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华南理工大学流体力学自学考试大纲 (课程代码:03347)

发布:2022-12-24 19:58:30   点击:

I课程性质与设置目的

流体力学是研究流体机械运动规律及其应用的科学,它是力学的分支学科,是建筑工程

专业独立本科段的一门专业基础课程。

流体力学是根据经典力学的普遍规律,结合流体的特性,运用理论分析和实验研究相结合的方法建立和发展起来的。从建筑工程专业的需要考虑,本课程的研究对象是以水为代表的液体,但其基本规律同样适用于压缩性影响可以忽略情况下的气体。

流体力学课程设置的目的是:考生通过自学掌握流体运动的基本概念、基本理论和基本计算方法,为学习专业课程,认识建筑工程与大气和水环境的关系,培养在土木工程领域从事技术工作的适应能力和创新能力打下基础。

课程内容共九章,其中前四章:绪论、流体静力学、流体动力学基础、流动阻力和水头损失是流体力学的理论基础,是课程的重点,流体力学的一些基本概念及数学表达是课程的难点。学习流体力学,用到较多的高等数学、物理和工程力学的基础知识,这些课程是自学流体力学的先修课程。



Ⅱ课程内容与考核目标


第一章  绪  论


  1. 学习目的与要求

本章是流体力学的开篇,通过本章的学习,了解流体的基本特征,作用在流体上的力,以及流体的主要物理性质,初步认识流体力学课程。


  1. 课程内容

第一节  流体力学及其任务

(一)流体力学的研究对象

流体力学的研究对象。流体的基本特征:流动性。

(二)流体的连续介质假设

流体的微观结构。连续介质假设。质点。

第二节 作用在流体上的力

(一)表面力

表面力的作用方式。应力。

(二)质量力

质量力的作用方式。单位质量力。

第三节 流体的主要物理性质

(一)惯性

惯性的概念。质量和密度。

(二)粘性

粘性的概念。牛顿内摩擦定律。[动力]粘度和运动粘度。无粘性流体模型。

(三)压缩性和膨胀性

压缩性和膨胀性的概念。液体的压缩系数和体积模量,体膨胀系数。气体的压缩性。不可压缩流体模型。

三、考核知识点

(一)流体的基本特征。

(二)流体的连续介质假设。

(三)作用在流体上的力。作周在面上的持水

(四)流体的主要物理性质。

四、考核要求

(一)流体的基本特征

1.识记:流体、固体对外力抵抗的差异。

2.领会:流动性的力学含义。

(二)流体的连续介质假设

1.识记:(1)连续介质概念;(2)质点的含义。

2.领会:提出流体连续介质假设的可行性和必要性。

(三)作用在流体上的力

1.识记:(1)表面力和质量力的定义;(2)重力场中的单位质量力。

2.领会:(1)应力的概念;(2)单位质量力的概念。

(四)流体的主要物理性质

1.识记:(1)质量和密度的定义;(2)水(水银的密度值;(3)[动力]粘度和运动粘度的关系;(4)压缩系数和体积模量的定义式;(5)膨胀系数的定义式。

2.领会:(1)粘性的物理概念;(2)牛顿内摩擦定律;(3)液体和气体的压缩性。

3.简单应用:(1)应用牛顿内摩擦定律计算粘性问题;(2)液体压缩性计算。



第二章流体静力学


一、学习目的与要求

通过本章的学习,理解流体静压强的特性,掌握液体静压强的分布规律和总压力的计算方法。


二、课程内容

第一节   静止流体中应力的特性

(一)应力的方向沿作用面的内法线方向静止流体只存在压应力--压强

