工程流体力学(一)考试大纲
(课程代码 7745）

适用专业：石油工程自考本科（独立本科段）
学    时：70学时

一、课程的性质 目的和任务
本课程是石油工程专业的重要技术基础课和主干课，其任务是通过各种教学环节，使学生掌握流体平衡和运动的一般规律及有关的基本概念、基本理论、基本计算方法和基本实验技能，提高学生分析问题和解决问题的能力，为以后学习专业课程，从事专业工作和科学研究打下一个良好的基础。
二、课程的基本要求
学完本课程后，应达到以下基本要求：
1.正确理解工程流体力学中的基本概念和基本特征。如静压力、水头、水头损失、雷诺数、层流、紊流、长管、短管、势流、附面层等等。
2.掌握研究流体运动的基本方法。如运用微元体积法分析流体的受力并建立平衡方程式。
3.掌握流体静压力计算规律和流体对平面及曲面作用力的计算方法。
4.能够运用连续方程、泊努利方程和运动方程分析流动现象，计算流动的各种参数，计算流体与固体壁面之间的作用力。
5.能够运用基本方程式和图表计算管路的水头损失，能够对简单的串并联管路和分支管路进行分析计算。
6.正确理解因次分析和相似原理对实验的意义。掌握常用测量仪器的使用方法，具有处理实验数据和编写实验报告的能力。
7.能够应用势流叠加原理得出固体附近的动力学和运动学参数，并能够计算固体附面层内的阻力。
本课程与相关课程的联系与分工：
本课程的先修课程为高等数学、普通物理、理论力学、材料力学等。讲授过程中遇到上述课程内容时不再讲解。讲授课程时需要理论联系专业，但应以分析流动现象、阐明理论为主，不应因过分强调专业而削弱基本理论的讲授。
三、课程内容和考核目标
本部分内容按章、节进行编写，具体格式如下：

第一章  绪论（2学时）
(一) 学习目标
工程流体力学属于力学的一个分支。它研究流体在平衡和运动时所遵循的基本规律，以及流体与固体之间的相互作用，用以分析解决工程实际问题。通过本章学习，主要掌握流体的概念及其基本的物理性质，以及作用在流体上的力。
(二) 课程内容
第一节 流体及其基本特征（1学时）
1.流体
2.流体性质
3.不可压缩流体
第二节 流体的主要物理性质（1学时）
1.密度
2.比容
3.相对密度
4.压缩性
5.体积压缩系数
6.体积弹性系数
7.膨胀性
8.粘滞力
9.速度梯度
10.牛顿内摩擦定律
(三)  考核知识点
1.基本概念
2.牛顿内摩擦定律
(四)  考核要求
1.识记
（1）记住流体的性质
（2）记住流体、密度、比容、相对密度、压缩性、膨胀性以及粘滞力的概念
2.理解
（1）理解牛顿内摩擦定律

第二章 流体静力学（14学时）
(一)　学习目标
流体静力学所研究的是流体在静止状态下的平衡规律及其应用。所以本章所要掌握的中心问题是根据平衡条件来研究静止状态下静压力的分布规律，进而确定静止流体作用在各种表面上的总压力大小、方向和作用点。
(二)　课程内容
第一节  流体静压力及其特性（1学时）
1.流体静压力
2.流体静压力的两个特性
第二节  流体平衡微分方程式（2学时）
1.流体平衡微分方程式的建立
2.流体平衡微分方程式
3.等压面
4.等压面的三个特性
第三节  重力作用下流体的平衡（3学时）
1.静力学基本方程式
2.静力学基本方程式的意义
3.流体静压力的测量
第四节  几种质量力作用下的流体平衡（2学时）
1.等加速水平运动容器中流体的相对平衡
（1）流体静压力分布规律

