《高等流体力学》教学大纲
已浏览:次 作者: 来源: 发布时间:2003年09月20日 10:21:00

课程名称:高等流体力学

课程编号:S031004

课内学时:60学时

    分: 3学分

适用专业:机械设计及理论、化工过程机械、石油工程

先修课程:矢量分析、场论、张量分析、复变函数及工程流体力学

一、教学目的与要求:

《高等流体力学》要求在本科《工程流体力学》课程学习的基础上,加深对流体力学的理性认识和理解,掌握流体力学中的思维特点和较综合的分析推理方法。因此,要求学生在理论修养和实际处理流体力学问题的能力上都要有明显的提高,为独立解决流体力学的问题提供必要的扎实的理论基础。

要求:一. 掌握流体力学的分析推理方法,能理解并较为熟练地应用矢量分析和张量分析等数学工具来分析解决流体力学理论问题;

. 深化对粘性流体的运动学和动力学问题的认识,强化其分析和处理实际流体力学问题的能力;

. 加深对湍流运动的理论认识,理解并掌握常用的湍流运动和计算模型。

二、教学内容及学时安排:

第一章        第一章        预备知识回顾(4学时)

§1-1  矢量代数及场分析—矢量混合积·二重矢积·标量场·矢量场·哈密顿算子·奥高公式·斯托克斯公式·曲线坐标系

§1-2  张量初步—张量定义·并矢·张量识别定理·张量代数·笛卡尔张量·各相同性张量·二阶笛卡尔张量的一般性质。

 

第二章  流体力学基本概念及运动描述(10学时)

§2-1  欧拉连续介质假设及流体微团运动的两种描述方法—连续介质假说(三要素)·拉格朗日微团跟踪描述方法·拉格朗日变数·欧拉场描述方法·欧拉变数·两种变数的转换·局部导数·位变导数·随体导数。

§2-2  流体微团的速度分解定理—速度梯度张量·转动速度张量·形变速度张量。

§2-3  流体微团上所受的力—质量力及其分布密度·面力及其分布密度·应力张量·偏应力张量·压力函数。

§2-4  流体微团的微分—线元素的随体导数·体元素的随体导数·面元素的随体导数·物质积分的随体导数。

 

第三章   第三章     流体力学基本方程组(8学时)

§3-1  连续性方程;

§3-2  运动(动量)方程—积分形式的运动方程·微分形式的运动方程·动量矩方程;

§3-3  能量方程;

§3-4  本构方程—广义牛顿定律·本构关系·NS方程;

§3-5  状态方程—理想气体状态方程·范氏状态方程·NS方程;

§3-6  流体力学基本方程组及其定解问题—基本方程组·初边条件

 

第四章   第四章     理想流体力学基本专题(10学时)

§4-1  理想流体的伯努利积分和拉格朗日积分—伯努利积分·管式场·拉格朗日积分·伯努利—拉格朗日积分;

§4-2  涡旋运动—涡旋运动学性质·玄姆霍兹方程·玄姆霍兹定理;

§4-3  平面势流理论—速度势·流函数·复位势·基本流动·势流的叠加·虚象法、映射定理、圆周定理;

§4-4  波浪运动基础—基本方程及定界条件·平面波·长波理论;

 

第五章   第五章     粘性流体的层流运动(12学时)

§5-1  粘性不可压缩流体运动方程组及其定解条件—粘性流体的运动方程·层流及湍流·粘性流体的运动特征;

§5-2  粘性不可压缩流体运动的实验研究—相似性·相似准则·相似律·量纲及量纲分析;

§5-3  粘性不可压缩流体运动的一些精确解;

§5-4  普朗特边界层理论—普朗特边界层方程·边界层分离·平板层流边界层;

 

第六章   第六章     绕流运动及分离流(4学时)

§6-1  平面势流的绕流运动—圆柱无环量和有环量绕流·任意形状物面绕流;

§6-2  轴对称体的绕流运动—圆球绕流·回旋体绕流;

§6-3  粘性流体平面绕流运动—圆柱绕流·分离流·分离点(层流及湍流);

§6-4  粘性流体轴对称体的绕流及分离流运动;

第七章   第七章     粘性流体的湍流运动(12学时)

§7-1  雷诺方程—雷诺方程·雷诺应力;

§7-2  普朗特混合长理论—无界固壁上的湍流运动·普朗特混合长理论·层流子层区·湍流核心区;

§7-3  圆管内的湍流运动—光滑圆管内的湍流运动·粗糙圆管内的湍流运动

§7-4  平板湍流边界层—湍流边界层·层流向湍流边界层的过度和转变·转捩点

§7-5  统计湍流基础;

§7-6  近代湍流模型介绍。

三、教材及主要参考书:

《流体力学》(上、下册)    吴望一著     北京大学出版社

《流体力学》              郑洽馀等编     机械工业出版社

《高等流体力学》            费翔麟编     西安交大出版社

《流体力学》   [英]  J. F. Douglas 等编     高等教育出版社

 《高等流体力学》          董守平编著      石大轻印厂