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1、粘性流体力学教学大纲课程英文名Viscous fluid mechanics课程代码B0801Z08学分3总学时48理论学时48实验/实践学时0课程类别专业课课程性质任选先修课程高等数学、物理学、理论力学、流 体力学适用专业工程力学开课学院计量测试工程学院执笔人审定人制定时间2020年11月一、课程地位与课程目标(-)课程地位粘性流体力学是研究粘性流体运动以及与固体之间相互作用的一门学科，是工程力学等专业 学生的一门选修课程。本课程主要讲解粘性流体动力学的基础知识，如张量、应力与应变关系； 粘性流体方程组的推导，一些简单流动的Navier-Stokes方程的求解方法；了解层流边界层的求解 方法
2、，层流边界层向湍流边界层的转援及湍流边界层的求解方法，了解湍流的统计理论以及层流 和湍流尾流和射流的求解等。本课程为学生了解近代流体力学的研究方法及研究进展提供知识准 备；同时也是数学、物理及工程力学等课程所讲授知识工具的具体运用和巩固、强化，为学生应 用所学知识解决具体力学问题提供练习机会。(二)课程目标1 .系统掌握矢量分析与场论的基本知识；2 . 了解粘性流体力学的研究对象，任务和方法，了解粘性流体力学在工程技术中的地位；掌 握流体粘性的基本概念；掌握流体运动的描述方法及作用在流体上的力；掌握牛顿流体的本构关 系。3 .掌握粘性流体运动的连续性方程、动量方程、动量矩方程、能量方程的建立方
3、法，掌握流 体力学方程组及其表达式、非惯性系中的动量方程、流体力学方程组的定解条件。4 .掌握典型的粘性流体方程组的精确解法；5 .掌握极低雷诺数流动的几种典型流动的方程组解法。1 ,掌握不可压缩层流边界层的基本概念、基本方程、精确解；掌握边界层的相似性解、边界 层的积分关系及其应用；了解非定常层流边界层的典型解法。7 .掌握湍流运动的基本方程的建立及其封闭模式；8 ,思政和劳务教育目标通过本课程的德育学习，帮助学生理解本课程中蕴含的文化基因和价值范式，在专业知识的 学习中不断进行理想层面的精神指引，激励学生自觉把个人的理想追求融入到实现中华民族伟大 复兴中。二、课程目标达成的途径与方法以课堂
4、教学为主，结合自学、课堂提问、课堂讨论、课外作业等。自学内容：需要补充的相关知识，如矢量分析与场论、相关的应用软件；课堂教学：主要内容采用课堂教学来完成，利用自制的PPT课件，结合板书来完成；课堂提问：将重要的知识点、容易混淆的概念或知识，采取课堂提问的方式，加深学生的认 识与理解；课堂讨论：将课程中具有共性的研究方法、理论及核心内容，采取课堂讨论的方式，以提高 学生宏观上分析问题与解决问题的能力；课外作业：为了巩固所学知识，每章精选一些具有代表性知识点的问题，布置成课外作业， 通过批改作业，以发现学生在课程学习中存在的问题，以及时解决。思政和劳务教育：学习我国科学家钱学森、周培源、陆士嘉等在
5、流体力学发展中的突出贡献 和爱国情怀，介绍我国古代诗词中对流体力学现象观察和描述的佳句以及著名水利工程，了解现 代粘性流体力学在我国流体工程中的重要应用。三、课程目标与相关毕业要求的对应关系课程目标课程目标对毕业要求的支撑程度（H、M、L）毕业要求5课程目标1H课程目标2H课程目标3H课程目标4H课程目标5H课程目标6M课程目标7L四、课程主要内容与基本要求章次主要内容基本要求第。章 矢量分析与场论钱学森学生张德良追忆恩师：他的爱国 心是科学家楷模深刻理解矢性函数的概念熟练掌握矢端曲线掌握矢性函数的极限和连续性熟练掌握矢性函数的导数与微分熟练掌握导矢的几何意义掌握矢性函数的微分熟练掌握矢性函数
6、的导数公式熟练掌握场的概念熟练掌握数量场的等值面掌握矢量场的矢量线熟练掌握方向导数熟练掌握梯度熟练掌握通量熟练掌握散度熟练掌握环量熟练掌握旋度熟练掌握哈密顿算子熟练掌握曲线坐标的概念熟练掌握拉梅系数熟练掌握坐标变换掌握柱坐标熟练掌握球坐标理解基矢量对坐标的偏导数理解正交曲线坐标系中的梯度、散度、旋度熟练掌握第1章粘性流体力学引论粘性流体和理想流体熟练掌握粘度熟练掌握流体粘性的微观机理熟练掌握迹线、脉线、流线和时间线熟练掌握Helmholtz微元速度分解定理熟练掌握应变率张量熟练掌握涡量熟练掌握质量力熟练掌握表面力熟练掌握应力张量掌握表面张力熟练掌握牛顿流体的本构关系熟练掌握第2章 粘性流体运动
