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课程名称：工程流体力学 课程代码：B0512042
课程类别：学科基础课 开课系部：电气与动力工程系
适用专业：能源与动力工程
总 学 时： 56 学时 其中实验（上机）学时： 8 学时
先修课程：高等数学、大学物理、工程力学
后续课程：汽轮机原理、泵与风机、供热工程
一、课程教学目标
《工程流体力学》是能源与动力工程专业的一门学科基础课，以流体基础理论为主，结合一般工程技术。学生通过本课程的学习后，能够获得流体力学方面基础理论的系统知识，实验技能和一定的分析、解决问题的能力，是本专业工程技术人员必须掌握的知识。
课程主要任务是通过课堂和实验教学，使学生掌握流体力学静力学、运动学和动力学的基本概念、基本原理及应用、掌握工程流体力学有关的计算方法，培养具备应用工程流体力学知识对实际问题进行分析和计算的能力，为后续专业课的学习打下基础。
课程目标对学生能力要求如下：
课程目标 1.掌握流体力学静力学、运动学和动力学的基本概念、基本原理及应用。
课程目标 2.能够运用流体力学的质量守恒，动量守恒和能量守恒原理，为动力机械的流体流动，提供设计方案。
课程目标 3.认识量纲分析与实验关系，掌握管内液体流动的分析和计算方法，提高理论联系实际能力，具备一定的实验技能，能够独立学习和掌握相关的流体力学知识，对工程中的一般流体问题具有分析和计算的能力。
课程目标 4. 能够基于质量守恒，动量守恒和能量守恒原理并采用相似原理及量纲分析方法对工程中的流体问题进行分析和计算。
二、课程教学目标对学习成果的支撑关系
课程目标对学习成果的支撑关系
学习成果
学习成果指标点
课程目标
毕业能力G1.工程知识
能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题。
课程目标1
毕业能力G2.问题分析
能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。
课程目标2
毕业能力G3. 设计/开发解决方案
能够设计针对复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。
课程目标3
毕业能力G4.研究
能够基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。
课程目标4
三、课程教学方法（或手段）
1. 课堂讲授
(1) 采用启发式教学，激发学生主动学习的兴趣，培养学生独立思考、分析问题和解决问题的能力，引导学生主动通过实践和自学获得自己想学到的知识。
(2) 采用多媒体教学与传统板书教学相结合，提高课堂教学信息量，增强教学的直观性。
(3) 采用案例教学。理论教学与工程实践相结合，引导学生应用基本理论知识对产品进行精度设计。
(4) 采用互动式教学。课内讨论和课外答疑相结合。
2. 实验教学
实验是本课程一个重要环节，对学生理解工程流体力学基本原理具有重要的作用，通过实验可以使学生进一步掌握流体力学基本原理和分析实际问题的实验方法，应用流体力学的质量守恒、动量守恒和能量守恒原理为动力机械的流体流动，提供设计方案。巩固课堂所讲授的内容，学会实验数据处理方法。要求态度认真、原理清楚、方法正确、数据准确、实验报告工整。
按课表安排到实验室上实验课，按照实验指导书要求，学生独立或分组完成，并按时提交实验报告。
四、课程教学内容
第一章 绪论（2学时）
1．教学内容
(1) 流体力学的研究内容和研究方法；
(2) 流体力学在工程技术中和教学计划中的地位。
2．教学目的及要求
了解：流体力学的发展历史，流体力学在工程技术中和教学计划中的地位；
掌握：流体力学的研究内容和研究方法。
3．对应的课程目标
本章节对应课程目标1。
第二章 流体及其物理性质（4学时）
(1) 流体的定义和特征；
(2) 连续介质的假设；
