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1、工工 程程 流流 體體 力力 學(xué)學(xué)Engineering Fluid MechanicsEngineering Fluid Mechanics課 程程 簡(jiǎn) 介介n課程性質(zhì)：課程性質(zhì)：本課程是安全工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)必修本課程是安全工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)必修課，先修課程為高等數(shù)學(xué)、工程力學(xué)等。要求掌握流體課，先修課程為高等數(shù)學(xué)、工程力學(xué)等。要求掌握流體力學(xué)的基本概念、基本理論和基本方法，能應(yīng)用所學(xué)知力學(xué)的基本概念、基本理論和基本方法，能應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決工程實(shí)際中的流體力學(xué)問(wèn)題，并為后續(xù)課程的學(xué)識(shí)解決工程實(shí)際中的流體力學(xué)問(wèn)題，并為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。習(xí)打下基礎(chǔ)。n學(xué)時(shí)：學(xué)時(shí)：課堂教學(xué)課堂教學(xué)

2、42學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)6學(xué)時(shí)（大概安排在第學(xué)時(shí)（大概安排在第1516周），暫定為集中考試課。周），暫定為集中考試課。n教學(xué)參考書教學(xué)參考書 1 沈小雄主編沈小雄主編.工程流體力學(xué)工程流體力學(xué).2 趙存友主編趙存友主編.工程流體力學(xué)工程流體力學(xué).課程簡(jiǎn)介內(nèi)容與要求課程簡(jiǎn)介內(nèi)容與要求n課程內(nèi)容：課程內(nèi)容：包括緒論、流體靜力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)基包括緒論、流體靜力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)、黏性流體運(yùn)動(dòng)及其阻力計(jì)算、有壓管流與孔口、礎(chǔ)、黏性流體運(yùn)動(dòng)及其阻力計(jì)算、有壓管流與孔口、管嘴出流、氣體的一元流動(dòng)、相似原理與量綱分析、管嘴出流、氣體的一元流動(dòng)、相似原理與量綱分析、流體機(jī)械（泵與風(fēng)機(jī)）等流體機(jī)械（泵與風(fēng)機(jī)）等

3、。n學(xué)習(xí)基本要求：學(xué)習(xí)基本要求：1）上課認(rèn)真聽講）上課認(rèn)真聽講；2）上課上課積極思積極思考并回答提問(wèn)；考并回答提問(wèn)；3）認(rèn)真完成作業(yè)）認(rèn)真完成作業(yè)；4）預(yù)習(xí)并做好）預(yù)習(xí)并做好實(shí)驗(yàn)，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。n課程考核：課程考核：綜合考慮考試成績(jī)、實(shí)驗(yàn)課成績(jī)和平時(shí)綜合考慮考試成績(jī)、實(shí)驗(yàn)課成績(jī)和平時(shí)成績(jī)。成績(jī)。按時(shí)上課按時(shí)上課，缺課三次以上（含三次）將不能，缺課三次以上（含三次）將不能參加考試。參加考試。第第1章章 緒緒 論論1.2 流體質(zhì)點(diǎn)與連續(xù)介質(zhì)的概念流體質(zhì)點(diǎn)與連續(xù)介質(zhì)的概念1.1 1.1 流體力學(xué)的研究對(duì)象、發(fā)展概況和研究方法流體力學(xué)的研究對(duì)象、發(fā)展概況和研究方法流體力學(xué)的研究對(duì)象

4、、發(fā)展概況和研究方法流體力學(xué)的研究對(duì)象、發(fā)展概況和研究方法 1.3 流體的主要物理性質(zhì)流體的主要物理性質(zhì)1.1.1 流體力學(xué)的研究對(duì)象流體力學(xué)的研究對(duì)象流體流體Fluid 什么是流體什么是流體?1.1 1.1 流體力學(xué)的研究對(duì)象、發(fā)展概況和研究方法流體力學(xué)的研究對(duì)象、發(fā)展概況和研究方法流體力學(xué)的研究對(duì)象、發(fā)展概況和研究方法流體力學(xué)的研究對(duì)象、發(fā)展概況和研究方法流體的定流體的定義在在靜靜力力平平衡衡時(shí)時(shí)，不不能能承承受受拉拉力力或或剪剪力力的的物質(zhì)就是流體。物質(zhì)就是流體。1.1.1 流體力學(xué)的研究對(duì)象流體力學(xué)的研究對(duì)象對(duì)流體定義的理解：對(duì)流體定義的理解：1）不不能能承承受受拉拉力力，因因而而流流

