水力学课程教学大纲

水力学课程教学大纲课程编号：14课程名称：水力学（Hydraulics）

学分：4.5学时：72

教学对象：水利水电工程、农业水利工程、设施农业科学与工程、港口与航道工程、水文水资源工程、环境工程、给水排水工程本科

先修课程：高等数学、大学物理、理论力学

课程性质、作用、教学目标

水力学是水利类各专业的一门主要技术基础课。通过本课程的学习，使学生掌握液体运动的一般规律和有关的基本概念与基本理论，学会必要的分析计算方法和一定的实验技术，为专业课的学习、解决工程中水力学问题、获取新知识和进行科学研究打下必要的基础。

加强学生能力的培养。教学中要注意处理好掌握知识和培养能力两者之间的辨证关系。建议从以下几方面加强对学生能力的培养：

课堂教学应贯彻启发式，互动式。着重讲清基本概念、基本理论、分析问题的思路和方法，并配以适当讨论，逐步培养学生具有分析问题和解决问题的能力。

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。精选具有一定数量的习题，建议不少于120题。充分利用现代化的教学手段，如多媒体课件、网络课件等进行教学。为学生创造应用计算机进行水力学问题计算的条件，以培养学生使用现代计算工具解决问题的能力。本课程教学内容和基本要求

（一）教学内容

1．水力学的基本理论

主要内容包括：

水力学的定义和任务，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。

2．水力学的应用

主要内容包括：

有压管道水流，明渠恒定均匀流，明渠恒定非均匀流，堰流与闸孔出流，泄水建筑物下游的水流衔接和消能，渗流，水力模型试验基本原理

（二）学生学习本课程应达到的基本要求

1．有一定的理论基础

主要包括：

（1）正确区分流动类型，流动形态和局部流动现象，并了解它们的联系，明确发生这些现象的场合及相互转化的条件。如：恒定流和非恒定流，均匀流和非均匀流，渐变流和急变流，一元流，二元流和三元流，层流和紊流，有旋运动与无旋运动，急流，缓流和临界流，水跃和水跌等。

（2）正确理解水力学中的一些基本概念及其物理意义。如：液体质点，连续介质，粘滞性，牛顿流体与非牛顿流体；等压面，绝对压强，相对压强，真空度，水头；欧拉法与拉格朗日法，欧拉法质点的加速度，流线，迹线，元流，总流，过水断面，流量，断面平均流速，湿周，水力半径，动能校正系数，动量校正系数；弗劳德数，雷诺数；瞬时值，时均值和脉动值，混掺长度，紊流附加切应力，边界层，粘性底层，水力光滑和水力粗糙，糙率；线变形，角变形，旋转角速度，流函数和势函数，流网；正常水深，临界水深，比能，临界底坡；流速系数，收缩系数，流量系数，淹没系数等。

(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)正确掌握水流运动的总流分析法，对恒定总流的连续方程，能量方程，动量方程的物理意义有正确理解，会在具体流动条件下联合运用三个方程求解问题。

（5）正确运用三元运动的基本理论求解平面势流问题。

2.对水利工程中的一般水力学问题，具有正确进行分析和计算的能力。包括：

(1)水力荷载的确定。能计算平面和曲面上的静水压力，会应用动量方程求动水对边壁的总作用力。

(2)过流能力的确定。会计算管道、明渠和堰闸的泄流量和相关的建筑物尺寸。

(3)各种水头损失的分析和计算。

(4)常见工程水力学问题的综合分析计算能力，如管道系统的水力计算，明渠水面线的分析计算等。

3.掌握量测水位、流量、流速、压强的常规方法和操作技能。了解现代量测技术。具有观察水流现象，分析、处理实验数据和编写报告的能力。

多媒体教学手段运用的内容、要求及占用学时

多媒体教学手段的运用可以大大提高讲课效率并可丰富讲课内容。所以本课程要求利用多媒体授课。多媒体的内容含盖整个教材内容。要求上课教室必须配备必要的多媒体设备。用多媒体授课所占用的学时约占总学时的30％左右。

