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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