（2）等压面方程
2.等角速旋转容器中流体的相对平衡
（1）流体静压力分布规律
（2）等压面方程
第五节  静止流体作用在平面上的总压力（2学时）
1.总压力的大小
2.总压力的作用点
第六节  静止流体作用在曲面上的总压力（2学时）
1.总压力的大小和方向
2.压力体
第七节  物理在液体中的潜浮原理（2学时）
1.浮体
2.潜体
3.浸在平衡液体内部的物体曲面上所受的力
4.潜体（浮体）平衡的两个条件
(三)  考核知识点
1. 流体静压力的两个特征
2. 静力学基本方程式
3. 静止流体作用在平面上的总压力的大小及作用点
4. 静止流体作用在曲面上的总压力的大小和方向
(四)  考核要求
1.识记
（1）记住流体静压力的特性
（2）记住静力学基本方程式
（3）记住静止流体作用在平面上的总压力计算公式及作用点确定公式
（4）记住静止流体作用在曲面上的总压力计算公式和方向的确定
2.理解：
（1）理解流体平衡方程式的建立及其积分过程
（2）理解静力学基本方程式的几何意义和物理意义
（3）理解流体静压力的表示方法
（4）理解流体静压力的测量方法
（5）理解等加速水平运动及等角速旋转容器中流体的相对平衡
（6）理解物体在液体中的潜浮原理
3.简单应用
（1）会用静力学基本方程解决实际问题
（2）会用静止流体作用在平面上的总压力计算公式进行实际问题的计算
（3）会用静止流体作用在曲面上的总压力计算公式进行实际问题的计算
4.综合应用
（1）综合运用静力学基本方程及总压力计算公式求解实际问题

第三章 流体运动学（8学时）
(一)　学习目标
流体运动学研究的是流体的运动规律，而不牵涉力的问题。了解拉格朗日法、欧拉法等研究流体运动的方法，以及几种不同的流动，掌握流体运动连续性方程。
(二)　课程内容
第一节  研究流体运动的两种方法（1学时）
1.拉格朗日法
2.欧拉法
第二节  流动的分类（1学时）
1.分类
2.稳定流动
3.不稳定流动
4.一元、二元和三元流动
第三节  迹线与流线（1学时）
1.迹线
2.流线
3.流线的特征
4.流线方程
第四节  流管 流束 流量（1学时）
1.流管
2.流束
3.总流
4.有效断面
5.流量
第五节  连续性方程（2学时）
1.空间运动的连续性方程
第六节  流体微团运动的分析（2学时）
1.流体微团的运动
2.几种运动形式的特点
3.三元流场中流体微团运动的基本关系式
(三)  考核知识点
1.基本概念
2.流线的特征
3.一元流动及空间运动的连续性方程
4.微团运动的特点
(四)  考核要求
1.识记
（1）记住各基本概念
（2）记住流动的分类
（3）记住流线的特征
（4）记住一元流动及空间运动的连续性方程
（5）记住微团运动的特点
2.理解
（1）理解拉格朗日法和欧拉法的含义
（2）理解微团运动中的各个变化过程
3. 简单应用
（1）会用一元流动及空间运动的连续性方程判断某种流动是否连续
（2）会用微团运动判断某种运动具有哪几种微团运动特征
（3）会用微团运动求解某种类型旋转运动的旋转角速度
4.综合应用
（1）综合运用一元流动和空间运动的连续性方程判断某种流动的连续性
（2）综合运用微团运动理论判断某种运动具有哪几种微团运动特征
（3）综合运用微团运动计算某种类型旋转运动的旋转角速度
第四章  流体动力学（12学时）
(一)　学习目标
本章将在理想流体动力学的基础上，研究实际流体动力学。通过对本章的学习了解理想流体运动的微分方程，重点掌握伯努利方程式，能够熟练运用伯努利方程解决水力学问题。
(二)　课程内容
第一节  理想流体运动的微分方程式（2学时）
1. 理想流体运动的微分方程式
2. 理想流体运动的微分方程式的物理意义
第二节  理想流体的伯努利方程式（2学时）
1．理想流体的伯努利方程式
2．理想流体的伯努利方程式它的应用条件
第三节  实际流体总流的伯努利方程（2学时）
1.总流的伯努利方程
2.缓变流
第四节  泵对液流能量的增加（1学时）
1.泵的排量
2.泵的输出功率
第五节  系统与控制体（1学时）
1.系统
2.控制体
3.控制面
第六节  动量方程及其应用（2学时）
1.稳定流动量方程
2.稳定流动量方程的表达式
第七节  动量矩方程及其应用（2学时）
1.动量矩方程
2.动量矩方程的表达式
(三)  考核知识点
1.理想流体的伯努利方程式
2.水头线的绘制
3.泵对液流能量的增加
4.动量方程
(四)  考核要求
1.识记
（1）记住伯努利方程
（2）记住水头线的绘制方法
（3）记住泵对液流能量的增加
（4）记住动量方程
2. 理解
（1）理解理想流体运动的微分方程式的建立
（2）理解实际流体总流的伯努利方程
3. 简单应用
（1）会用伯努利方程解决实际问题
（2）会用泵对液流能量的增加原理求解水力学问题
4. 综合应用
（1）综合运用伯努利方程解决实际问题
（2）综合运用所学知识能够熟练绘制水头线