5、體體內(nèi)內(nèi)部部永永遠(yuǎn)遠(yuǎn)不不存存在在抵抵抗拉伸變形的拉應(yīng)力；抗拉伸變形的拉應(yīng)力；2）不不能能承承受受剪剪力力，即即任任何何微微小小的的剪剪切切力力都都會(huì)會(huì)導(dǎo)導(dǎo)致流體連續(xù)變形、平衡破壞，產(chǎn)生流動(dòng)。致流體連續(xù)變形、平衡破壞，產(chǎn)生流動(dòng)。例如：鉚接金屬板。例如：鉚接金屬板。1.1.1 流體力學(xué)的研究對(duì)象流體力學(xué)的研究對(duì)象1.1.1 流體力學(xué)的研究對(duì)象流體力學(xué)的研究對(duì)象流體的分類流體的分類固體：屬于非流體，有一定的形狀和一定的體積；固體：屬于非流體，有一定的形狀和一定的體積；液體：屬于流體液體：屬于流體，有一定的體積，無(wú)一定的形狀；，有一定的體積，無(wú)一定的形狀；氣體：屬于流體氣體：屬于流體，既無(wú)一定的形狀，

6、也無(wú)一定的體積。，既無(wú)一定的形狀，也無(wú)一定的體積。固體固體液體液體氣體氣體物質(zhì)種類物質(zhì)種類SolidLiquidGas1.1.1 流體力學(xué)的研究對(duì)象流體力學(xué)的研究對(duì)象 1）液液體體：液液體體的的體體積積與與盛盛裝裝液液體體的的容容器器大大小小無(wú)無(wú)關(guān)關(guān)，有有自自由由面面。分分子子間間的的空空隙隙大大約約等等于于其其分分子子的的平平均均直徑直徑。2）氣氣體體：充充滿滿所所占占的的空空間間，氣氣體體的的形形狀狀和和體體積積與與空空間間有有關(guān)關(guān)。氣氣體體的的顯顯著著特特點(diǎn)點(diǎn)是是其其分分子子間間距距大大，因因而而密密度度較較低低。分分子子的的平平均均間間距距約約為為分分子子平平均均直直徑徑的的10倍倍。

7、注注意意：1）各各種種狀狀態(tài)態(tài)之之間間的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化；2）氣氣體體與與蒸蒸汽汽(如水蒸氣、氨等如水蒸氣、氨等)不同。不同。液體和氣體的特征液體和氣體的特征1.1.2 流體力學(xué)的發(fā)展概況流體力學(xué)的發(fā)展概況流體力學(xué)流體力學(xué)(Fluid Mechanics)的任的任務(wù)是研究是研究流體的流體的平衡和機(jī)械運(yùn)平衡和機(jī)械運(yùn)動(dòng)的的規(guī)律，以及律，以及這些些規(guī)律在律在工程工程實(shí)際中中的的應(yīng)用，它屬于力學(xué)的一個(gè)分支。用，它屬于力學(xué)的一個(gè)分支。流體力學(xué)的研究和其他自然科學(xué)研究一流體力學(xué)的研究和其他自然科學(xué)研究一樣，是隨，是隨著著生生產(chǎn)的的發(fā)展需要展需要而而發(fā)展起來(lái)的。展起來(lái)的。流體力學(xué)的兩條發(fā)展途徑流體力學(xué)的兩條發(fā)展途

