《水力学》教学大纲

《水力学》教学大纲Hydraulics课程编码：06202010学分：4课程类别：专业基础课计划学时：72其中讲课：60实验或实践：12上机：0适用专业：给水排水工程推荐教材：闻德荪，《工程流体力学(水力学)》，高等教育出版社，2004年。参考书目：伍悦滨编.《工程流体力学（水力学）》.北京：中国建筑工业出版社，2006。李家星、赵振兴编.《水力学》.南京：河海大学出版社，2001。吴持恭编.《水力学》(第三版).北京：高等教育出版社，2003。赵振兴，何建京编著.《水力学》.北京：清华大学出版社，2005。课程的教学目的与任务水力学是给水排水工程专业学生必修的专业基础课程。其任务是通过各个教学环节的学习，使学生掌握水力学中的基本概念、基本理论和基本的水力计算方法及实验操作技能，了解环境问题中常见的水力学现象，并具有分析、解决工程中遇到的水力学问题的能力。为后续专业课程的学习和进行科学研究打下必要的理论基础。课程的基本要求本课程介绍了液体的主要物理性质，水静力学，液体运动的基本原理和基本理论，液体总流的基本原理，液体三元运动的基本原理，液体的层流运动和紊流运动，水流阻力和水头损失。学完本课程应达到以下基本要求：1.掌握液流运动的基本概念,如连续介质的假说,理想液体模型,液流的各种分类,表征液流运动的雷诺数,弗劳德数等特征值.

2.掌握液流运动的基本理论,如恒定总流的连续性方程,能量方程,动量方程,水头损失理论以及液体运动的连续性方程式,实际液体运动的微分方程等.3.了解水流能量转化和能量损失的原因，理解水流阻力（摩擦阻力和压强阻力）的成因，明确影响沿程阻力系数及局部阻力系数的因素，掌握计算水头损失的途径和方法。