(二)静压强的大小与作用面方位无关

静压强各方向等值。静压强是空间坐标的函数,p=p(x,y,z)。

第二节中  流体平衡微分方程

(一)流体平衡微分方程

流体平衡微分方程的建立。平衡微分方程的物理意义。平衡微分方程的全微分式。

(二)等压面

等压面与质量力正交。静止流体的等压面是水平面。

第三节  重力作用下液体静压强的分布

  1. 液体静压强的分布

液体静压强基本方程。帕斯卡原理

(二)压强的度量

绝对压强和相对压强的概念。真空度概念。绝对压强、相对压强、真空度的换算关系。

(三)测压管水头

测压管高度。测压管水头。真空高度。重力作用下静止液体内各点的总势能相等。

(四)压强的计量单位

应力单位。以液柱高度、大气压计量压强。压强计量单位的换算。

第四节  测量压强的仪器

(一)液柱式测压计

连通器内的等压面,常用的液柱式测压计:测压管、U形管测压计、倾斜式微压计、压差计的测压原理。

(二)金属压力表

压力表、真空表的测压原理

第五节  作用在平面上的静水感压力

(一)图算法

压强分布图的绘制。图算法计算底边平行于液面的矩形平面上的总压力。总压力的作用点。

(二)解析法

解析法计算任意形状平面上的总压力。总压力作用点。

第六节  作用在曲面上的静水总压力

(一)二向曲面上的总压力

总压力的水平分力和铅垂分力。总压力的大小。总压力作用线和作用点。

(二)压力体

压力体的概念。实压力体和虚压力体

(三)作用在潜体和浮体上的总压力

潜体和浮体。阿基米德原理。

三、考核知识点

(一)静止流体中应力的特性

(二)液体静压强的分布。

(三)液柱式测压计。

(四)作用在平面上的静水总压力。

(五)作用在曲面上的静水总压力。


四、考核要求

(一)静止流体中应力的特性

1.识记:静止流体中应力的两个特性。

2.领会:静止流体与固体应力状况不同的原因。

(二)液体静压强的分布

1.识记:(1)液体静压强基本方程;(2)绝对压强、相对压强、真空度的定义;(3)压力表读值即相对压强;(4)压强的计量单位;(5)国际标准大气压和工程大气压;(6)帕斯卡原理。

2.领会:(1)绝对压强、相对压强、真空度的换算关系;(2)测压管水头的物理意义。

3.综合应用:应用液体静压强基本方程计算点压强。

(三)液柱测压计

1.识记:连通器内等压面的识别方法。

2.领会:液柱式测压计测压的原理。

3.简单应用:应用液柱式测压计测量压强和压强差。

(四)作用在平面上的静水总压力平

1.识记:(1)平面上静水总压力的计算公式;(2)平面上静水总压力作用点的计算公式;

(3)矩形、圆形平面的惯性矩;(4)压强分布图的绘制。

2.领会:图算法和解析法计算平面上静水总压力的原理。

3.综合应用:用图算法或解析法计算作用在平面上的静水总压力。

(五)作用在曲面上的静水总压力

1.识记:(1)静水总压力的水平分力的计算公式:(2)静水总压力的铅垂分力的计算公式;(3)压力体的确定;(4)阿基米德原理。

2.领会:计算曲面上静水总压力的原理。

3.综合作用:分别计算总压力的水平分力和铅垂分力,计算作用在曲面上的静水总压力。



第三章   流体动力学基础


  1. 学习目的与要求

通过本章的学习,了解描述流体运动的两种方法,理解欧拉法的基本概念,建立总流运动的三个基本方程式:连续性方程、伯努利方程和动量方程,掌握综合运用三个基本方程分析计算总流运动的方法。

