课程编号：

02C0603

课程名称：

环境流体力学

学分/学时：

3/ 48 （习题:4 实验:6）

英文名称：

Environmental Hydromechanics

大纲执笔人：

刘美丽

大纲审核人：

陈家庆、车俊铁

适用专业：

环境工程

先修课程：

高等数学、大学物理、工程力学

大纲更新时间：

2017年1月 

专业毕业要求

指标点

课程教学目标

达成途径

1.2：具备解决复杂环境工程问题所需的工程基础知识及其应用能力。

课程教学目标1

课堂讲授：重点突出、思路清晰、注重师生互动交流，及时掌握学生学习情况，关注每一个学生的学习；

章节自测：按照教学内容，每两章组织一次测试，测试内容包括基础知识、原理应用和实际工程扩展，并全批全改，及时反馈；

实验操作：完成6学时，3个实验的预习、实验、撰写实验报告；

课后作业：每一节课后都留有保证巩固学习内容的课后作业，并全批全改，及时反馈。

2.2：能够针对环境工程问题选择适当的数学模型，并对模型正确性进行严谨的推理，给出解答。

课程教学目标3

课堂讲授：重点突出、思路清晰、注重师生互动交流，及时掌握学生学习情况，关注每一个学生的学习；

案例研讨：以大坝强度设计问题、飞机的风洞实验、船闸开启问题作为案例，引导学生正确认识问题和分析问题的实质，总结解决方案，使学生掌握实际问题的解决方法；

章节自测：按照教学内容，每两章组织一次测试，测试内容包括基础知识、原理应用和实际工程扩展，并全批全改，及时反馈；

课后作业：每一节课后都留有保证巩固学习内容的课后作业，并全批全改，及时反馈。

大作业：组建5-6人小组，针对工程实际问题，设计模型试验，制定实验方案，并明确如何使用实验数据分析工程问题，分小组制作PPT进行汇报，分工协作。

4.2：掌握基本的实验方法、误差分析理论和实验数据处理方法，能够正确采集、整理实验数据，具备实施实验和实验结果分析的基本能力。

课程教学目标2

课堂讲授：重点突出、思路清晰、注重师生互动交流，及时掌握学生学习情况，关注每一个学生的学习；

实验操作：完成6学时，3个实验的预习、实验、撰写实验报告；

大作业：组建5-6人小组，针对工程实际问题，设计模型试验，制定实验方案，并明确如何使用实验数据分析工程问题，分小组制作PPT进行汇报，分工协作。

1

1 绪论

1.1 流体力学及其任务

1.2 作用在流体上的力

1.3流体的主要物理性质

1.4 牛顿流体和非牛顿流体

1.5课程学习要求及学习方法，成绩评价方法及要求。

了解：力学的范畴和分类、流体力学的研究对象和研究方法、牛顿流体和非牛顿流体的特性。

掌握：流体质点、连续介质假设、流体的主要物理性质、流体的分类。

牢固掌握：什么是牛顿流体、作用在流体上的力。

3

1

2

2 流体静力学

2.1静止流体中应力的特性

2.2流体平衡微分方程

2.3 重力场中流体静压强分布规律

2.4  流体的相对平衡

2.5液体作用在平面上的总压力

2.6液体作用在曲面上的总压力

了解：压强常用的测量方法、液体的相对平衡、平衡微分方程的推导。

掌握：静压强的基本特性、静力学基本方程、压力单位和测量基准、曲面上静压力及其作用点。

牢固掌握：等压面、静压强分布规律、平面上的静压力及其作用点。

7

1、3

3

3 流体运动学

3.1流体运动的描述

3.2欧拉法的基本概念

3.3 连续性方程

3.4  流体微团运动分析。

了解：拉格朗日方法、质量微分方程的推导、有旋和无旋流的判断。

掌握：欧拉静压强的基本特性、迹线、脉线、控制体、系统、流体微团的运动变形及其速度表达式。

牢固掌握：欧拉加速度、流线、定常流动、均匀流动、连续性方程。

6

1

4

4 流体动力学基础

4.1流体的运动微分方程

4.2元流的伯努利方程

4.3 恒定总流的伯努利方程

4.4 恒定总流的动量方程

4.5  无粘性流体的无旋流动。