第五章  量纲分析与相似原理（5学时）
(一)　学习目标
求解流体问题会遇到很多难以克服的困难，因而不得不采用其它的分析途径和实验方法来解答流体力学的问题。量纲分析和相似原理就是指导分析和实验的重要方法。通过量纲分析和相似原理还可以帮助寻求物理量之间的联系，建立关系式的结构。
(二)　课程内容
第一节  量纲分析（2学时）
1.量纲
2.量纲的一般表示形式
3.无量纲量
4.无量纲数的特点
5.量纲和谐原理
6.量纲分析的方法
第二节  相似原理（2学时）
1.流动相似
3.几何相似
4.运动相似
5.动力相似
6.重力相似准则          
7.粘滞力相似准则          
8.压力相似准则           
9.准数方程：把描述相似流动的微分方程改写成无量纲准数之间的关系式，称为准数方程。
第三节  模型实验（1学时）
1.雷诺模型                  
2.弗劳德模型
(三)  考核知识点
1.量纲的表示方法
2.无量纲数的特点
3.量纲和谐原理
4.应用瑞利法做量纲分析
5.应用 定理做量纲分析
6.相似准则
(四)  考核要求
1.识记
（1）记住无量纲数的特点
（2）记住量纲和谐原理
（3）记住应用瑞利法做量纲分析的过程
（4）记住应用 定理做量纲分析的过程
（5）记住相似准则
2. 理解
（1）理解瑞利法的推导过程
（2）理解 定理的推导过程
（3）理解准数方程的建立过程
3. 简单应用
（1）会用量纲分析将有量纲量化成无量纲量
（2）会用瑞利法做量纲分析
（3）会用 定理做量纲分析的过程
4. 综合应用
（1）综合运用瑞利法和相似准则对实际模型做量纲分析
（2）综合运用 定理和相似准则对实际模型做量纲分析
（3）综合运用相似准则指导实验