教材及参考书

教材采用河海大学出版社出版由李家星赵振兴主编的《水力学》教材，参考书可选用高等教育出版社出版的由吴持恭主编的《水力学》教材。

考核方式

考核方式一般采用笔试，但可选用闭卷或半开卷的方式。

教学大纲说明

1.本基本要求的教学内容只包括多学时水力学课程的最基本部分。

2.本课程要用到较多的数学、物理、力学知识，因此要注意处理好本课程与相关课程之间的衔接。

3.水力学是一门技术基础课，应当理论联系实际。但应以分析水流现象，揭示水流规律，加强水力学的基本概念、基本原理的理解为主，而不宜过分强调专业需要，以致削弱水力学的理论基础。水力学实验课程教学大纲课程编号：14课程名称：水力学实验（Hydraulicexperiment）教学对象：水利水电工程、农业水利工程、设施农业科学与工程、港口与航道工程、水文水资源工程、环境工程、市政工程、工程力学本科教材或实验指导书名称：水力学实验学时：24学分：1实验的地位、作用和目的：现代水力学的研究是建立在实验、计算两大支柱基础上。由于实际的水流现象非常复杂，因此通过水力学试验是揭示水流运动规律的一种重要手段。可以帮助学生加深对所学理论的理解。更好的用所学理论解决生产实际中的问题。实验内容简介与基本要求：水力学实验内容主要包括测试类，及演示类两大系列二十多个实验种类。其中测试类的内容有：静水点压强规律实验、静水面压力实验、能量转化及动水压力实验、动量实验、局部水头损失实验、沿程水头损失实验、雷诺实验、管道测流量实验、毕托管、流速仪测速实验、水电比拟实验、堰流实验、孔口与管嘴实验。演示类的内容有：流动演示、水锤扬水机实验、势流叠加实验、紊流脉动实验、水面曲线演示实验、层紊流演示实验、水跃演示实验、强迫涡演示实验、强迫涡与自由涡组合实验、空化空蚀演示实验。通过水力学实验可达到下述教学基本要求：（一）观察水流在静止和机械运动的现象，增强感性认识，提高理论分析的能力。（二）通过实验了解水流运动时的一些规律，以巩固理论知识的学习。（三）学会量测水力要素和使用基本仪器的方法，掌握一定的实验技能，并了解现代量测技术。（四）培养分析实验数据，整理实验成果和编写实验报告的能力。（五）培养严谨踏实的科学作风和融洽合作的共事态度以及爱护国家财产的良好风尚。设备及器材配置：（一）教学实验设备与仪器一般情况下，每种演示类实验设备可设1~2套；每种量测类实验设备设4~8套，可达二人一套，以便于每人动手做实验。（二）水流循环系统为实验设备提供恒定水头条件下的水源，以便获得稳定的实验条件与可靠的实验数据。（主要用于明渠中的部分实验）一般为节省水源，多设计成循环系统，包括蓄水池、水泵机组、平水箱、供水管路、回水渠道等。多用自来水或天然水源。（三）量测仪器及率定设备量测水力要素如水位、流速、压强与流量的仪器，一般配置4~8套（主要是指在4条自循环水槽中使用）。（四）必要的维修与加工机具与设备考核方式：由于水力学实验是单独设课，考核方式采用两种方式并存的形式；一是由任课教师考核学生平时的实验准备、实验操作以及实验报告的编写等情况，应作好记载。二是在课程学完后，采用口试的办法，对学生整个课程的学习进行考核。两者分数所占比例是平时占30%，口试占70%。实验项目与内容提要：操作类实验项目序号实验项目名称内容提要实验时数每组人数1静水点压强规律实验加深对水静力学基本方程物理意义的理解；建立液体表面压强的概念；观察真空现象；利用U形管测量液体密度。222静水面压力实验测定矩形平面上的静水总压力，加深对静水压力理论的理解。223能量转化与动水压力实验了解恒定流时管道水流所具有的位能、压能、和动能以及液体流动时能量转化规律；测量急变流、渐变流、均匀流过水断面压强分布；绘制测压管水头线和总水头线。224动量实验测定射流作用力，理解与动量变化之间的关系；加深理解动量方程各项物理意义。225局部水头损失实验测定管道各种边界变化时的局部水头损失系数；观察管径突然扩大时以及其它各种边界变化时的测压管水头线变化情况。226沿程水头损失实验测定管道的沿程水头损失系数；并测定不同的相对粗糙度时雷诺数与沿程水头损失系数的关系。227雷诺实验测定水流的雷诺数；判别层流紊流的流态；测定水头损失与断面平均流速的关系。228管道测流量实验测定文丘里流量计和孔板流量计的流量系数；绘制文丘里流量计压差与流量的关系曲线。229明渠测速实验了解毕托管的基本原理和构造；掌握毕托管测量点流速的方法；掌握光电流速仪测速方法；了解激光测速；ADV测速等现代测速方法。2210堰流实验观察薄壁堰、实用堰、宽顶堰的水流现象及特征；测定各种堰的流量系数；观察堰的淹没出流情况。2211渗流的水电比拟实验用水电比拟法测定并绘制有压渗流流网；利用流网计算渗流单宽流量、渗流速度、单宽压力。2212孔口、管嘴出流实验观察孔口管嘴自由出流的水力现象；测定孔口管嘴出流时断面收缩系数、流速系数、流量系数、局部损失系数；测定圆柱形管嘴真空值。22续表：演示类实验项目13空化与空蚀实验观察发生空化时的水流现象14水锤扬水机了解水击产生的基本原理，观察水击波传播现象，理解调压井对水击压强的调节作用，把水击原理加以利用。15流动演示仪观察流体在边界发生改变时的流动现象以及物体放在流场中的绕流现象；加深对流线的理解。16势流叠加实验观察液体做平行流动的迹线和流线；观察各种简单势流源、汇、平行