了解：理想流体运动微分方程、粘性流体的运动微分方程，运动微分方程的推导、平面势流。

掌握：伯努利积分的条件、伯努利方程的各项意义及其应用条件、渐变流、总水头及水头线。

牢固掌握：理想流体伯努利方程、实际流体伯努利方程、稳定流的动量方程及应用。

项目教学： 3-4人一组，查阅文献资料，完成一个流体力学原理应用实例，进行实验设计分析，撰写项目报告，进行答辩。

8

1、3

5

5 量纲分析和相似原理

5.1量纲分析的意义和量纲和谐定理

5.2  量纲分析法

5.3 相似理论基础

5.4 模型实验

掌握：量纲、相似原理、量纲和谐定理、相似准则及其应用。

牢固掌握：瑞利法、 定理。

大作业： 5-6人一组，针对工程实际问题，设计模型试验，制定实验方案，并明确如何使用实验数据分析工程问题，分小组制作PPT进行汇报。

4

1、2

6

6 流动阻力和水头损失

6.1 流动阻力和水头损失的分类

6.2 粘性流体的两种流态

6.3 沿程水头损失与剪应力的关系

6.4 圆管中的层流运动

6.5 紊流运动

6.6 紊流的沿程水头损失

6.7 局部水头损失

6.8 边界层概念与绕流阻力

了解：局部损失产生的位置和原因、壁剪切应力、湍流剪切应力的组成和起因、边界层的概念、边界层分离、湍流脉动速度。

掌握：流态及判别准则、层流及紊流沿程阻力系数的计算、紊流分区及依据、尼古拉兹图和莫迪图。

牢固掌握：局部损失和沿程损失的计算方法。

8

1、3

7

7 孔口、管嘴出流和有压管流

7.1 孔口出流

7.2 管嘴出流

7.3 短管的水力计算

7.4 长管的水力计算

7.5  明渠流动

了解：复杂管路、管网、水击现象、流体机械、明渠流动的原理和选用。

掌握：孔口出流和管嘴出口的概念以及流量计算、有压管路的分类、并联管路和串联管路的定义和水力计算、明渠流动的水力计算。

牢固掌握：短管和长管的定义及其水力计算、明渠流动的水力计算。

6

1、3

8

实验一：伯努利方程实验

实验二：文丘里流量计实验

实验三：局部水头损失及局部阻力系数的测定实验

掌握：流体力学基本原理的验证方法；实验数据的采集与分析；伯努利方程的应用及其不同应用下的实验设计方法。

6

2

成绩组成

考核/评价环节

分值

考核/评价细则

对应的教学目标

平时成绩

50%

平时作业

10

主要考核学生对每节课知识点的复习、理解和掌握程度，计算全部作业的平均成绩再按10%计入总成绩。

1、3

章节自测题

20

分章节阶段性的考核学生对根据知识点的理解和掌握，全部测试的平均成绩按20%计入总成绩。

1、3

实验

10

根据每个实验的实验情况和实验报告质量每次单独评分，再将全部实验的成绩求平均值，最后按10%计入课程总成绩，具体见评分标准。

1、2

大作业

10

根据小组大作业答辩、小组互评以及大作业书写报告，综合评价学生各项能力，按10%计入总成绩，具体见评分标准。

2、3

期末考试

50%

期末考试卷面成绩

50

根据课程教学目标和学时安排，主要考核流体静力学、流体运动学、流体动力学、流动阻力和水头损失、孔口、管嘴出流和有压管流等内容，以卷面成绩的50%计入课程总成绩。考试的题型为：基本概念题和综合计算题。

1、3

教学目标

考核内容

评价依据

评价标准

优

良

中

及格

不及格

能够根据实验目的和特定研究对象，选用合理实验方法，设计实验方案，能够与团队合作实施实验方案，获取有效结论，并能对结论进行分析。

设计实验能力；

组织与实施实验能力；

管路设计调试能力；

结论分析能力；

团队合作能力；

预习报告；

实验表现；

实验报告；

预习内容完整、实验方案设计正确、报告书写规范、字迹工整、清晰，图表整洁规范、正确；封面信息填写正确完整；实验数据表设计规范正确、清晰、符合标准；实验测试数据合理、正确；实验操作步骤规范正确、安全意识强；调试过程完整，实验结果正确。