(3) 作用在流体上的力，质量力和表面力；
(4) 流体的主要物理性质；
(5) 液体的表面性质。
理解：准确理解流体的连续介质的假设、流体的粘性和液体的表面张力等概念；
掌握：流体的定义和特征、作用在流体上的力、流体的压缩性和膨胀性、液体的表面性质；
熟练掌握：牛顿内摩擦定律。
本章节对应课程目标1、课程目标2。
第三章 流体静力学（6学时）
(1) 流体的静压强及特性；
(2) 流体平衡微分方程式和流体静力学基本方程式；
(3) 压强的计示及测量方法；
(4) 静止液体作用在平面和曲面上的总压力和静止液体作用在物体上的浮力。
掌握：流体的静压强及特性、流体平衡微分方程式和流体静力学基本方程式的主要推导过程，工程上常用的压强的计示及测量方法，静止液体作用在平面和曲面上的总压力和静止液体作用在物体上的浮力；
熟练掌握：平衡微分方程式、静力学基本方程式。
第四章 流体运动学和流体动力学基础（8学时）
(1) 流体运动的基本概念和基本方程以及研究流体流动的方法；
(2) 连续方程、动量方程与动量矩方程、能量方程；
(3) 伯努利方程及其应用。
理解：连续方程、动量方程与动量矩方程、能量方程；
掌握：流体运动的基本概念和基本方程以及研究流体流动的方法，连续方程、动量方程与动量矩方程、能量方程的推导过程及应用；
熟练掌握：伯努利方程及其应用。
本章节对应课程目标1、课程目标3。
第五章 相似原理与量纲分析（4学时）
(1) 流体流动的力学相似性；
(2) 动力相似准则；
(3) 流动相似条件；
(4) 量纲分析法。
理解：力学相似性、动力相似准则、流动相似条件；
掌握：量纲分析法的应用，几个重要的准则数（雷诺数、欧拉数、马赫数、柯西数、韦伯数等）的物理意义及其表达式；
熟练掌握：各相似准则数的计算方法。
第六章 管内流动和水力计算 液体出流（6学时）
(1) 管内流动的能量损失；
(2) 黏性流体的两种流动状态；
(3) 圆管中流体的层流流动和黏性流体的紊流流动；
(4) 局部损失的计算；
(5) 各类管流的水力计算。
理解：准确理解粘性流体的两种流动状态（层流流动与紊流流动）的基本概念、分类；
掌握：管道中流体水力过程的计算；
熟练掌握：工程上常见的和基本的流体流动的能量损失（沿程损失与局部损失）的计算过程，应用莫迪图。
本章节对应课程目标1、课程目标4。
第七章 气体的一维流动（4学时）
(1) 微弱压强波的一维传播，声速和马赫数；
(2) 气流的特定状态和参考速度及速度系数；
(3) 正激波，变截面管流，等截面摩擦管流，等截面换热管流。
了解：气流的特定状态和参考速度、速度系数，以及正激波的概念；
掌握：流体一维流动中的声速和马赫数的基本概念和计算过程，变截面管流、等截面摩擦管流、换热管流中相应的一些定义量的概念和计算；
第八章 理想流体的有旋流动和无旋流动（6学时）
(1) 微分形式的连续方程流体微团运动分解，理想流体运动方程和定解条件；
(2) 速度环量，斯托克斯定理，简单平面势流的叠加；
(3) 均匀等速流绕过圆柱体的平面流动、均匀等速流绕过圆柱体有环流的平面流动。
了解：有势流动、速度势和流函数的概念，简单的不可压缩流体的平面流动、平面无旋流动的叠加，以及平行流绕过圆柱体无环流的平面流动、有环流的平面流动；
掌握：流体理想流体的有旋流动和无旋流动、相应运动微分方程和伯努利方程及其定解条件。
第九章 黏性流体绕过物体的流动（6学时）
(1) 黏性流体微分形式的运动方程，不可压缩黏性流体的层流流动；
(2) 边界层的基本概念层流边界层微分方程，边界层动量积分关系式，边界层的位移厚度和动量损失厚度；
(3) 平板边界层的近似计算，曲面边界层的分离现象。
了解：边界层的分离现象、绕过圆柱体的流动和卡门涡街的概念、以及流体的阻力和阻力系数的计算，边界层的控制方法；
掌握：不可压缩粘性流体的运动微分方程，明确边界层的概念与分类及其微分方程和积分方程；
熟练掌握：流过平板的层流边界层、紊流边界层及混合边界层的近似计算。