  1. 课程内容

第一节 流体运动的描述

(一)拉格朗日法

拉格朗日法的概念。拉格朗日变数。质点速度和加速度的表达式。

(二)欧拉法

欧拉法的概念。欧拉变数。质点加速度的表达式。当地加速度和迁移加速度。

第二节 欧拉法的基本概念

  1. 流动的分类

恒定流和非恒定流。一元、二元和三元流动。均匀流和非均匀流。

(二)流线

流线的概念。流线的性质。流线和迹线。

(三)元流和总流

流管和流束。过流断面。元流和总流。流量。断面平均流速。

第三节  连续性方程

(一)恒定总流的连续性方程

连续性方程的建立。连续性方程的物理意义。

(二)连续性微分方程

连续性微分方程的建立。连续性微分方程的物理意义。

第四节  流体的运动微分方程

(一)无粘性流体运动微分方程

无粘性流体运动微分方程的建立。方程的物理意义。粘性流体动压强的概念。粘性流体运动微分方程各项的物理意义。

(二)粘性流体运动微分方程

第五节  元流的伯努利方程

(一)无粘性流体元流的伯努利方程

无粘性流体运动微分方程的伯努利积分。无粘性流体元流伯努利方程的应用条件。方程的物理意义和几何意义。皮托管。

(二)粘性流体元流的伯努利方程

水头损失。粘性流体元流的伯努利方程。

第六节总流的伯努利方程

(一)渐变流及其性质

渐变流的概念。渐变流的性质。

(二)总流的伯努利方程。

由粘性流体元流的伯努利方程推导总流的伯努利方程。粘性流体总伯努利方程的应用条件。方程的物理意义和几何意义。动能修正系数。文丘里流量计。

(三)总流伯努利方程的扩展

不可压缩气体的伯努利方程。两断面间有能量输入或输出的伯努利方程。两断面间有流量流入或流出的伯努利方程。


第七节  总流的动量方程


控制体概念。总流的动量方程的建立。总流的动量方程的应用条件。动量修正系数。


三、考核知识点

(一)流体运动的描述。

(二)欧拉法的基本概念。

(三)连续性方程。

(四)元流的伯努利方程。

(五)总流的伯努利方程。

(六)总流的动量方程。


四、考核要求

(一)流体运动的描述

1.识记:(1)欧拉法描述流体运动的一般表达式;(2)欧拉变数。

2.领会:(1)欧拉法质点加速度的表达式;(2)当地加速度和迁移加速度。

二)欧拉法的基本概念

1.识记:(1)恒定流和非恒定流。(2)一元、二元和三元流动。

2.领会:(1)流线的概念;(2)流量和断面平均流速的概念。

(三)连续性方程

1.识记总流连续性方程表达式

2.领会:总流连续性方程的物理意义。

3.简单应用:应用总流连续性方程计算断面平均流速和流量。

(四)元流的伯努利方程

1.识记:粘性流体元流的伯努利方程。

2.领会:(1)无粘性流体运动微分方程的伯努利积分;(2)元流伯努利方程的物理意义。

3.简单应用:(1)应用元流的伯努利方程计算沿流线流速和压强的变化;(2)皮托管测占流速。

(五)总流的伯努利方程

1.识记:(1)渐变流的性质;(2)总流的伯努利方程(含方程的扩展形式);(3)动能修正系数。

2.领会:(1)总流伯努利方程的应用条件;(2)总流伯努利方程的物理意义

3.综合应用:(1)应用总流的伯努利方程及连续性方程、动量方程分析计算总流运动问题;(2)文丘里流量计测管道流量

(六)总流的动量方程

1.识记:(1)总流动量方程的投影式;(2)动量修正系数。

2.领会:动量方程的运算特点和应用条件。

3.综合应用:应用总流动量方程及连续性方程、伯努利方程分析计算水流与固体边界之间的相互作用力。



第四章  流动阻力和水头损失


一、学习目的与要求

通过本章的学习,理解粘性流体的两种流态,理解通道内流动阻力的规律,掌握水头损失的计算方法。了解边界层概念和绕流阻力。


二、课程内容


第一节  流动阻力和水头损失的分类

(一)流动阻力和水头损失的分类

流动阻力和水头损失的概念。水头损失的分类:沿程水头损失和局部水头损失。

(二)水头损失的一般表达式

沿程水头损失的一般表达式(达西--魏斯巴赫公式)。局部水头损失的一般表达式。

沿程摩阻系数λ和局部水头损失系数ζ。

第二节  粘性流体的两种流态

(一)两种流态

雷诺实验。粘性流体的两种流态:层流和紊流。临界流速。流态不同沿程水头损失的规律不同。

(二)雷诺数

流态的判别。雷诺数。圆管流的临界雷诺数。水力半径。以水力半径为特征长度的临界雷诺数。

第三节  沿程水头损失与切应力的关系

均匀流的性质。均匀流动方程式。圆管过流断面上切应力的分布。

第四节  圆管中的层流运动

圆管层流运动的特征。圆管层流的理论分析及主要结论:过流断面上流速按抛物线分布;沿程水头损失与平均流速的一次方成比例;沿程摩阻系数λ=64/Re。层流的动能修正系数和动量修正系数。

