不可压缩恒定总流的基本方程
    • 6.1 不可压缩恒定总流的连续性方程
    • 6.2-1 不可压缩恒定总流的伯努利方程(上)
    • 6.2-2 不可压缩恒定总流的伯努利方程(下)
    • 6.3 不可压缩恒定总流的动量方程
    • 6.4 不可压缩恒定总流基本方程的综合应用
    • 第6章-单元讨论
  • 第7章 流动阻力与水头损失
    • 7.1 流动阻力与水头损失的分类
    • 7.2 流体运动的两种流态
    • 7.3 湍流基本概念与理论
    • 7.4 圆管充分发展恒定层流理论分析
    • 7.5 圆管充分发展恒定湍流理论分析
    • 7.6-1 管道流动沿程阻力系数与水头损失(上)
    • 7.6-2 管道流动沿程阻力系数与水头损失(下)
    • 7.7 局部阻力损失系数
    • 7.8-1 明渠流沿程阻力和水头损失(上)
    • 7.8-2 明渠流沿程阻力和水头损失(下)
    • 7.9 边界层理论基础
    • 7.10 绕流阻力与升力
    • 第7章-单元讨论
  • 第8章 管路与孔口出流
    • 8.1 管路概述:管路的定义、分类、特点
    • 8.2-1 简单管路第一类问题水力计算
    • 8.2-2 简单管路第二类问题水力计算-流态校正法
    • 8.2-3 简单管路第二类问题水力计算-流量校正法
    • 8.3-1 复杂管路的水力计算-串联管路
    • 8.3-2 复杂管路的水力计算-并联管路
    • 8.4-1 管网的水力计算-分支管路
    • 8.4-2 管网的水力计算-环装管路
    • 8.5 管路与泵的特性匹配
    • 8.6 管中水击
    • 8.7 孔口出流
    • 第8章-单元讨论
  • 第9章 一元气体的可压缩流动
    • 9.1-1 气体动力学的基本概念(上)
    • 9.1-2 气体动力学的基本概念(下)
    • 9.2 一元恒定气体流动方程
    • 9.3 一元恒定绝热和等熵气流的基本特性
    • 9.4 一元恒定等熵流动气流参数与通道面积的关系
    • 9.5 一元恒定等截面可压缩气体管流
    • 9.6 正激波
    • 第9章-单元讨论
  • 第10章 流体力学实验
    • 10.1 流体静压强测量实验
    • 10.2 文丘里管流量测量实验
    • 10.3 毕托管流速测量实验
    • 10.4 不可压缩恒定总流伯努利方程应用实验
    • 10.5 不可压缩恒定总流动量方程应用实验
    • 10.6 雷诺实验
    • 10.7 沿程水头损失和阻力系数测量实验
    • 10.8 局部水头损失和阻力系数测量实验
    • 第10章-单元讨论
  • 期末考试

    Taught by

    Beijing Institute of Petrochemical Technology

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