8、徑1）古古典典流流體體力力學(xué)學(xué)（理理論論流流體體力力學(xué)學(xué)Theoretical）：是是連連續(xù)續(xù)介介質(zhì)質(zhì)力力學(xué)學(xué)的的一一個(gè)個(gè)組組成成部部分分，屬屬基基礎(chǔ)礎(chǔ)科科學(xué)學(xué)，如如化化學(xué)學(xué)流流體體力力學(xué)學(xué)、電電磁磁流流體體力力學(xué)學(xué)等等。奠奠基基人人是是伯伯努努利利和和歐歐拉拉，還還有有拉拉格格朗朗日日、納納維維爾爾、斯斯托托克克斯斯和和雷諾等人。由于各種困難，很難解決實(shí)際問(wèn)題。雷諾等人。由于各種困難，很難解決實(shí)際問(wèn)題。2）水水力力學(xué)學(xué)（工工程程流流體體力力學(xué)學(xué)Engineering）：是是工工程程力力學(xué)學(xué)的的一一個(gè)個(gè)組組成成部部分分，屬屬應(yīng)應(yīng)用用科科學(xué)學(xué)，如如空空氣氣動(dòng)動(dòng)力力學(xué)學(xué)、滲滲透透力力學(xué)學(xué)、環(huán)環(huán)境境

9、流流體體力力學(xué)學(xué)、生生物物流流體體力力學(xué)學(xué)等等。卓卓越越成成就就的的工工程程師師包包括括畢畢托托、蔡蔡西西、文文丘丘里里、達(dá)達(dá)西西等等人人。應(yīng)應(yīng)用用上上有有一一定定的的局局限限性性，難難以以解解決決復(fù)復(fù)雜雜的的工程問(wèn)題。工程問(wèn)題。1.1.2 流體力學(xué)的發(fā)展概況流體力學(xué)的發(fā)展概況隨隨著著各各種種新新技技術(shù)術(shù)和和計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)技技術(shù)術(shù)的的發(fā)發(fā)展展，兩兩者者之之間間的的差差異異逐逐步步消消失失。流流體體力力學(xué)學(xué)既既是是一一門門基基礎(chǔ)礎(chǔ)科科學(xué)學(xué)，又又是是一一門門應(yīng)應(yīng)用用科科學(xué)學(xué)。工工程程流流體體力力學(xué)學(xué)偏偏重重于于工工程程應(yīng)應(yīng)用。用。流流體體力力學(xué)學(xué)的的應(yīng)應(yīng)用用：在在航航空空航航天天工工業(yè)業(yè)、水水利利工

10、工程程、土土木木工工程程、機(jī)機(jī)械械工工業(yè)業(yè)、環(huán)環(huán)境境保保護(hù)護(hù)、采采礦礦工工業(yè)業(yè)、造造船船工工業(yè)業(yè)、電電力力工工業(yè)業(yè)、水水資資源源利利用用、冶冶金金工工業(yè)業(yè)、化化學(xué)學(xué)工工業(yè)業(yè)、石石油油工工業(yè)業(yè)、交交通通運(yùn)運(yùn)輸輸、生生物物醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)等等廣廣泛泛領(lǐng)域，都應(yīng)用到現(xiàn)代流體力學(xué)的有關(guān)知識(shí)。領(lǐng)域，都應(yīng)用到現(xiàn)代流體力學(xué)的有關(guān)知識(shí)。流體是許多工科專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程。流體是許多工科專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程。流體力學(xué)是眾多流體力學(xué)是眾多應(yīng)用科學(xué)和工程技用科學(xué)和工程技術(shù)的基的基礎(chǔ)由于空氣由于空氣動(dòng)力學(xué)的力學(xué)的發(fā)展，人展，人類研制出研制出3倍聲速的倍聲速的戰(zhàn)斗機(jī)。斗機(jī)。F-16、22，殲，殲20、31使重量超使重量超過(guò)3百噸，

