.::教学大纲::.

工程流体力学教学大纲

一.教学目的

1.本课程是为能源与动力学院飞行器动力工程专业的大学本科三年级的学生开设的必修课,是本专业最重要的专业基础课之一。

2.在学习本课程之前,应当学习和掌握高等数学、理论力学、工程热力学等先期课程的基础知识。同时,本课程也是今后学习粘性流体力学、计算流体力学、发动机原理、叶片机原理、传热学、泵与风机、飞行器一体化引论等课程的重要基础。

3.重点以高等数学和理论力学为基础,系统阐述基本概念、基本原理和基本方法,同时对工程中遇到的实际流动现象进行扼要的分析和讨论。本书内容分为三大块,静力学、流(液)体动力学和气体动力学,其中以粘性流体为主,导出了流体流动的基本方程组,讨论了一些特殊的流动现象和分析方法。

  • 二.教学内容
  • 第一章流体的性质
  • §1.1 流体力学的发展

    §1.2 连续介质假设

    §1.3 流体的压缩性和膨胀性

    §1.4 流体的粘性

    重点与难点:流体粘性及牛顿内摩擦定理

    第二章 流体静力学

    §2.1 流体静压及特性

    §2.2 欧拉平衡方程

    §2.3 重力作用下流体的内压强

    §2.4 流体对平壁的作用力

    §2.5 流体对曲壁的作用力

    §2.8 流体静压测量

    第二章习题课

    重点与难点:欧拉平衡方程,流体对平壁和曲壁的作用力

    第三章 流体动力学基础

    §3.1 流体运动的描述及一些基本概念

    §3.2 流体微团的运动分析

    §3.3 雷诺输运定理

    §3.4 连续方程

    §3.5 积分形式的动量方程、动量矩方程

    §3.6 理想流体的动量方程(Euler 方程)

    §3.7 实际流体的动量方程(N-S方程)

    §3.8 理想流体的柏努利方程

    §3.9 实际流体的总流柏努利方程

    §3.10 柏努利方程应用

    §3.11 能量方程

    第三章习题课

    重点与难点:流体微团的运动分析,雷诺输运定理,连续方程,积分形式的动量方程、动量矩方程,微分形式的理想流体的动量方程(Euler 方程)和实际流体的动量方程(N-S方程),柏努利方程及其应用。

    第四章 相似原理

    §4.1 相似现象及相似条件

    §4.2 相似理论

    §4.3 相似准则确定

    §4.4 近似相似

    重点与难点:相似理论与相似准则确定。

    第五章 流动损失及管路计算

    §5.1 流动状态与流动损失分类

    §5.2 圆管中充分发展层流流动及沿程损失计算

    §5.3 圆管中湍流流动

    §5.4 管内湍流时沿程损失

    §5.5 局部损失计算

    §5.6 管路计算

    重点与难点:流动状态与流动损失分类,圆管中充分发展层流及湍流时沿程损失,局部损失计算。

    第六章 不可压平面势流

    §6.1 势函数和流函数

    §6.2 平面势流叠加原理和几种简单的平面定常势流

    §6.3 几种简单平面势流的叠加势流

    重点与难点:势函数和流函数的概念,平面势流叠加原理

    第七章 边界层理论

    §7.1 引言

    §7.2 边界层特性

    §7.3 边界层微分方程

    §7.4 边界层积分方程

    §7.5 边界层积分方程求解层流边界层

    §7.6 边界层积分方程求解湍流边界层

    §7.7 边界层分离及控制

    重点与难点:边界层特性,边界层积分方程及其应用

    第八章 湍流射流

    §8.1自由沉没射流;

