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模块1 绪论 1

模块概述 1

知识目标 1

技能目标 1

学习重点 1

课时建议 1

1.1流体力学的任务及发展简史 2

1.1.1流体力学概念 2

1.1.2流体力学的发展历史 2

1.1.3流体力学的应用 4

1.2流体的连续介质模型 5

1.2.1流体的特征 5

1.2.2连续介质的概念 5

1.3流体的主要物理性质 7

1.3.1密度和容重 7

1.3.2粘性 7

1.3.3压缩性和不可压缩液体模型 9

1.3.4表面张力 10

1.4作用于流体上的力 11

1.4.1表面力 11

1.4.2质量力 11

1.5流体力学的研究方法与展望 12

1.5.1流体力学的研究方法 12

1.5.2流体力学的展望 13

重点串联 14

拓展与实训 14

职业能力训练 14

工程模拟训练 15

链接执考 15

模块2 流体静力学 16

模块概述 16

知识目标 16

技能目标 16

学习重点 16

课时建议 16

工程导入 17

2.1静水压强的概念 17

2.1.1静水压强的定义 17

2.1.2静水压强的特性 17

2.2液体的平衡微分方程与等压面 18

2.2.1液体的平衡微分方程 18

2.2.2液体平衡微分方程的积分 19

2.2.3帕斯卡定律 20

2.2.4等压面 21

2.3重力作用下静水压强的分布规律 21

2.3.1重力作用下静水压强的基本公式 21

2.3.2压强的度量 22

2.4重力和惯性力同时作用下的液体平衡 25

2.5平面上的静水总压力 27

2.5.1解析法 27

2.5.2图解法 30

2.6曲面上的静水总压力 32

2.6.1压力大小 33

2.6.2压力体 33

2.6.3总压力的方向和作用点 34

2.7潜体与浮体的平衡与稳定性 36

2.7.1物体的沉浮 36

2.7.2潜体的平衡及稳定性 36

2.7.3浮体的平衡及稳定性 37

重点串联 38

拓展与实训 39

职业能力训练 39

工程模拟训练 40

链接执考 41

模块3 液体运动学 43

模块概述 43

知识目标 43

技能目标 43

学习重点 43

课时建议 43

工程导入 44

3.1描述液体运动的两种方法 44

3.1.1拉格朗日法 44

3.1.2欧拉法 45

3.2液体运动的基本概念 47

3.2.1恒定流与非恒定流 47

3.2.2流线、迹线及其微分方程 47

3.2.3流面、流管、元流、总流 50

3.2.4过水断面、流量、断面平均流速 50

3.3液体运动的类型 52

3.3.1一维流、二维流、三维流 52

3.3.2均匀流和非均匀流 52

3.3.3渐变流和急变流 53

3.3.4有压流、无压流、射流 54

3.4连续性方程 54

3.4.1控制体的概念 54

3.4.2液体运动的连续性微分方程 54

3.4.3恒定总流的连续性方程 56

3.5液体微团的运动分析 58

3.5.1速度分解定理 58

3.5.2速度分解的物理意义 58

重点串联 61

拓展与实训 61

职业能力训练 61

工程模拟训练 62

链接执考 62

模块4流体动力学 63

模块概述 63

知识目标 63

技能目标 63

学习重点 63

课时建议 63

工程导入 64

4.1雷诺输运定理 64

4.2热力学第一定律——能量方程 65

4.2.1积分形式的能量方程 65

4.2.2沿流线的伯努利方程 66

4.2.3粘性流体总流的伯努利方程 67

4.2.4伯努利方程水力学意义 69

4.3牛顿第二定律——动量方程 71

4.4流体力学方程的应用 72

4.4.1连续性方程的应用 72

4.4.2能量方程的应用 72

4.4.3动量方程的应用 77

重点串联 78

拓展与实训 79

职业能力训练 79

工程模拟训练 81

链接执考 81

模块5 量纲分析和相似原理 83

模块概述 83

知识目标 83

技能目标 83

学习重点 83

课时建议 83

5.1 量纲分析概念和原理 84

5.1.1物理量的单位和量纲 84

5.1.2无量纲量 84

5.1.3物理方程的量纲一致性 85

5.2 量纲分析方法 86

5.2.1瑞利法 86

5.2.2π定理 87

5.3流动相似原理 89

5.3.1几何相似 89

5.3.2运动相似 89

5.3.3动力相似 90

5.3.4初始条件和边界条件相似 90

5.4相似准则 90

5.4.1雷诺准则 91

5.4.2弗劳德准则 91

