水力学教学大纲

《水力学》教学大纲

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课程名称：水力学 英文名称：Fluid Mechanics 学 时：68（60+8） 学 分：4

适用专业：给水排水工程 课程组别：专业大类A 组 先修课程：高等数学、大学物理、理论力学、材料力学

一、课程教学目标

水力学的任务是通过各种教学环节，使学生掌握水力学的基本理论、水力计算方法和水力实验的基本操作技能，为学习专业课程，从事专业工作和进行科学研究打下一定的基础。 它的基本要求是：

1、具有本专业的理论基础，包括：

（1）正确理解水力学的基本概念，如层流和紊流、急流和缓流、雷诺数和佛汝德数等。

（2）掌握总流的连续性方程、能量方程和动量方程及其应用。

（3）掌握分析水流运动的总流分析法，对量纲分析和实验相结合的方法也有一定的理解。

2、对一般较简单的、本专业常见的水流问题，具有分析和计算能力，主要包括： 静水压力的计算；管道及明渠的断面尺寸和过流能力的确定；孔口、涵洞和堰流过流能力以及井和集水廊道的渗流计算等。

3、具有正确使用水力计算中的基本图表和正确进行数字计算能力，掌握测量水位、压强、流速和流量的操作技能，具有分析实验数据和编写报告的能力。

二、 课程内容

第一章 绪论

1、水力学的定义、任务和研究方法。

2、水力学的发展概况。

3、液体作为连续介质的概念。

4、液体的主要物理性质。内摩擦定律。

5、作用于液体的两种力：质量力和表面力。

6、理想液体和实际液体。

第二章水静力学

1、静水压强及其特性。

2、液体的平衡微分方程及其积分。等压面。

3、重力作用下的静水压强基本公式。压强分布图。压强的计量单位及其换算，绝对压强和相对压强，真空度。

4、静水压强基本公式的几何意义：位置水头和位能、压强水头和压能、测压管水头和势能。

5、压强的测量。

6、几种质量力同时作用下的液体平衡。

7、作用于平面上的静水总压力。压力中心。

8、作用于曲面上的静水总压力。压力体。

9、浮力。*浮体的稳定

第三章水动力学理论基础

1、液体运动的两种方法：拉格朗日法和欧拉法。

2、流场，流线，质点加速度。恒定流和非恒定流。均匀流和非均匀流。总流，过水断面。流量。断面平均速度。

3、不可压缩液体的连续性微分方程。

4、总流的连续性方程。

5、理想液体的运动微分方程（欧拉方程）。

6、运动微分方程沿流线的积分：伯努利方程及其几何意义和能量意义，伯努利方程的应用举例。

7、渐变流和急变流，恒定总流的能量方程及其应用条件和举例。

8、恒定总流的动量方程及其举例。

9、有势流动。*有涡流动的概念。

第四章 水流阻力和水头损失

1、实际流动的两种形态：层流和紊流。流动形态的判别。

2、水流阻力于水头损失的两种形式：沿程阻力和沿程水头损失，局部阻力和局部水头损失。

3、均匀流阻力和水头损失的关系，过水断面的水力要素：湿周和水力半径。沿程水头损失的一般表示（达西—魏斯巴赫公式）。

4、圆管中的层流运动。过水断面上的流速分布。圆管层流的沿程水头损失。沿程阻力系数与雷诺数的关系。

5、紊流的脉动现象。运动要素的瞬时值，时均值和脉动值。紊流的附加切应力。

6、圆管中的紊流运动。边壁粗糙。水力光滑和水力粗糙。

7、过水断面上的流速分布。沿程阻力系数与雷诺数和相对粗糙的关系。尼古拉兹试验。确定实际管道沿程阻力系数的公式或曲线图。

8、谢才公式、曼宁公式。粗糙系数（糙数）.

9、绕流阻力。边界层的分离。

10、局部阻力和局部水头损失。圆管中突然扩大的水头损失。

第五章 孔口、管嘴出流和有压管流

1、孔口恒定自由出流基本公式。收缩现象和影响因素。淹没出流。管嘴出流特征。

2、短管的水力计算。测压管水头线和总水头线的绘制。

3、长管的水水计算。简单管路。串联管路。沿程均匀泄流管路。

4、水击现象。直接水击压强计算。

第六章 明渠水流

1、明渠均匀流的水力特征和基本计算公式。正常水深，糙率n 值的确定。渠道的水力最优断面。允许流速。明渠均匀流水力计算的基本问题。无压圆管均匀流的水力计算。

2、棱柱形渠道和非棱柱形渠道，断面单位能量。临界水深。急流、缓流和临界流。

3、水跃现象。水跃的基本方程。水跃函数。共扼水深。水跃长度。水跃能量损失。

4、明渠非均匀流的微分方程。明渠渐变流水面曲线的定性分析。明渠渐变流水面曲线的计算：分段试算法。

第七章 堰流

1、堰的形式：薄壁堰，实用堰，宽顶堰。

2、堰流的基本公式。流量系数及其影响因素：堰孔和堰顶的形状、侧收缩和下游水位等。

3、*宽顶堰理论在计算小桥孔和无压涵洞的应用。

4、堰的流量系数。

5、*跌水的水力计算（包括衔接削能）。

第八章 渗流

1、渗流现象。达西定律及其适用范围。渗流系数。

2、恒定渐变渗流的裘皮幼公式。

3、集水廊道的水力计算。

4、普通井。自流井和大口井的水利计算。

5、*势流叠加原理在井群计算中的应用。

6、*流网简介

第九章 相似性原理和量纲分析

1、原型和模型的力学相似。

2、相似准数：欧拉数，佛汝德数，雷诺数，韦伯数，决定性准数和非决定性准数。

3、模型律。普遍相似和部分相似，佛汝德模型律，雷诺模型律。

4、雷利因次分析法，∏定律。

三、 实验及演示

1、静水压强测定

2、液体相对平衡测定

3、流线演示

4、文丘里流量计流量系数测定

5、液体动量方程测定

6、流态测定

7、管流沿程阻力系数测定

8、管流突然扩大局部阻力系数测定

9、虹吸管水力性能演示

10、孔口、管嘴系数测定

11、水击演示

12、水跃测定

13、矩形薄壁堰流量系数测定

14、宽顶堰流量系数测定

15、渗流测定

四、教学安排与方式

水力学是一门技术基础课，其教学以课内讲授为主，配合实验等多种教学方式。学生课内与课外所用时间之比为1：1.5。教学安排如下表。

注：带*为学生选学或自学内容。

五、考核方式

本课程通过多方面进行考核：作业、考勤，10％；实验，10％；期末闭卷考试，80％。

六、推荐教材和参考资料

1、《水力学》王烽、金建华，湖南大学出版社。

2、《水力学》西南交大水力学教研室，高等教育出版社。

3、《水力学教程》黄儒钦等，西南交通大学出版社。

4、《工程流体力学实验报告书》王烽

5、《水力学难题分析》杨凌真，高等教育出版社。

6、《水力学》（第二版）华东水力学院，科学出版社。

7、《水力学解题指导及习题集》（第二版）大连工学院水力学教研室，高等教育出版社。