    §8.2工业特殊射流

    重点与难点:自由沉没射流

    第九章 气动基本概念

    §9.1 微弱扰动在气流中的传播

    §9.2 理想气体流动基本方程及边界条件

    §9.3 三种状态参数、速度系数

    §9.4 气动函数及其应用

    重点与难点:气动基本概念:理想气体流动基本方程及边界条件,三种状态参数、速度系数,气动函数及其应用

    第十章 膨胀波和激波

    §10.1 膨胀波的形成及特点

    §10.2 Prandtl-Meyer膨胀波计算

    §10.3 膨胀波的反射与计算

    §10.4 激波的形成和正激波

    §10.5 斜激波前后参数的计算

    §10.6 斜激波的反射与相交

    §10.7 锥形激波

    重点与难点:Prandtl-Meyer膨胀波计算,膨胀波的反射与相交, 激波的形成和正激波,斜激波前后参数的计算,斜激波的反射与相交

    第十一章 一维定常流

    §11.1 变截面管流

    §11.2 收缩喷管

    §11.3 拉伐尔喷管

    §11.3 拉伐尔喷管

    §11.4 等截面摩擦管流

    §11.5 换热管流

    §11.6 变流量管流

    重点与难点:变截面管流,拉伐尔喷管

    第十二章 二维定常超声速气流的特征线法

    §12.1 特征线理论的一般论述

    §12.2 定常二维无旋超声速气流的特征线法

    §12.3 定常二维有旋超声速气流的特征线法

    §12.4 特征线法的数值计算

    重点与难点:特征线理论的概念

  • 三. 复习与考试

  • 流体力学设计性实验大纲

    一、指导思想

    《流体力学》是南航能源与动力学院所有专业本科生的主干课和专业基础课,是能源与动力学院每一个学生的必修课,也是国内外所有理工科大学必开的基础课程。流体力学除了理论教学外,又是一门实践性很强的课程,为了配合课堂教学,我们共开设了8个流体力学实验,通过学生自己动手,在实验中观察流动现象,记录流动参数,然后运用理论知识处理、分析实验结果。这些与课堂教学密切结合的实验无疑在帮助学生深入理解流体力学的基本概念上起到了重要作用。但是这些实验全是预先设计好并且预先已知结果的实验,学生只是被动地按实验大纲要求亦步亦趋地完成而已,对培养学生的创造能力显得较为单薄。

    开设流体力学设计性实验的目的就是为一部分学生提供一个发挥创造性的平台,让学生充分利用所学知识、充分发挥个人和团队的想象力和智慧,自己动手,设计实验过程,自己制造简单的实验模型,组织实施并完成实验,在失败-改进-成功的循环中达到实验预定目标。

    二、设计性实验特点

    (1) 只有总目标,没有具体的实施方案,需要学生自己设计

    (2) 可以有多种实施方案,因此各方案具有可比性

    (3) 实验结果具有多样性,不一定具有唯一性

    (4) 实验过程要求学生有较强的动手能力和综合能力

    三、流体力学设计性实验

    实验1----水重力驱动小车

    (1) 实验总体构思:利用一定高度水箱水流的势能驱动小车前进

    (2) 初步的设计参数:水箱容积W, 水箱高度H,

    (3) 初步的目标参数:载水小车的运动距离L

    (4) 实验条件:每一组需要约400~500元的经费和一些简单的钳工工具、平整的实验场地

    (5) 建议实施方案:设计组装4轮小车,用水箱水流驱动一简单叶轮,通过传动装置驱动小车;进行理论设计和效率计算,分析提高运动距离的方法,可以进行比赛。建议至少有两组以上同时开展这一实验,以便进行比较。

    实验2----无动力往返渡船

    (1) 实验总体构思:利用河水的流动速度,驱动一特殊设计的渡船实现河流两岸间无动力可控往返运动

    (2) 初步的设计参数:水流速度U,河流宽度与渡船长度之比

    (3) 初步的目标参数:渡船的运动速度V和往返需要的时间

    (4) 实验条件:可以利用实验室的水漕,制造渡船模型在水漕内进行运动实验。每一组需要约300元的经费和一些简单的钳工工具

    (5) 建议实施方案:首先进行方案设计,方案比较,然后进行初步的理论计算,第三步进行模型设计,最后进行水漕实验,验证设计的可行性。建议至少有两组或更多组同时开展这一实验,以便进行比较。

    实验3----低阻大容积流线体设计

    (1) 实验总体构思:在一定的迎面面积下和速度范围内,设计最小阻力和最大容积的轴对称流线型体

    (2) 初步的设计参数:流线型体的最大直径D、最大相对长度L/D、运动速度U(以低速为好),流体属性(空气)

    (3) 初步的目标参数:最小阻力Rx、最大容积Q

    (4) 实验条件:可以利用流体力学计算软件进行优化设计,利用实验室的水槽和相似原理,设计实验模型并组织实施水洞实验,在实验中设法测出流动阻力,再利用相似原理换算成实物阻力。每组需要约400元的实验费用

    (5) 建议实施方案:可以根据流体力学实验室水槽的实际流速,利用雷诺数Re相等的原理,估算空气中实物的速度U和尺度D。设计若干个流线型体,进行数值模拟并修改型面,逐步进行优化设计,而后再设计模型实验。建议至少有两组同时开展这一实验,以便进行比较。

    四、流体力学设计性实验结果的评判

    建议由各小组写出实验总结报告,采用现场实验和书面报告相结合的方法演示实验效果,请全体同学参加进行评议和讨论,可以就以下几方面进行议论:

    (1)构思的新颖性和科学性

    (2)实验组织的合理性和严密性

    (3)实验数据的可靠性、实验结果和实验目标的一致性

    (4)整个实验的创新性

    最后,由教师和特邀专家进行总结和评判。

    希望通过这些设计性实验,提高部分学生的创新能力和综合科研能力,提高大多数同学对流体力学的学习兴趣,进而提高本科生教学水平,为培养高素质航空动力人才创造条件。