第六章  粘性流体的流动及其阻力（10学时）
(一)　学习目标
本章主要研究真实流体由于粘性所造成的流动阻力、能量损失等问题。通过对本章的学习，应该掌握对流体流动的雷诺数的计算，以及流体流动过程中沿程水头损失、局部水头损失的计算。
(二)　课程内容
第一节  粘性流体的运动方程（2学时）
1.应力
2.切应力
3.法向应力
4.切应力与应变率的关系
5.法向应力与应变率的关系
6.粘性流体中的压力
第二节  管路中流动阻力产生的原因及分类（1学时）
1.沿程阻力
2.沿程水头损失
3.局部阻力
4.局部水头损失
5.全程水头损失
6.水力半径
7.水力半径的特性
第三节  两种流态及转化标准（1学时）
1.层流状态
2.紊流状态
3.临界状态
4.临界速度
5.雷诺数
第四节  圆管中的层流运动（1学时）
1.圆管层流的速度分布公式
2.圆管层流沿程水头损失
第五节  实际流体的紊流运动（2学时）
1.瞬时速度
2.时均速度
3.脉动速度
4.层流底层厚度     
第六节  圆管紊流的沿程水头损失（1学时）
1．常用计算水力摩阻的经验公式
第七节  局部水头损失（2学时）
1.产生局部水头损失的原因
2.圆管突然扩大局部水头损失
3.局部水头损失公式
(三)  考核知识点
1.基本概念
2.雷诺数的计算
3.圆管中的层流运动
4.圆管紊流的沿程水头损失
5.局部水头损失
(四)  考核要求
1.识记
（1）记住雷诺数的计算及两种流态的判定标准
（2）记住圆管层流沿程水头损失的计算
（3）记住圆管紊流沿程水头损失的计算
（4）记住圆管突然扩大、缩小局部水头损失的计算
2. 理解
（1）理解粘性流体运动方程的建立
（2）理解广义牛顿定率
3.简单应用
（1）会用雷诺数公式计算并判断层流与紊流
（2）会用公式计算圆管紊流的沿程水头损失
（3）会用公式计算局部水头损失
4.综合应用
（1）综合运用公式计算雷诺数并区分层流和紊流
（2）综合运用公式计算圆管紊流的沿程水头损失
（3）综合运用公式计算局部水头损失

第七章  有压管流、孔口及管嘴出流（4学时）
(一)　学习目标
本章讨论工程实际中常见的有压管流、孔口出流及管嘴出流等问题，通过对本章的学习，应该能够运用所学的知识解决其水力计算及管路系统的设计。
(二)　课程内容
第一节  稳定有压管流的水力计算（2学时）
1.有压管流
2.简单管路
3.长管
4.短管
5. 串联管路的特点
6.分支管路与汇合管路
7.并联管路
第二节  不稳定有压关流的水力计算（1学时）
1.不稳定流
2.水击
第三节  孔口和管嘴的水力计算（1学时）
1.自由出流
2.淹没出流
3.定水头出流
4.管嘴
(三)  考核知识点
1.基本概念
2.串联管路水力计算
3.并联管路水力计算
4.分支管路与汇合管路水力计算
5.孔口和管嘴的水力计算
(四)  考核要求
1.识记
（1）记住串联管路水力计算公式
（2）记住并联管路水力计算公式
（3）记住分支管路与汇合管路水力计算公式
（4）记住孔口和管嘴的水力计算方法
2. 理解
（1）理解一元不稳定流动基本方程
（2）理解水击现象
（3）理解水击压力计算
3.简单应用
（1）会用串联管路水力计算公式进行水力计算
（2）会用并联管路水力计算公式进行水力计算
（3）会用孔口和管嘴的水力计算公式进行水力计算
4.综合应用
（1）综合运用串联管路水力计算公式进行水力计算
（2）综合运用并联管路水力计算公式进行水力计算
（3）综合运用孔口和管嘴的水力计算公式进行水力计算

第八章  理想不可压缩流体平面流动（8学时）
(一)　学习目标
本章主要是一元流体方法解决有关管流的问题，其特征是以断面平均流速描述流体运动，以使问题简化。通过对本章的学习，理解物体影响流体的运动，引起流动速度的变化以及流场中压力分布的变化；同时流体也会对被绕流体的物体产生作用力。
(二)　课程内容
第一节  有势流动和有旋流动（1学时）
1.有势流动
2.涡流
第二节  平面势流（2学时）
1.平面流动
2.势函数
3.流函数
4.势函数和流函数之间的关系
第三节  势流的叠加原理（2学时）
1.源环流动：
2.汇环流动：
3.偶极流
第四节  平行流绕圆柱体无环流动（2学时）
1.作用在圆柱面上的总压力：
第五节  平行流绕圆柱体有环流动（1学时）
1.作用在圆柱体表面上的总压力           
(三)  考核知识点
1.基本概念
2.势函数
3.流函数
4.势函数与流函数之间的关系
5.势流的叠加原理
(四)  考核要求
1.识记
（1）记住势函数的表达式
（2）记住流函数的表达式
（3）记住势函数与流函数之间的关系
（4）记住势流的叠加原理
2. 理解
（1）理解有势流动、有旋流动
（2）理解源环流动、汇环流动及偶极流
（3）理解平行流绕圆柱体无环流动和有环流动
3.简单应用
（1）会用势函数进行水力计算
（2）会用流函数进行水力计算
（3）会用势流的叠加原理
4.综合应用
（1）综合运用势函数表达式进行水力计算
（2）综合运用流函数表达式进行水力计算
（3）综合运用势函数的叠加原理解决水力学问题