11、面百噸，面積達(dá)半個(gè)足球達(dá)半個(gè)足球場(chǎng)的大型民航客機(jī)，靠的大型民航客機(jī)，靠空氣的支托象空氣的支托象鳥一一樣飛行成行成為可能，可能，創(chuàng)造了人造了人類技技術(shù)史上史上的奇跡。的奇跡。空客空客A380人人類制造出航天制造出航天飛機(jī)，機(jī)，實(shí)現(xiàn)了登月的夢(mèng)想。了登月的夢(mèng)想。神神9、10，嫦娥，嫦娥2、3設(shè)計(jì)并制造出并制造出單價(jià)超價(jià)超過(guò)10億美元，能抵御大美元，能抵御大風(fēng)浪的浪的海上采油平臺(tái)；海上采油平臺(tái)；排水量達(dá)排水量達(dá)50萬(wàn)噸以上的超大型運(yùn)萬(wàn)噸以上的超大型運(yùn)輸船；船；航速達(dá)航速達(dá)30節(jié)，深潛達(dá)數(shù)百米的核，深潛達(dá)數(shù)百米的核動(dòng)力潛艇；力潛艇；2012年年6月月27日，中國(guó)載人深潛器日，中國(guó)載人深潛器“蛟龍蛟龍”號(hào)

12、號(hào)7000米級(jí)海試最大下潛深度達(dá)米級(jí)海試最大下潛深度達(dá)7062米，再創(chuàng)深潛記錄。米，再創(chuàng)深潛記錄。時(shí)速達(dá)速達(dá)200公里的新型地效艇等，它公里的新型地效艇等，它們的的設(shè)計(jì)都建立在都建立在水水動(dòng)力學(xué)、船舶流體力學(xué)的基力學(xué)、船舶流體力學(xué)的基礎(chǔ)之上。之上。用翼用翼柵及高溫、化學(xué)、多相流及高溫、化學(xué)、多相流動(dòng)理理論設(shè)計(jì)制造成功大型氣制造成功大型氣輪機(jī)、機(jī)、水水輪機(jī)、機(jī)、渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)等機(jī)等動(dòng)力機(jī)械，力機(jī)械，為人人類提供提供單機(jī)達(dá)百萬(wàn)千瓦機(jī)達(dá)百萬(wàn)千瓦的的強(qiáng)大大動(dòng)力。力。汽汽輪機(jī)葉片機(jī)葉片大型水利樞大型水利樞紐工程、超高工程、超高層建筑、大跨度建筑、大跨度橋梁等的梁等的設(shè)計(jì)和建和建造離不開水力學(xué)和造離不開水力學(xué)

13、和風(fēng)工程。工程。大型水利樞大型水利樞紐工程、超高工程、超高層建筑、大跨度建筑、大跨度橋梁等的梁等的設(shè)計(jì)和建和建造離不開水力學(xué)和造離不開水力學(xué)和風(fēng)工程。工程。21世世紀(jì)人人類面面臨許多重大多重大問(wèn)題的解決，的解決，需要流體力學(xué)的需要流體力學(xué)的進(jìn)一一步步發(fā)展，它展，它們涉及人涉及人類的生存和生活的生存和生活質(zhì)量的提高。量的提高。全球氣象全球氣象預(yù)報(bào)（衛(wèi)星云星云圖）臺(tái)臺(tái)風(fēng)“山神山神”颶風(fēng)“桑迪桑迪”環(huán)境境污染與生染與生態(tài)控制（生控制（生態(tài)文明）文明）災(zāi)害災(zāi)害預(yù)報(bào)與控制與控制火山與地震火山與地震預(yù)報(bào)發(fā)展更快更安全更舒適的交通工具展更快更安全更舒適的交通工具各種工各種工業(yè)裝置的裝置的優(yōu)化化設(shè)計(jì)，降低能耗