预习内容比较完整、实验方案设计正确、报告书写较为规范、字迹工整、清晰，图表较为整洁规范、正确；封面信息填写正确完整；实验数据表设计较为规范正确、清晰、符合标准；实验测试数据合理、正确；实验操作步骤规范正确、安全意识强；调试过程完整，实验结果正确。

基本完成预习内容、实验方案设计正确、报告书写较为规范、字迹工整、较为清晰，图表基本整洁规范；封面信息填写正确完整；实验数据表设计基本规范正确、清晰、符合标准；实验测试数据合理、正确；实验操作步骤规范正确，安全意识强；调试过程较为完整，实验结果基本正确。

基本完成预习内容、实验方案设计基本正确、报告书写较为规范、较为清晰，图表基本规范；封面信息填写较为完整；实验数据表设计基本规范正确、基本符合标准；实验测试数据基本合理、有部分不正确；实验操作步骤基本规范正确，安全意识较强；调试过程较为完整，但存在不规范地方，实验结果基本正确。

没有完成预习报告，实验数据表设计错误较多、实验测试数据错误较多，调试不规范，结果有较多错误。

具有环保、安全、责任意识，具有实验室安全知识，能够规范完成实验操作

了解实验室安全管理规定；

实验操作规范性；

实验表现；

采用表格形式规范表达实验方案和结论，能够规范、有条理、有逻辑进行计算和表达；

制表等工程表达能力；

书面表达能力；

数据处理能力。

预习报告；

实验报告；

教学目标

考核内容

评价依据

评价标准

优

良

中

及格

不及格

具备模型实验相关知识，理解工程实际问题模型试验设计方法，能够识别问题类型，合理选择模型方法。

模型试验方法设计能力；

相似标准选择能力。

答辩；

报告书。

针对实际问题按照要求独立完成全部内容并准确无误，相似标准选择正确，模型设计方法使用正确；几何模型和实验工况计算准确；实验方案设计合理，实验数据可推广应用；

有较强的文章组织能力和文字表达能力；能通过团队合作正确合理的分析实际问题，阐述非常准确、清晰，准确回答问题。

针对实际问题按照要求完成全部内容并准确无误，相似标准选择正确，模型设计方法使用正确；几何模型和实验工况计算准确；实验方案设计合理，实验数据有总结；文章组织能力和文字表达能力较好；能通过团队合作分析实际问题，阐述清晰，回答问题较好。

能够理清实际问题和模型试验的关系，选择合适相似标准进行模型设计；几何模型和实验工况计算基本准确；有实验方案设计和实验数据总结；能够完整叙述整个问题，能通过团队合作理清模型试验的思路，能够正确回答问题。

能够理清实际问题和模型试验的关系，选择合适相似标准进行额模型设计；能够计算得到几何模型和实验工况；有实验方案设计和实验数据总结；通过团队合作能够完整叙述整个过程、回答问题。

不能通过相似定律建立实际问题和模型试验的关系；能够计算得到几何模型和实验工况；有实验方案设计，叙述不清楚；通过团队合作能够回答问题，但不准确。

具备模型实验构建和设计的能力，能够完成实验模型、实验方案的设计，能够推广应用实验数据，并体现创新意识，考虑环保、技术经济等因素，培养学生初步解决复杂工程问题的能力。

实验模型设计能力；

实验方案设计能力；

实验数据推广应用能力

初步的解决复杂工程问题能力。

答辩；

报告书。

能够规范、有条理、有逻辑进行表达，并能有进行有效陈述，并体现团队合作与交流。

书面表达能力；

口头表达能力；

团队合作能力。

答辩；

报告书。

指标点

评价依据

评价方法

1.2

平时成绩、章节自测成绩、期末考试成绩。

平时成绩10分，章节自测20分，期末考试50分，总分80分

2.2

期末考试成绩、章节自测成绩和大作业成绩。

期末考试占50分，章节自测20分，大作业10分，总分80分

4.2

大作业成绩和实验成绩。

大作业10分，实验10分，总分20分