第五节 紊流运动

(一)紊流的特征

紊流特征。紊流运动的时均化。紊流运动参数的瞬时值、时均值、脉动值。

(二)亲流的剪应力

亲流剪应力:粘性剪应力、附加剪应力。紊流流速分布一般公式。

(三)粘性底层

粘性底层的特征。粘性底层对紊流运动的影响。

第六节  紊流的沿程水头损失

(一)尼古拉兹实验

尼古拉兹实验原理。尼古拉兹实验曲线图。阻力分区。沿程摩阻系数的变化规律。

(二)摩阻系数入的计算

摩阻系数λ的半经验公式。穆迪图的应用。当量粗糙。

(三)谢才公式和谢才系数

谢才公式的应用特点。谢才系数。曼宁公式。粗糙系数。

 (四)非圆管的沿程水头损失计算

当量直径。用当量直径计算非圆管沿程水头损失的近似性。

第七节  局部水头损失

局部水头损失的一般分析

局部水头损失产生的原因。局部水头损失系数的影响因素。

(二)几种典型的局部水头损失系数

突然扩大管局部水头损失的计算公式(包达公式)。突然扩大管局部水头损失系数。管道的出口(在淹没情况下由管道流入容器)损失系数。管道直角进口损失系数。局部阻力之间的相互干扰。