4.掌握常见工程水力学问题的分析计算能力，如静水压力的计算、有压管道的水力计算、明渠水流的分析计算等。5.了解相似理论，相似现象的特征条件以及相似原理的应用等。各章节授课内容、教学方法及学时分配建议（含课内实验）第一章绪论建议学时：2[教学目的与要求]1.掌握液体的主要物理性质和研究液体的连续介质模型；2.了解水力学的任务[教学重点与难点][授课方法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。[授课内容]§1-1水力学的任务和发展简史§1-2连续介质假设和水力学的研究方法§1-3液体的主要物理性质§1-4作用在液体上的力§1-5水力学的力学模型第二章水静力学建议学时：8[教学目的与要求]1.了解静水压力特征及液体平衡微分方程；2.掌握重力作用下静水压强分布规律；3.掌握作用于平面、曲面上的静水总压力计算。[教学重点与难点]作用于平面、曲面上的静水总压力计算；加速直线运动与等角速旋转运动中的液体平衡[授课方法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学，课后习题为辅。[授课内容]§2-1水压强定义及其特性§2-2液体平衡的微分方程及其积分§2-3重力作用下静水压强的分布规律§2-4作用在平面上的静水总压力§2-5作用在曲面上的静水总压力水动力学基础建议学时：7[教学目的与要求]1.了解描述液体运动的两种方法和液体运动的基本概念；2.掌握恒定流连续方程，了解恒定总流动量方程。[教学重点与难点]实际液体恒定总流的能量方程式和动量方程式的推导及其应用[授课方法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。[授课内容]§3-1描述液体运动的两种方法§3-2欧拉法的若干基本概念§3-3恒定总流的连续性方程§3-4恒定总流的能量方程§3-5恒定总流的动量方程第四章水头损失建议学时：4[教学目的与要求]1.掌握液体的两种流态现象和判别方法，了解水头损失的概念和分类2.掌握均匀流基本方程和层流运动的特性3.了解紊流及其流速分布特性4.掌握沿程水头损失的经验计算公式－谢才公式，能进行简单情况下谢才公式的应用5.了解局部水头损失及其产生原因[教学重点与难点]层流和紊流的概念及判断；元管中的层流运动及其沿程水头损失的计算公式和方法；谢才公式的应用；局部水头损失的计算。[授课方法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学，课后习题为辅。[授课内容]§4-1水头损失的两种形式§4-2液体运动的两种形态§4-3沿程水头损失计算§4-4局部水头损失第五章有压管路的恒定流动建议学时：8[教学目的与要求]1.了解工程中所常见的管道计算问题2.掌握短管的水力计算3.了解长管的水力计算原理及有压管道非恒定流[教学重点与难点]各种管道的水力计算[授课方法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学，课后习题为辅。[授课内容]§5-1液体经薄壁孔口的恒定出流§5-2液体经管嘴的恒定出流§5-3短管的水力计算§5-4长管的水力计算§5-5离心水泵的水力计算§5-6离心泵的运行工况第六章明渠恒定流建议学时：4[教学目的与要求]1.了解工程中常遇到的明渠水流2.掌握明渠均匀流的定义及形成条件3.掌握一般的明渠均匀流的水力计算[教学重点与难点]水力最佳断面的相关计算，明渠均匀流的形成条件；明渠均匀流的水力计算[授课方法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学，课后习题为辅。[授课内容]§6-1明渠的分类§6-2明渠均匀流的特征§6-3明渠均匀流的基本公式§6-4明渠水力最优断面和允许流速§6-5明渠均匀流水力计算的基本问题第七章堰流建议学时：2[教学目的与要求]1.了解堰的定义，堰在工程中的应用2.了解堰的分类和基本公式[教学重点与难点]薄壁堰、实用堰、宽顶堰的水力计算[授课方法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。[授课内容]§7－1堰流的定义及分类§7－2堰流基本公式§7－3薄壁堰§7－4宽顶堰第八章明渠非均匀流建议学时：7[教学目的与要求]1.掌握断面单位能量，临界水深，临界底坡的概念2.了解明渠水流两种流态定义，互相转换条件及明渠非恒定流的定义3.掌握明渠非均匀流水面线的定性判别[教学重点与难点]两种流态的判别方法，断面比能与临界水深的计算；临界底坡、缓坡、陡坡的判别，临界水深的定义和求解[授课方法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。[授课内容]§8-1明渠水流的三种流态§8-2断面单位能量和临界水深，临界底坡§8-3水跃－急流到缓流的过渡§8-4棱柱体明渠水面曲线微分方程§8-5棱柱体明渠水面曲线形状分析§8-6水面曲线计算理想流体动力学与平面势流建议学时：3学时[教学目的与要求]通过学习能区分流速势和流函数了解其性质，掌握平面势流求解的两种方法：流网法和势流叠加法。[教学重点与难点]势流叠加[授课方法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。[授课内容]§9-1速度势函数§9-2流函数§9-3几种简单的平面势流§9-4势流叠加原理§9-5几个常见的势流叠加的例子有压管道中的非恒定流建议学时：5学时[教学目的与要求]使学生理解有压管道中的水击现象和水击传播过程，能进行水击分类和直接水击压强计算。使学生了解预防水击的措施。[教学重点与难点]有压管道中的水击现象和水击传播过程，能进行水击分类和直接水击压强计算；预防水击的措施.[授课方法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。[授课内容]§10-1概述§10-2水击现象及其分类§10-3直接水击压强的计算与水击波速§10-4一维非恒定流的基本方程§10-5水击的基本方程§10-6水击计算的解析法§10-7水击危害的防止§10-8调压井的水力现象及其基本方程液体运动的三维理论建议学时：1学时[教学目的与要求]1.使学生了解液体运动的基本形式2.使学生理解连续性微分方程[教学重点与难点]线变形率、角变形率和旋转角速度的概念;液体微团的运动分解。[授课方法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。[授课内容]§11.1液体的运动基本形式§11.2势流、无涡流和速度环量§11.3实际液体的运动微分方程§11.4液体运动微分方程的积分§11.5实际运动液体紊流的时均运动微分方程泄水建筑物下游水流衔接与消能建议学时：1学时[教学目的与要求]1.了解底流式、挑流式、面流式及戽流式消能的水力特征2.掌握底流式消能和挑流式消能的水力计算。[教学重点与难点][授课方法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。[授课内容]§12.1底流衔接与消能§12.2挑流消能§12.3面流消能与戽流消能§12.4泄洪消能的新近展第十三章因次分析和模型实验建议学时：4学时[教学目的与要求]1.了解相似准则概念及水力相似基本原理2.了解相似原理在水力学模型中的应用[教学重点与难点]量纲分析方法与量纲和谐原理，各种相似原理的应用[授课方法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。[授课内容]§13-1量纲分析§13-2流动相似§13-3相似准则§13-4近似模拟试验实验建议学时：12[教学目的与要求]在本课程的教学中,实验是必不可少的教学环节,是帮助学生理解并掌握水力学中的基本方程,基本原理的重要手段,也是实现理论与实际相结合的桥梁。[教学重点与难点]掌握各个实验的方法及操作步骤,整理实验数据。[授课方法]实验教学。[授课内容]一、静压测量(2学时)1．实验内容：测压管的工程应用、求解测量液体的密度、等压面的验证。2．实验要求：掌握测压管的应用，掌握利用测压管求压强和密度的方法。二、雷诺实验(2学时)1．实验内容：观察液体运动的两种流态——层流和紊流现象，加深对基本特征的认识2．实验要求：观察液体运动的两种流态：测定临界雷诺数。三、能量方程实验(2学时)1．实验内容：验证能量方程、分析各种能头的转化、绘制测压管水头线及总水头线2．实验要求：掌握各种能头的测定，掌握测压管水头线及总水头线的绘制方法。四、离心泵性能曲线测定(2学时)1．实验内容：测定离心泵的流量和扬程，绘制Q—H曲线2．实验要求：掌握分析离心泵性能的能力。五、