5.4.3欧拉准则 92

5.4.4常用的相似准则的物理意义 92

5.5流体力学模型试验 93

5.5.1模型律的选择 93

5.5.2模型设计 94

重点串联 96

拓展与实训 97

职业能力训练 97

工程模拟训练 97

链接执考 98

模块6 恒定平面势流 99

模块概述 99

知识目标 99

技能目标 99

学习重点 99

课时建议 99

工程导入 100

6.1速度势 100

6.2流函数 101

6.3几种简单的平面势流 102

6.3.1均匀流 103

6.3.2源流和汇流 104

6.3.3环流 105

6.3.4偶极流 108

6.4简单平面势流叠加 109

6.4.1源流和均匀流的叠加 109

6.4.2均匀流和偶极流的叠加——圆柱绕流 112

重点串联 116

知识链接 117

拓展与实训 117

职业能力训练 117

工程模拟训练 118

模块7流动阻力和水头损失 119

模块概述 119

知识目标 119

技能目标 119

学习重点 119

课时建议 119

7.1流动阻力和水头损失的关系 120

7.1.1水头损失的分类 120

7.1.2水头损失的计算公式 120

7.1.3液流边界几何条件对水头损失的影响 121

7.2粘性流体的两种流动形态 122

7.2.1雷诺试验 122

7.2.2水流流动形态和水头损失关系 123

7.2.3水流形态的判别——雷诺数 124

7.2.4雷诺数的物理意义 125

7.3沿程水头损失与剪应力的关系 126

7.3.1均匀流基本方程 126

7.3.2圆管均匀流切应力的分布 127

7.3.3壁剪切速度 128

7.4圆管中层流运动 128

7.4.1圆管中层流运动的流动特征及流速分布 128

7.4.2圆管中层流运动的流量 129

7.4.3断面平均流速 129

7.4.4动能修正系数和动量修正系数 129

7.4.5圆管层流的沿程阻力损失 130

7.5紊流运动 130

7.5.1紊流的形成过程 130

7.5.2紊流的特征与时均化 131

7.5.3粘性底层 133

7.5.4混合长度理论 133

7.6非圆管的沿程损失 135

7.6.1水力半径 135

7.6.2当量直径 135

7.7局部损失 136

7.7.1局部损失的一般分析 137

7.7.2变管径的局部损失 138

7.7.3弯管的局部损失 139

7.7.4局部阻力之间的相互干扰 140

7.8减小阻力的措施 140

重点串联 141

拓展与实训 142

职业能力训练 142

工程模拟训练 143

链接执考 143

模块8有压篇流 144

模块概述 144

知识目标 144

技能目标 144

学习重点 144

课时建议 144

工程导入 145

8.1短管的水力计算 145

8.1.1自由出流 145

8.1.2淹没出流 146

8.1.3短管水力计算的问题 148

8.1.4短管水力计算的应用 148

8.1.5短管管道系统水头线的绘制 150

8.2长管的水力计算 151

8.2.1按比阻计算 151

8.2.2按水力坡度计算 153

8.3复杂管道的水力计算 155

8.3.1串联管道 155

8.3.2并联管道 156

8.3.3沿程均匀泄流管道 157

8.4管网水力计算基础 159

8.4.1枝状管网 159

8.4.2环状管网 161

8.5有压管道的水击 161

8.5.1水击现象 161

8.5.2水击的传播过程 162

8.5.3水击压强的计算 163

8.5.4水击危害的预防 164

重点串联 165

知识链接 165

拓展与实训 165

职业能力训练 165

工程模拟训练 166

链接执考 167

模块 9明渠流 169

模块概述 169

知识目标 169

技能目标 169

学习重点 169

课时建议 169

工程导入 170

9.1明渠水流的一般特性 170

9.2表面波 170

9.2.1波速 171

9.2.2弗劳德数Fr的影响 172

9.3断面比能 172

9.4明渠均匀流 173

9.4.1过流断面的几何要素 173

9.4.2明渠均匀流特性及条件 174

9.4.3明渠均匀流的计算公式 174

9.4.4水力最佳断面 176

9.5渐变流 178

9.6急变流 178

9.6.1水跃 178

9.6.2薄壁堰 181

9.6.3宽顶堰 183

9.6.4闸孔出流 186

重点串联 187

知识链接 187

拓展与实训 188

职业能力训练 188

工程模拟训练 188

链接执考 189

参考文献 190