第八节  边界层概念与绕流阻力

(一)边界层的概念

平板上边界层的形成及特征。管道进口段的边界层。

(二)曲面边界层及其分离现象

曲面边界层的分离现象。压差阻力。

(三)绕流阻力

绕流阻力的概念。

三、考核知识点

(一)流动阻力和水头损失的分类。

(二)粘性流体运动的两种流态。

(三)沿程水头损失与剪应力的关系。

(四)圆管中的层流运动。

(五)紊流运动。

(六)亲流的沿程水头损失。

(七)局部水头损失。

(八)边界层概念和绕流阻力。

四、考核要求


(一)流动阻力和水头损失的分类

1.识记:(1)水头损失的分类;(2)水头损失的一般表达式。

(二)粘性流体运动的两种流态

1.识记:(1)粘性流体运动的两种流态;(2)雷诺数;(3)圆管流的临界雷诺数;(4)水力

半径;(5)以水力半径为特征长度的临界雷诺数。

2.领会:两种流态的差别。

(三)沿程水头损失与切应力的关系

1.识记:(1)均匀流动方程式;(2)圆管过流断面上切应力的分布。

2.领会:均匀流动方程式对层流、紊流两种流态均适用。

(四)圆管中的层流运动

1.识记:(1)过流断面上流速分布;(2)断面平均流速与最大流速的关系;(3)沿程水头损失与平均流速的关系;(4)沿程摩阻系数与雷诺数的关系。

2.领会:圆管层流沿程水头损失规律的分析方法。

3.简单应用:圆管层流的水力计算。

(五)紊流运动

1.识记:(1)紊流的特征;(2)紊流运动参数的瞬时值、时均值、脉动值的定义;(3)紊流流速分布一般表达式。

2.领会:(1)紊流运动时均化的意义;(2)紊流附加剪应力。

(六)素流的沿程水头损失

1.识记:(1)紊流的阻力分区及各区沿程摩阻系数的影响因素;(2)当量粗糙;(3)谢才公式和曼宁公式;(4)当量直径。

2.领会:(1)尼古拉兹实验的意义;(2)粘性底层对流动阻力的影响。

3.简单应用:(1)应用穆迪图或经验公式求沿程摩阻系数,计算沿程水头损失;(2)应用谢才公式计算沿程水头损失。

(七)局部水头损失

1.识记:(1)突然扩大管局部水头损失系数公式;(2)管道的出口损失系数:(3)管道直角进口损失系数。

2.领会:局部水头损失产生的原因。

3.简单应用:应用经验公式或图表定出不同局部阻碍的水头损失系数,计算局部水头

(八)边界层概念与绕流阻力

1.识记:边界层的特征。

2.领会:(1)曲面边界层的分离现象;(2)绕流阻力的概念。


第五章  孔口、管嘴出流和有压管流


一、学习目的与要求

通过本章的学习,学会运用前述总流运动基本方程和流动阻力与水头损失的理论,分析有压流动问题,掌握孔口、管嘴出流及有压管流的水力特点及计算方法。了解水击现象。


  1. 课程内容

第一节  孔口出流

(一)薄壁小孔口恒定出流

孔口出流的水力特点。孔口出流的基本公式。薄壁小孔口出流的各项系数:收缩系数、局部水头损失系数、流速系数、流量系数。

(二)孔口的变水头出流容器泄流时间计算。

第二节  管嘴出流

(一)圆柱形外管嘴恒定出流

管嘴出流的水力特点。管嘴出流的基本公式。流速系数和流量系数。

(二)圆柱形外管嘴的正常工作条件

管嘴内收缩断面的真空。管嘴的正常工作条件。

第三节  有压管流

(一)短管的水力计算

短管的水力特点。短管(虹吸管、水泵吸水管、有压涵管等)的水力计算。水头线的绘制。

(二)长管的水力计算

长管的水力特点。比阻的定义式。简单管道按比阻计算的基本公式。串联管道的水头损失,串联管道的水力计算。并联管道的水头损失,并联管道的水力计算。

第四节  有压管道中的水击

(一)水击现象

水击发生的条件。水击波的传播过程。

(二)水击压强的计算

直接水击和间接水击。水击压强的计算。

三、考核知识点

(一)孔口出流。

(二)管嘴出流。

(三)有压管流。

(四)有压管道中的水击。


四、考核要求

(一)孔口出流

1.识记:(1)孔口出流的基本公式;(2)薄壁小孔口出流的流速系数和流量系数值。

2.领会:孔口自由出流和淹没出流的比较。

3.简单应用:孔口出流的水力计算

(二)管嘴出流

1.识记:(1)管嘴出流的基本公式;(2)管嘴出流的流速系数和流量系数值。

2.领会:(1)孔口和管嘴出流能力的比较;(2)圆柱形外管嘴的正常工作条件。

3.简单应用:管嘴出流的水力计算。

 (三)有压管流

1.识记:(1)短管的水力特点;(2)长管的水力特点;(3)比阻的定义式;(4)简单管道按

比阻计算的基本公式。

2.领会:串联、并联管道水头损失的计算。

3.综合应用:(1)短管的水力计算及水头线的绘制;(2)长管的水力计算。

(四)有压管道中的水击

1.识记:(1)水击现象;(2)直接水击和间接水击的概念;(3)水击压强的计算公式

2.领会:水击波的传播过程。

3.简单应用:分析计算水击压强。



第六章   明渠流动


一、学习目的与要求

通过本章的学习,理解明渠流动的特点,明渠水流两种不同的流动状态:缓流和急流,以及断面单位能量、临界水深、临界底坡等基本概念。了解水跃和水跌现象。掌握明渠均匀流的水力计算方法,熟悉棱柱形渠道非均勾渐变流水面曲线定性分析的方法。口


