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1、水力学教学大纲一、课程基本信息课程名称（中、英文）：水力学（Hydraulics）课程号（代码）： 30619450课程类别：（专业基础技术课）学时：水工、农水100116学时水文97112学时学分： 5 学分二、教学目的及要求水力学是水利类各专业必修的一门主要专业基础课。通过本课程的学习，使学生具有一定的理论基础，能正确区分流动类型、流动形态和局部流动现象，掌握水流运动的基本概念、基本理论与分析方法，理解不同水流的特点；学会常见水利工程中的水力计算，并具备初步的试验量测技能，为学习后续课程和专业技术工作打下基础。同时在教学过程中加强对学生能力的培养。教学中要注意处理好掌握知识和培养能力两者之
2、间的辨证关系。指导学生阅读参考书、文献和资料，培养学生自学获取知识的能力。重视实验环节，要求学生独立操作，并分析实验成果，以培养学生的动手能力和从事科学实验研究的能力。三、教学内容水力学是一门技术基础课，应当理论联系实际，以分析水流现象，揭示水流运动规律，加强水力学的基本概念和基本原理的讲解为主，不宜过分强调专业需要，以致削弱水力学基础理论的讲解。（一）基本内容0绪论（1） 液体的物理力学性质（2） 理想液体和连续介质的概念及其应用。1水静力学(1) 静水压强的基本公式、等压面概念和作用在平面、曲面上的静水总压力，压力体图的绘制。(2) 压强的表示方法和压强单位较多，应讲解其关系，避免引起混乱
3、；(3) 几种质量力作用下的液体平衡，应结合例题讲解，以加强压强微分方程式理解和运用。2. 水动力学基础(1) 连续性方程、能量方程、动量方程是重点，这部分应讲深讲透，结合实例分析三大基本方程的应用条件和注意的问题及解题步骤，使学生正确理解其意义，通过习题熟练地掌握这些方程；(2) 液体运动的两种方法，流线、迹线的概念及特点；流量、断面平均流速、渐变流和急变流动水压强分布的概念。3液流型态和水头损失(3) 达西公式、层流紊流特征、雷诺数的物理意义和流态判别、沿程阻力和局部阻力是重点；(4) )造成水头损失的原因及影响因素；4有压管道恒定流(5) 短管和长管水力计算和水头线绘制是重点。(6) 复
4、杂管道的特点和基本公式解题的方法。5有压管中的非恒定流(7) 水击过程、管道非恒定流的基本方程是重点；(8) 应用水击连锁方程解题.6明渠恒定流(1) 明渠均匀流的特性、佛汝德数物理概念及缓流、急流、临界流的判别，棱柱体明渠水面曲线分析，水跃共轭水深计算是重点；(2) 明渠均匀流水力计算；(3)逐段试算法进行水面曲线计算；(4) 河道水面曲线计算对水文专业学生要求掌握；7堰流及闸孔出流(1) 堰流、闸孔出流的判别和过流能力的计算是重点；(2) 堰闸的流量系数、侧收缩系数和淹没系数的选取；(3) WES 剖面。8泄水建筑物下游水流的衔接和消能(1) 底流式消能的水力计算是重点；(2)迭代法进行溢
5、流坝下游收缩断面水深计算；1 3)挑流式消能主要分析挑流长度的挑坎尺寸，简提冲刷坑深度；12 .液体运动的流场理论(1)重点是液体运动的连续性方程、实际液体运动的微分方程及其物理 意义；(2)液体微团运动的基本形式，要使学生有一个正确的理解。讲授时以说明物理概念和数学表达式的物理意义为主；(3)讲清理想液体和实际液体动水压强的区别及关系，可以不必详细推导；(4)欧拉方程和纳维埃-斯托克斯方程是流体力学中的基本方程，应使 学生能正确地理解和分析应用。讲解中应与前面恒定流基本方程联系起来。13 .恒定平面势流(1)流网原理和绘制是重点；(2)说明势函数和流函数的物理概念及其关系，使学生有一个正确的