第十章 气体的二维流动（2学时）
(1) 微弱压强波在空间的传播，马赫锥；
(2) 微弱压强波，气流折转角；
(3) 斜激波，激波的反射和相交，激波与边界层的相互干扰。
了解：微弱压强波在空间的传播、马赫锥，微弱压强波、气流折转角，激波的反射和相交，激波与边界层的相互干扰。
五、实验教学内容
实验项目(一) （2学时）：雷诺实验、伯努利方程实验、流量计校正实验
（1）项目类别：必做
（2）项目性质：综合性
（3）项目主要目的要求：了解静压、总压和动压之间的关系；熟悉用能量观点解释水流速度变化时各测压管水头线高度变化的原因；掌握伯努利方程的应用；通过观察玻璃圆管中的水流情况，形象的了解层流和紊流两种流态的特征，认识雷诺数在流态判别中的作用；理解文丘里流量计的工作原理并学会使用文丘里流量计进行流量测定。
（4）主要仪器：雷诺实验管、伯努利实验管、温度计、实验水箱、回水箱、测压计、文丘里流量计、孔板流量计等。
（5）实验考核方法：实验操作占40%，实验报告占40%，出勤占20%，得出实验总评成绩，然后根据课程实际情况按一定比例计入本门课程总评成绩。
实验项目(二) （2学时）：管路沿程阻力损失和局部阻力损失
（3）项目主要目的要求：了解实验设备和仪器，寻求摩擦阻力系数与雷诺数之间的函数关系，了解局部阻力损失的规律，掌握测定一般局部损失系数的实验方法，并测定管路突然扩大和突然缩小处的局部阻力系数值。
（4）主要仪器：沿程阻力实验管、局部阻力实验管、突扩、突缩实验管、实验水箱、回水箱、测压计、温度计等
实验项目(三) （2学时）：多功能附面层实验
（3）项目主要目的要求：测定平板附面层速度分布、测定实验绕流圆柱体表面压力分布、测定8%绕流机翼表面的压力分布、测定12%绕流机翼表面的压力分布、、测定21%绕流机翼表面的压力分布等，从而掌握不同附面层速度和压力分布规律。
（4）主要仪器：收敛段、工作段、过渡段、风机、测压计组、速度探针、附面层探针、实验件（浅蓝色透明有机玻璃材质，含平板附面层、圆柱体模型、三个不同厚弦比的机翼模型）。
实验项目(四) （2学时）： 圆柱绕流、平板附面层、弯管阻力、圆柱喷嘴射流、条缝喷嘴射流等实验
（3）项目主要目的要求：测定平板附面层某一断面的流速分布，确定附面层厚度δ；观测整个平板附面层厚度的发展；测定气体紊动射流断面流速分布，了解圆柱和条缝紊动射流的特性；利用毕托管和微压计测定气流速度的原理和方法，测定紊流系数；量测圆柱体表面压强分布；了解圆柱体压强分布规律与阻力系数。
（4）主要仪器：低噪音风机、稳压箱、各种有机玻璃制试件、U型管压力计、斜管微压计、基本型毕托管、鸭嘴形动压管、千分尺、电子微调位置显示灯、X坐标标尺、Y坐标标尺。
六、学时分配
章目
教学内容
教学环节
理论教学学时
实践/实验/上机学时
一
绪论
2
0
二
流体及其物理性质
4
三
流体静力学
6
四
流体运动学和流体动力学基础
8
五
相似原理与量纲分析
六
管内流动和水力计算 液体出流
七
气体的一维流动
八
理想流体的有旋流动和无旋流动
九
黏性流体绕过物体的流动
十
气体的二维流动
总计
56
48
七、课程考核与成绩评定
成绩组成
考核/评价细则
分值（或百分比）
学习过程考核
出勤占50%，作业占50%
10%
课内实验
实际操作占40%，实验报告占40%，出勤占20%
20%
期末考试
卷面成绩
70%
八、选用教材和参考书目
（一）参考教材：
1.《工程流体力学》（第四版），孔珑主编，中国电力出版社，2014年。
（二）主要参考资料：
1. 《流体力学基础》，华大学工程力学系编，北京，机械工业出版社，上册1980年，下册1982年；
2.《流体力学》，江宏俊主编，上下册，北京，高等教育出版社，1985年。
九、授课教研室
热工流体教研室
学院审核： 系部审核： 执笔人：王迎春
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