  1. 课程内容


第一节  概 述

明渠流动的特点。顺坡、平坡和逆坡渠道。棱柱形渠道和非棱柱形渠道。

第二节  明渠均匀流

(一)明渠均匀流的特征

明渠均匀流形成的条件。明渠均匀流的特征:水力坡度、水面坡度和底坡坡度皆相等。(二)明渠均匀流的水力计算

过水断面的几何要素。明渠均匀流的基本公式。正常水深。明渠均匀流的水力计算验算渠道的输水能力;决定渠道底坡;计算渠道断面尺寸。

(三)工程设计问题

粗糙系数n的选取。水力最优断面。设计流速。

第三节  无压圆管均匀流

(一)无压圆管均匀流的特征

无压圆管均匀流的特征与明渠均匀流相同。

(二)无压圆管均匀流的水力计算

过水断面的几何要素。充满度。无压圆管均匀流的水力计算:验算输水能力:决定管道坡度;计算管道直径。

(三)工程设计问题

输水性能最优充满度。最大充满度。设计流速。

第四节  明渠流动状态

(一)明渠流动状态

明渠水流两种不同流动状态:缓流和急流。临界流速。弗劳德数。

(二)临界水深

断面单位能量。断面单位能量随水深的变化。临界水深概念。临界水深的计算。

(三)临界底坡

临界底坡的概念。临界底坡的计算。缓坡、急坡、临界底坡的界定。

第五节  水跃和水跌

(一)水跃

水跃现象。水跃区结构。水跃方程。水跃计算:共轭水深、水跃长度、水跃消能。

(二)水跌

水跌现象。

第六节  棱柱形渠道非均匀渐变流水面曲线的分析

(一)棱柱形渠道非均匀渐变流微分方程

棱柱形渠道非均匀渐变流微分方程的建立。

(二)水面曲线分析

流动空间分区。由非均匀渐变流微分方程定性分析各区水面曲线的变化。12种型式水面曲线及工程实例。


三、考核知识点

(一)明渠均匀流。

(二)无压圆管均匀流。

(三)明渠流动状态。

(四)水跃和水跌。

(五)棱柱形渠道非均匀渐变流水面曲线的分析。


四、考核要求

(一)明渠均匀流

1.识记:(1)明渠均匀流的形成条件及特征;(2)明渠均匀流的基本公式;(3)水力最优梯形断面的宽深比;(4)水力最优梯形断面的水力半径;(5)设计流速的概念。

2.领会:正常水深的概念及影响因素。

3.综合应用:明渠均匀流的水力计算。

(二)无压圆管均匀流

1.识记:(1)无压圆管均匀流的基本公式;(2)输水性能最优充满度;(3)设计流速的概

2.领会:计算无压管道直径的预设过程。

3.简单应用:无压圆管均匀流的水力计算。

(三)明渠流动状态

1.识记:(1)缓流和急流的特征:(2)弗劳德数;(3)临界水深概念;(4)临界水深计算;(5)临界底坡概念;(6)缓坡、急坡、临界底坡的界定。

2.领会:(1)断面单位能量随水深的变化;(2)缓流、急流、临界流的判别。

3.简单应用:用理论分析的方法确定明渠流动状态。

(四)水跃和水跌

1.识记:(1)水跃现象;(2)水跃区结构;(3)水跌现象。

2.领会:水跃函数和共轭水深的概念。

(五)棱柱形渠道非均匀渐变流水面曲线分析

1.识记:(1)不同底坡渠道流动空间分区;(2)不同区域内水面曲线的变化趋势。

2.领会:棱柱形渠道非均匀渐变流水面曲线定性分析方法。

3.简单应用:定性分析水面曲线的变化趋势和形状。



第七章 堰 流


一、学习目的与要求

通过本章的学习,了解堰流的水力特征,堰流的基本公式。以及淹没、侧收缩对过流能力的影响。掌握各种堰型的应用特点和水力计算方法。


二、课程内容

第一节  堰流及其特征

(一)堰和堰流

堰的定义和用途。堰流的水力特点。堰流的主要特征量:堰宽、堰顶厚度、堰上水头、堰的上、下游坎高、行近流速。

(二)堰的分类

堰的分类:薄壁堰、实用堰、宽顶堰的分类依据。各种堰型的水力特征。

第二节  宽顶堰溢流

(一)基本公式

流动图形和基本公式。流量系数。

(二)淹没影响和侧收缩影响

淹没溢流的条件。淹没系数。侧收缩影响。侧收缩系数。

第三节  薄壁堰和实用堰溢流

(一)薄壁堰溢流

矩形薄壁堰溢流的基本公式。三角形溥壁堰的应用特点。薄壁堰测量流量。

(二)实用堰溢流

实用堰溢流的基本公式流量系数。流量系数。


三、考核知识点

(一)堰流及其特征。

(二)宽顶堰溢流。

(三)薄壁堰和实用堰溢流。


四、考核要求

(一)堰流及其特征

1.识记:(1)堰的定义;(2)堰流的水力特点;(3)堰流的主要特征量;(4)堰的分类。

2.领会:各种堰型的溢流情况。

(二)宽顶堰溢流

1.识记:(1)流动图形和基本公式:(2)流量系数的影响因素;(3)淹没溢流的条件。

2.领会:宽顶堰溢流的淹没影响和侧收缩影响。的着

3.简单应用:宽顶堰溢流的水力计算。

(三)薄壁堰和实用堰溢流等内别

1.识记:(1)矩形薄壁堰溢流的基本公式;(2)实用堰溢流的基本公式。

2.领会:不同堰型流量系数的比较。

3.简单应用:应用薄壁堰测量流量。



第八章 渗 流


  1. 学习目的与要求

通过本章的学习,理解流的基本概念及渗流的阻力规律,掌握普通井水力计算的方法。


二、课程内容

第一节  概  述

水在土中的状态。滲流的水力特点。滲流模型。渗流分类。

第二节  渗流的阻力定律

(一)达西定律

达西实验。达西定律。达西定律的适用范围。渗流系数的确定。

(二)裘皮依公式

地下水非均匀渐变渗流。裘皮依公式。

第三节 井和井群

(一)普通完全井

普通完全井的浸润线方程。普通完全井的涌水量公式。井的影响半径概念。

(二)自流完全井

自流完全井的水头线方程。自流完全井的涌水量公式。

(三)井群

井群对浸润面的共同影响。井群的浸润面方程。

三、考核知识点

(一)渗流模型。

(二)渗流的阻力定律。

(三)井和井群。

四、考核要求

(一)渗流模型

1.识记:滲流的水力特点;渗流模型的概念。

2.领会:渗流模型与实际渗流的比较。

(二)渗流的阻力定律

1.识记:(1)达西定律表达式;(2)达西定律的适用范围;(3)渗流系数的定义及测定;