6、理解。14 .渗流(1)渗流的达西定律和电拟法是本章重点；(2)通过习题要求学生初步绘制流网和掌握用流网法求解渗流场的方法；(3)电拟法中着重原理，配合实验使学生初步掌握电拟法的操作；4 4) 土坝渗流可以简提，不必详细讲解。5 .量纲分析和相似原理(1)冗定理应用和相似准则是重点；(2)着重指出无量纲数在表达普遍的水流规律中的重要意义；(3)使学生正确理解量纲合谐是分析流动的一个重要手段，说明相似的重要性。这部分内容头绪繁多，讲授中要点明各部分内容之明的关系，彼此紧密衔接， 上下呼应，做到条理分明。讲完后应总结，使学生明确问题的提出、发展和结论， 构成一个有机的整体；5、液流型态和水头损失(
7、1)水头损失的概念和分类，沿程水头损失和局部水头损失；(2)边界条件对水头损失的影响；(3)均匀流沿程水头损失与切应力关系，沿程水头损失的一般表达式：达西 公式;(4) 液体运动的两种型态及其判别：层流和紊流及其判别，雷诺数的物理意 义；(5) 圆管中层流运动及其沿程水头损失；(6) 紊流特征：脉动现象、瞬时值、时均值、脉动值、紊动强度，紊动产生附加切应力，混合长度理论，粘性底层，紊流速度分布；(7)沿程阻力系数变化规律：沿程阻力系数人与雷诺数和相对粗糙度的关系(尼库拉兹图)，莫迪图，水力光滑区、过渡区和粗糙区的差别及计算各区入值的经验公式；(8) 沿程水头损失的经验公式：谢才公式、曼宁公式；
8、(9) 局部水头损失：局部水头损失的一般表达式，圆管突然放大的局部水头损失，局部阻力系数。6、恒定有压管流(1) 管道类型；(2) 简单管道水力计算的基本公式；(3) 简单管道水力计算的基本类型和实例；(4) 复杂管道的水力计算：串联管道、并联管道、分岔管道、沿程均匀泄流管道(农水)管网(给排水)；(5) 测压管水头线和总水头线绘制；(6) 变水头管道泄流时间的计算。7、非恒定有压管流 1) 阀门突然关闭和逐渐关闭时管道中的水击：水击现象，水击波传播速度，直接水击和间接水击；( 2)管道非恒定流的基本方程：连续性方程和运动方程；( 3)水击的基本微分方程组：水击连续性方程、水击运动方程，水击连
9、锁方程及其应用；( 4)调压井水面振荡简介。8、明渠恒定水流 2) 1)明渠恒定均匀流 明渠类型； 明渠均匀流的特性及产生的条件；明渠均匀流计算公式；水力最佳断面和允许流速；明渠均匀流水力计算类型；粗糙度不同的明渠和复式断面明渠的水力计算。( 2)明渠恒定非均匀流明渠水流的三种流态及判别，佛汝德数的物理意义；断面比能及比能曲线的特性；临界水深计算及实例；缓坡、陡坡和临界坡度；明渠非均匀渐变流的微分方程式：基本方程式、水深、断面比能和水位沿 程变化的微分方程；棱柱体渠道恒定渐变流水面曲线的分析；棱柱体及非棱柱体渠道水面曲线计算：逐段试算法；恒定非均匀流流量和糙率计算；河道水面曲线的计算：试算法和
10、图解法。( 3)水跃棱柱体水平明渠水跃方程；水平明渠水跃共轭水深的计算；水跃方程的实验验证；棱柱体水平明渠水跃能量损失和跃长的计算。*9 、明渠非恒定流(1) 明渠非恒定流的特性和波的分类；(2) 明渠非恒定渐变流基本方程式：连续性方程和运动方程；(3) 初始条件和边界条件；(4) 明渠非恒定流的计算方法：特征线法和瞬态法；(5) 明渠非恒定急变流：波额流段的连续性方程和动量方程，波额流量。10 、堰流和闸孔出流(1) 堰流类型：薄壁堰、实用堰、宽顶堰；(2) 堰流的基本公式；(3) 薄壁堰、实用堰和宽顶堰的水力计算，流量系数、侧收缩系数、流速系数和淹没系数，实用堰剖面设计原则简介；(4) 闸