第九章  附面层基础（7学时）
(一)　学习目标
附面层理论为流体力学开创了一个新的领域，有力的推动了流体力学学科的发展和完善，附面层理论日趋成熟。本章将简单地介绍有关附面层的基本概念，基本方程和积分解法。
(二)　课程内容
第一节  附面层的基本概念（1学时）
1.附面层
2.附面层厚度
3.位移厚度               
第二节  二元不可压缩流体附面层的微分方程（2学时）
1.沿平面的二元不可压缩流体附面层的基本方程
第三节  平壁面层流附面层的不拉休斯解（2学时）
1.绕流平板的层流附面层方程
2.边界条件
第四节  动量积分关系式解法（2学时）
1.附面层动量积分关系式
2.平板上层流附面层的计算
(三)考核知识点
1.附面层的基本概念
2.动量关系式解法
(四)  考核要求
1.识记
（1）记住附面层的基本概念
（2）记住动量关系式解法
2. 理解
（1）理解二元不可压缩流体附面层的微分方程
（2）理解平壁面层流附面层的不拉休斯解
（3）理解曲壁附面层的分离

四、学习教材和主要参考书
教材：
《工程流体力学》,崔海清编著，石油工业出版社  1995年9月1版。
参考书：
《工程流体力学》,袁恩熙编著，石油工业出版社  1986年出版。
《水力学》，陈家琅编著，石油工业出版社  1980年出版。

五、有关说明与实施要求

（一） 关于“课程内容与考核目标”中有关提法的说明
    在本大纲的“考核知识点与考核要求”中，对各个知识点按四个能力层次（“识记”、“领会”、“简单应用”、“综合应用”）分别提出要求，这些层次之间具有递进等关系。四个能力层次的含义：
识记：要求能够识别和记忆本课程中规定的有关知识点的主要内容（如定义、定理、定律、表达式、公式、原则、重要结论、方法、步骤及特征、特点等），并能根据考核的不同要求，做出正确的表述、选择和判断。
领会：要求能够领悟和理解本课程中规定的有关知识点的内涵和外延，熟悉其内容要点和它们之间的联系，并能根据考核的不同要求，做出正确的解释、说明和论述。
简单应用：要求能够运用本课程中规定的少量知识点，分析和解决一般应用问题。如简单的计算、绘图和分析、论证等。
综合应用：要求能够运用本课程中规定的多个知识点，分析和解决较复杂的应用问题。如简单计算、绘图、简单设计、编程和分析、论证等。