(4)裘皮依公式。

2.领会:达西定律表达式和裘皮依公式的区别。

(三)井和井群

1.识记:(1)普通完全井的浸润线方程;(2)普通完全井的涌水量公式;(3)自流完全井的涌水量公式;(4)影响半径概念。

2.领会:应用裘皮依公式分析普通完全井的渗流问题。

3.简单应用:普通完全井和自流完全井的涌水量计算。



第九章  量纲分析和相似原理


一、学习目的与要求

通过本章的学习,理解量纲的概念和量纲和谐原理,理解相似概念和主要的相似准则,熟悉量纲分析方法和模型设计方法。

  1. 课程内容


第一节  量纲和谐原理

 (一)量纲的概念

量纲的概念。基本量纲与导出量纲。基本量纲系数。量纲公式。

(二)无量纲量

无量纲量的特点。物理量的无量纲组合。

(三)量纲和谐原理

量纲和谐原理的意义和应用。

第二节  量纲分析法果

 (一)瑞利法

瑞利法的原理。瑞利法的应用步骤。

 (二)定理

定理的原理。 定理的应用步骤。物理量中的基本量。

第三节  相似理论基础

(一)相似概念

力学相似的涵义。几何相似、运动相似、动力相似、边界条件和初始条件相似。相应物理量的比尺。

(二)相似准则

雷诺准则。弗劳德准则。欧拉准则。定性准则和导出准则。

第四节  模型实验

(一)模型律的选择

模型实验实现完全相似的困难,模型律的选择;有压管流按雷诺准则设计模型;明渠、堰流按弗劳德准则设计模型。自动模型区概念

(二)模型设计

模型设计的主要步骤。按所选模型律计算模型各量的比尺。


三、考核知识点

(一)量纲和谐原理

(二)量纲分析法。

(三)相似理论基础。

(四)模型实验


四、考核要求

 (一)量纲和谐原理

1.识记:(1)量纲的定义;(2)基本量纲与导出量纲;(3)基本量纲系;(4)无量纲量。

2.领会:量纲和谐原理。

(二)量纲分析法

1.识记:(1)瑞利法的应用步骤;(2)π定理的应用步骤。

2.领会:量纲分析法的局限性。

3.简单应用:应用瑞利法或π定理建立物理过程的方程式。

(三)相似理论基础

1.识记:(1)力学相似的涵义;(2)相似准则。

2.领会:各相似准数(雷诺数、弗劳德数、欧拉数)的物理意义。

(四)模型实验

1.识记:(1)模型律选择的原则;(2)自动模型区。

2.领会:模型实验完全相似的困难。

3.简单应用:(1)按雷诺准则设计模型;(3)按弗劳德准则设计模型。



Ⅲ实    验


实验是学习流体力学课程的重要环节。对自学者,实验以观察流动现象,加深对理论的认识为主要目的,并初步了解测量压强、流速和流量的常规方法。

实验总时数控制在8学时(0.5学分)左右实验内容可以根据当地实验室的条件选定,建议优先选做以下实验:

 1.点压强测量;

 2.点流速测量及流速分布图绘制;

 3.流量系数测量;

 4.阻力系数(沿程摩阻系数或局部水头损失系数)测量。若有条件,可以同时安排演示实验,如流线、流动型态、能量转化、堰流、水面曲线等现象的演示。



IV  有关说明与实施要求


在个人自学、社会助学和考试命题中,贯彻执行本大例的有关说明与实施要求。


  1. 关于课程内容与考核目标的说明


课程内容和自学要求,大纲已列出各章、节、目的内容要点,在自学要求中,对基本知识基本理论的要求用“了解”、“理解”、“深刻理解”表述;对基本方法、基本技能的要求用“熟悉”、“掌握”、“熟练掌”表述。