11、孔出流的水力计算：底坎为宽顶堰型和曲线型实用堰的闸孔出流。11、泄水建筑物下游水流衔接和消能(1) 底流式消能的水力计算，溢流坝下游收缩断面水深的计算，降低护坦及建消能坝形成消能池的水力计算；&2)挑流式消能的水力计算：&3)面流消能及消能母消能水流特性简介。12、液体运动的流场理论(1) 流场、速度、加速度；(2) 流线、迹线及其微分方程；(3) 液体微团运动的基本形式：平移、线变形、角变形和旋转；(4) 无涡流、有涡流、速度环量和涡通量；(5) 液体运动的连续性方程式；(6) 理想液体运动微分方程式及其积分，动水压强特性，欧拉方程式，葛罗米柯方程式及其积分；(7) 实际液体运动微分方程式：
12、纳维埃一斯托克斯方程；(8) 边界层概念。13 、恒定平面势流(1) 恒定平面势流的流速势及流函数；(2) 流网法解平面势流：流网原理，流网的绘制和应用。14 、渗流(1) 渗流基本概念和渗流模型；(2) 达西定律及其应用条件，渗透系数；(3) 恒定均匀渗流和非均匀渐变渗流，杜比公式；(4) 棱柱体地下河槽恒定渐变流浸润线的分析和计算；(5) 普通井及井群渗流计算；(6) 渗流场的基本微分方程式及其解法简介；(7) 用流网法解平面渗流；(8) 水电比拟法绘流网。注：有符号A者，水工、农水、施工讲，水文、水资源、给排水不讲；有符号*者，水文、水资源讲，水工、农水、施工、给排水不讲。三 . 习题、
13、实验及学习分配(一 ) 习题作业习题作业的基本要求是：巩固和加深理解所学的基本概念和基本理论，培养学生分析问题、解决问题和灵活运用知识的能力，提高计算技能，培养严肃认真的科学作风和独自获取知识的能力。习题作业也是理论联系实际的一个途径。习题包括思考题和计算题。习题作业应与讲课密切配合。讲课中讲解必要的例题，课后布置习题作业，利用课外时间完成。辅导课可用来分析总结习题中的错误和问题，在教师的引导下进行课堂讨论，解决有关要领或原理中的疑难问题。水力学课外学时为课内学时的1.5倍， 除了复习、阅读参考书外，可用来完成习题作业。完成习题作业的数量为130200题， 针对具体情况，可以布置必作题和选作题
14、，既要避免学生负担过重，又要做到因材施教，使能力较强的学生获得较多的训练。水文、水资源学生应作明渠非恒定流大作业。课外习题作业，按课程内容的分配，见下表:表1各章习题分布表课程内容习题数课程内容习题数1.绪论468.明渠恒定水流20322.水静力学15229.明渠非恒定流123.水动力学基础183010.堰流和闸孔出流10154.量纲分析和相似原理4611.泄水建筑物下游水流衔接和消能585.液流型态和水头损失142012.液体运动的流场理论14206.恒定后压管流101513.恒定平向势流467.非恒定后压管流5814.渗流610习题数总计130200注:有*号者为大作业(二)实验1 .实验要求实验单独设课考试记分，实验内容应和课程内容紧密衔接。实验的基本要求 是：观察水流现象，验证所学理论，使学生掌握进行科学试验的方法和操作技能， 训练学生整理实验资料，编写实验报告的能力，培养学生严格的科学作风。实验包括演示实验和量测实验两种。在条件允许的情况下，可增加一些演示 实验，以增加学生的感性认识，也可组织学生参观国家实验室的先进设备， 扩大 视野。每个操作实验，要求学生24人一组，使每个学生都有动手进行操作， 观测 水流现象的机会。实验数据要求用微机处理、学生能独立整理分析实验成果，受 到实验技能的基本训练。实验课学时 2