（二） 自学方法指导
   本课程是一门基础知识与应用技能并重的课程，因而在学习方法上也有其自身的特点。概括地说就是：对基本概念性的知识要弄清楚，对基本应用的操作要上机反复练习，对书中的习题要认真独立完成，还要注意归纳总结，勤做笔记，以巩固所学知识。在学完全部内容之后可再做一些综合练习，以使自己的操作技能得到进一步提高。
  为了帮助大家提高自学效果，以下几点方法可供参考：
1、 学习过程中要始终结合本大纲来学，在阅读教材的每一章内容之前，应先参看考试大纲中的这一章的知识点和学习要求，了解重点和难点以及对各知识点的能力层次的要求，能做到自学起来心中有数，从而能把握住学习内容的轻重和自学进度。
2、 读教材时要循序渐进，先粗读后细读。对大纲指出的重点要精读，吃透每一个知识点；对概念性的知识要深刻理解；对基本操作方法要熟练掌握并融会贯通。
3、 本课程是一门实践性很强的课程，因此，在学习过程中要实践，通过实践加深对教材内容的理解，提高学习效率。
4、 认真完成书中的习题有助于理解、消化、掌握和巩固所学的知识。应做到每一章学习结束后，章末的习题都能独立、正确、熟练地完成。
5、遇到疑难问题如果一时无法解决但不影响后续内容学习的可以暂搁一搁，之后可以利用社会助学或考前辅导之际得解决，也可找同学商量，集思广益，进行讨论。
6、学习时要注意归纳、总结和比较，以求对知识点的融会贯通。

（三）对社会助学的要求
1、 应以本大纲的制定的教材为基础、本大纲为依据进行辅导，不能随意增删内容或更改要求。
2、 应熟知本大纲对课程所提出的总的要求和各章的知识点，正确把握各知识点要求达到的层次，深刻理解对各知识点的考核要求。
3、 应对学习方法进行指导，提倡“仔细阅读教材，认真完成习题；主动获取帮助，依靠自己学通”的学习方法。
4、 应注意对考生自学能力的培养，引导考生逐步学会独立学习、独立思考、独立操作。在自学过程中要学会自己提出问题，经过分析自己做出判断，从而解决问题。
5、 本课程共4学分。因此应注意对考生实际操作能力的培养，不能简单地仅帮助考生解决这个问题，而是要善于启发、引导考生弄清为什么会出现这样的问题，用什么方法可以解决这类问题。以使考生理解问题出现的原因，掌握解决问题的办法。

（四）关于命题考试的若干问题
1、 本大纲各章所规定的考试知识点及知识点下的知识细目都属于考核的内容，考试命题覆盖到各章，适当突出重点章节，加大重点内容的覆盖密度。
2、 试卷中对不同能力层次要求的分数比例大致为：“识记”占30%，“领会”占30%，“简单应用”占20%，“综合应用”占20%。
3、 试题难易程度要合理，可分为：易，较易，较难和难四个等级。每份试卷中不同难度试题的分数比例一般一次为：2：3：3：2。
4、 试题的主要题型主要有：名词解释、填空、单项选择、多项选择、简答和计算题。
5、 考试采用闭卷考试方式，时间为150分钟；试题分量以中等水平的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；考试时只允许带笔、橡皮和直尺，答卷必须用钢笔，颜色规定为蓝色或是黑色，答题卡必须用2B铅笔填涂。

六、题型举例
1.名次解释
（1）应力
（2）流体静压力
2.填空
（1）流体流动表现为液体质点的摩擦与变形，称为（     ）状态。
（2）在充满平衡流体的空间里，（    ）相等的各点所组成的面称为等压面。
3.单项选择
（1）以下各式中为无量纲量的是：（   ）
A.     B.     C.      D. 
（2）流体的比容表示（　　　）
A．单位流体的质量   B．单位质量流体所占据的体积
C．单位温度的压强   D．单位压强的温度
4.多项选择
（1）下列各项中，属于流体静压力的特性的是：（　　　）
A．静压力方向永远沿着作用面内法线方向
B．静止流体中任何一点上各个方向的静压力大小相等
C．静止流体中任何一点上各个方向的静压力与作用方向无关
D．静压力方向永远平行于作用面方向
（2）下列选项中哪些是流线的特性：（　　　）
A．不稳定流时，流线形状随时间变化
B．稳定流时，流线与迹线重合
C．流线不能相交但是能转折
D．流线在驻点和齐点处可以相交
5.简答题
常用的节流式留流量计有哪些？
6.计算题
直立排水管，直径 mm，下端装喷嘴，出口直径 mm，不计损失，求泄流量和 点的压强。