考核要求,大纲分为“识记”、“领会”、“简单应用”、“综合应用”四个能力层次,四个能力层次是递进等级关系,各能力层次的涵义是:

识记:要求考生能够对大纲中的知识点,如定义、概念、性质、主要公式、重要结论等有清晰准确的认识,并能做出正确的判断和选择;

领会:要求考生能够对大纲中的概念、现象、公式、分析方法等有一定的理解,清楚它与有关知识点的联系和区别,并能做出正确的表述和解释;

简单应用:要求考生能够运用大纲中的少数几个知识点,解决简单的计算、证明或应用问题;

综合应用:要求考生能够运用大纲中的多个知识点,分析、计算或推导解决稍复杂的问题

二、关于自学教材


全国高等教育自学考试指定教材:

《流体力学》全国高等教育自学考试指导委员会组编,刘鹤年主编,武汉大学出版社2006年版。

推荐参考书:

 1.《流体力学》,普通高等教育“十五”国家级规划教材,刘鹤年主编,中国建筑工业出版社,2004年版。

 2.《流体力学》,李玉柱、苑明顺编,高等教育出版社,1998年版。


  1. 自学方法指导


 (一)自学考试大纲是自学者学习教材,掌握课程内容知识范围和程度的依据,也是自学考试命题的依据,在开始阅读教材之前,先仔细阅读大纲,做到明确自学要求,提高自学效率。

 (二)阅读自学考试指定教材是自学的根本,应按本大纲规定的课程内容和自学要求,深入系统地阅读自学教材,认真读书,务求实效,切忌在尚未全面自学教材的情况下,把自学变为断章摘记考核要求列出的各个知识点,如此则不能达到自学之目的。

 (三)教材的前四章是流体力学的理论基础部分,是学习本课程的重点,其余各章是基础理论在各典型流动条件下的应用。阅读教材要注意不同定义,不同概念的区别和联系,注重基本方程式的建立,结合例题、习题加深理解,学以致用。对教材中叙述的实验内容注意透过现象,总结归纳出有规律性的结论,使所学内容条理化、理性化。

 (四)根据课程的特点,做习题是加深理解课程内容,培养分析问题的能力不可缺少的环节,也是对自学效果的检查。为此,每章要完成的习题,一般不少于本章各类习题的半数。

四、对社会助学的要求


 (一)各助学单位要负责地选用自学考试指定教材,按自学考试大纲的要求,根据自考生的基本条件,专门组织面授和辅导。

 (二)帮助考生按自学考试大纲的要求,全面系统地自学教材,对课程的重点和难点进行辅导;帮助考生完成一定数量的习题,对做题确有困难者,给予必要的辅导,培养考生分析。

 (三)组织考生做好流体力学实验,实验应按本大纲重的要求,集中在普通工科院校的流体力学实验室或水力学实验室进行。


五、关于考试命题的若干规定


 (一)自学考试指定教材涵盖考试大纲规定的课程内容,并有一定的扩展。考试命题以考试大纲为准,试题不超出大纲中考核知识点的范围,考核目标不高于大纲中所规定的最高能力层次要求。

 (二)考试命题应着重考核考生对基本概念、基本知识和基本理论掌握的程度,对基本方法是否会用。命题原则上覆盖到章,并适当突出重点章节,加大重点内容的覆盖密度。

 (三)本课程在试卷中对不同能力层次要求的分数比大致为:识记占20%,领会占30%,简单应用占30%,综合应用占20%。

 (四)要合理安排试题的难易程度,试题的难度可以分为:易、较易、较难和难四个等级。试卷中不同难度试题的分数比例一般为:2:3:3:2。必须注意,试题的难易程度与能力层次有一定的联系,但二者不是等同的概念,在各能力层次中都有不同难度的试题。

 (五)试题的题型包括单项选择题、填空题、名词解释题、简答题、计算题等,考试试卷采用的题型可以略少,但不能超过规定的题型,各种题型的具体形式参见本大纲附录。

 (六)考试方法为闭卷笔试,考试时间为连续150分钟。试题份量以中等水平考生在规定时间内答完全部试题为度。评分采用百分制,60分为及格。考试时只允许携带笔、三角板、无存储功能的计算器,答卷必须用蓝、黑墨水笔。


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