14、，減少，降低能耗，減少污染等等。染等等。流體力學(xué)需要與其他學(xué)科交叉，如工程學(xué)、地學(xué)、天文學(xué)、物流體力學(xué)需要與其他學(xué)科交叉，如工程學(xué)、地學(xué)、天文學(xué)、物理學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)等，在學(xué)科交叉中開拓新理學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)等，在學(xué)科交叉中開拓新領(lǐng)域，建域，建立新理立新理論，創(chuàng)造新方法。造新方法。星云星云流體力學(xué)需要與其他學(xué)科交叉。流體力學(xué)需要與其他學(xué)科交叉。毛毛細(xì)血管流血管流動(dòng)工程學(xué)、材料學(xué)、氣象學(xué)工程學(xué)、材料學(xué)、氣象學(xué)流體力學(xué)需要與其他學(xué)科交叉。流體力學(xué)需要與其他學(xué)科交叉。流體力學(xué)流體力學(xué)發(fā)展展總結(jié)n沒有流體力學(xué)的發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)和高新技沒有流體力學(xué)的發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)和高新技術(shù)的發(fā)展是不可能的。術(shù)的

15、發(fā)展是不可能的。n流體力學(xué)在推動(dòng)社會(huì)發(fā)展方面作出過(guò)重大流體力學(xué)在推動(dòng)社會(huì)發(fā)展方面作出過(guò)重大貢獻(xiàn)，今后仍將在科學(xué)與技術(shù)各個(gè)領(lǐng)域發(fā)貢獻(xiàn)，今后仍將在科學(xué)與技術(shù)各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。揮更大的作用。1.1.3 流體力學(xué)的流體力學(xué)的工程應(yīng)用工程應(yīng)用l在安全工程中的應(yīng)用：在安全工程中的應(yīng)用：1）在在通通風(fēng)風(fēng)除除塵塵（礦礦井井通通風(fēng)風(fēng)、防防塵塵）及及空空調(diào)調(diào)工工程程中中，風(fēng)風(fēng)流流在在管管道道及及有有限限空空間間中中的的流流動(dòng)動(dòng)規(guī)規(guī)律律、風(fēng)風(fēng)量量的的確確定定、通通風(fēng)風(fēng)阻阻力的計(jì)算、風(fēng)機(jī)的選擇、除塵器的效率分析等。力的計(jì)算、風(fēng)機(jī)的選擇、除塵器的效率分析等。2）有毒、有害氣體有毒、有害氣體的輸送、泄露、擴(kuò)散、處理

16、等。的輸送、泄露、擴(kuò)散、處理等。3）在在防防排排水水工工程程（潰潰壩壩、透透水水事事故故）中中，液液體體對(duì)對(duì)固固體體的的作作用用力力、液液體體的的運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)規(guī)規(guī)律律、流流量量的的確確定定、管管路路的的水水力力計(jì)計(jì)算、水泵的選擇等。算、水泵的選擇等。4）火災(zāi)與爆炸；）火災(zāi)與爆炸；5）流體機(jī)械。）流體機(jī)械。例例如如：三三峽峽工工程程。1992年年4月月3日日，第第七七屆屆全全國(guó)國(guó)人人民民代代表表大大會(huì)會(huì)第第五五次次會(huì)會(huì)議議以以壓壓倒倒優(yōu)優(yōu)勢(shì)勢(shì)通通過(guò)過(guò)了了關(guān)關(guān)于于興興建建長(zhǎng)長(zhǎng)江江三三峽峽工程的決議。工程的決議。三峽工程的受益：三峽工程的受益：1）在在防防洪洪方方面面，三三峽峽工工程程控控制制流流域域面面積積100萬(wàn)萬(wàn)km2，能能直直接接控控制制荊荊江江河河段段洪洪水水來(lái)來(lái)量量95%以以上上，武武漢漢以以上上洪洪水水來(lái)來(lái)量量的的2/3。2）在在發(fā)發(fā)電電方方面面，裝裝機(jī)機(jī)1768萬(wàn)萬(wàn)千千瓦瓦，年年發(fā)發(fā)電電來(lái)來(lái)量量840億億千千瓦瓦小時(shí)。小時(shí)。3）在在航航運(yùn)運(yùn)方方面面，宜宜昌昌至至重重慶慶河河段段的的航航運(yùn)運(yùn)條條件件可可得得到到根根本本改改善，萬(wàn)噸級(jí)船隊(duì)可全年直達(dá)重慶。善，萬(wàn)噸級(jí)船隊(duì)可全年直達(dá)重慶。