7、的基本方程介绍古代诗词对流体力学现象的描述和 著名水利工程理解连续方程熟练掌握动量方程熟练掌握动量方程的一般形式熟练掌握Navier-Stokes 方程熟练掌握流体的动量矩方程了解流体的能量方程熟练掌握流体力学方程组熟练掌握在直角坐标系中的表达式熟练掌握在柱坐标系中的表达式熟练掌握在球坐标系中的表达式掌握非惯性系中的动量方程掌握固壁边界条件熟练掌握液体-流体界面的边界条件熟练掌握现代粘性流体力学在我国流体工程中的 重要应用掌握平行平板间的定常剪切流熟练掌握同轴旋转圆筒间的Couette流熟练掌握同轴圆筒间的轴向流熟练掌握圆管中的Poiseuille流熟练掌握矩形截面管中的Poiseuille流
8、理解椭圆截面管中的Poiseuille流理解平板突然起动熟练掌握平板振荡流熟练掌握圆管内Poiseuille流的起动过程掌握圆管振荡流理解气泡的径向运动理解楔形槽道内的平面径向流理解轴对称驻点流了解旋盘流了解第4章 流体流动微分方程极低雷诺数的流动熟练掌握小球的极慢运动熟练掌握二维扩散槽内的径向流掌握楔形狭缝内的Couette流掌握偏心圆筒间狭缝内的流动掌握圆盘间的挤压流掌握Oseen近似熟练掌握狭缝流的平均惯性法理解雷诺数不很小的圆球定常绕流理解第5章不可压缩层流边界层边界层的基本特征熟练掌握二维边界层方程熟练掌握边界层厚度熟练掌握Blasius 方程熟练掌握Blasius方程的求解熟练掌握
9、Falkner-Skan 方程掌握二维收缩槽内的相似性解掌握平面自由射流掌握卡门动量积分关系熟练掌握平板边界层的近似解熟练掌握吸气平板边界层掌握沿曲面边界层的近似解掌握在静止流体中物体突然起动理解小幅高频振荡物体外的边界层理解第6章 湍流运动的基本方程及其封 闭模式湍流运动的不规则性熟练掌握湍流的统计方法熟练掌握雷诺方程、脉动方程熟练掌握雷诺应力的物理意义熟练掌握雷诺应力和湍动能的输运方程熟练掌握雷诺应力和湍动能的输运过程熟练掌握涡粘模式掌握雷诺应力模式掌握五、课程学时安排教学内容学时数学生任务（作业、自学、讨论等任务要求）对应课程 目标第0章矢量分析与场论81 .完成矢量分析与场论习题11、
10、1-3、 1-4, 22、2-4、2-5, 3-1、3-3、3-4, 4-2、 4-3, 5-2、5-3、5-6, 7-2、7-4, 8-1、8-3、8-10 作业；2 .课后自学Mathtype、Origin应用软件。3 .查阅我国科学家在粘性流体力学发展中做 出的贡献的相关资料；课程目标1第1章粘性流体力学引 论61 .完成综述：在不同雷诺数条件下，圆柱绕流 的不同尾迹形态大作业；2 .课后自学MathCAD应用软件。课程目标2第2章粘性流体运动的 基本方程61 .完成推导出雷诺输运公式，并写出推导粘性 流体运动基本方程组的思路大作业；2 .课后自学Mathematic应用软件。课程目标3
11、第3章粘性流体方程组 的精确解61.完成 4-4,45 4-7,49 4-22,4-23 作业;2.课后自学Maple应用软件。课程目标4第4章极低雷诺数的流 动81 .完成 5-2,5-3,5-4,5-8 作业；2.课后自学Matlab应用软件。课程目标5第5章不可压缩层流边 界层6L完成求解平板推导平板层流边界层的Blasius方程，并结合数值方法求解大作业；2.课后自学Profili应用软件。课程目标6第6章湍流运动的基本81.完成通过边界层控制体推导卡门动量积分课程目标7方程及其封闭模式方程，分别确定1-4阶速度分布，计算出相 应的边界层参数5,含,& ,金,作业；2.课后自学Fluent应用软件。六、实践环节及基本要求无七、考核方式及成绩评定考核内容考核方式评定标准（依据）占总成绩比例过程考核含到课率、课堂讨论发言、 平时作业等考核10次，每次10分20%期末考核大作业根据4次大作业成绩80%考核类别考杳成绩登记方式百分制八、推荐教材与主要参考书（一）推荐教材：粘性流体力学，朱克勤，高等教育出版社，2009年6月，第1版（二）主要参考书：粘性流体力学，吴玉林，刘树红著，水利水电出版社，2007年11月粘性流体力学，章梓雄董曾南，清华大学出版社，2011年3月，第2版