石大水力学课程教学大纲（农业水利工程专业）

水力学课程教学大纲课程名称：水力学Hydraulics课程编码：Z106001总学时/总学分：72/4.5理论学时/理论学分：64/4实验学时/实验学分：8/0.5适用专业：农业水利工程开课单位：水利建筑工程学院一、课程性质及目的1、课程性质：本课程是农业水利工程专业的专业基础必修课。2、课程目的：通过各个教学环节，使学生了解水力学的一般研究方法和实验的基础知识，掌握以水为代表的液体运动的一般规律和有关基本概念、基本理论，重点掌握水静力学、水动力学等知识的理论分析与计算方法和一定的实验技术，并适当介绍水力学方面的新成果及其研究方法，为学习专业课程，从事专业技术工作，获取新知识及进行科学研究打下必要的基础，培养和提高学生分析管道水流现象及解决水力学实际问题的能力。二、课程内容及要求第一章绪论3学时教学内容：水力学的任务和发展概况；液体的主要物理性质及作用于液体上的力；液体的基本特征和连续介质的概念；水力学的研究方法。教学要求：本章要求学生了解；理解液体的主要物理性质及作用于液体上的力；掌握液体的粘性定义，反映粘性大小的两个系数，牛顿内摩擦定律及其适用条件。重点：液体的主要物理性质及作用于液体上的力；牛顿内摩擦定律。难点：牛顿内摩擦定律及其适用条件。第二章水静力学8学时教学内容：静水压强及其特性；液体的平衡微分方程式；重力和几种质量力同时作用下的液体平衡；压强的表示方法及度量；作用于平面上和曲面上的静水总压力。教学要求：本章要求学生了解静水压强的测量仪表和测量方法；理解静水压强的定义及特性，建立静水压强基本方程的推导过程；掌握静水压强的计算方法、等压面的概念、静水压强分布规律及其几何意义与能量意义、静止液体对平面和曲面固体边界的静水总压力的计算。重点：静水压强的特性；压强的计算方法；作用于平面上和曲面上静水总压力的计算。难点：作用于平面上和曲面上静水总压力的计算。第三章水动力学基础10学时教学内容：描述液体运动的两种方法；液体运动的基本概念；恒定总流的连续性方程、能量方程和能量方程及其应用。教学要求：本章要求学生了解描述液体运动两种方法的特点；理解水头线、水力坡度与水头损失的概念和关系；掌握液体运动的基本概念、分类和特征（包括恒定流与非恒定流、均匀流与非均匀流，渐变流和急变流，流线、过水断面和断面平均流速等），恒定总流的连续性方程、能量方程和动量方程的形式、应用条件和注意事项以及实际应用计算。重点：恒定总流的连续性方程、能量方程和动量方程的形式、应用条件和注意事项以及实际应用计算。难点：恒定总流的连续性方程、能量方程和动量方程的实际应用计算。第四章液流型态及水头损失6学时教学内容：水头损失的分类及水流边界对水头损失的影响；液流的两种流动形态；均匀流沿程水头损失与切应力的关系；圆管中的层流运动及其沿程水头损失的计算；紊流的形成过程及特征；沿程阻力系数的变化规律；沿程水头损失计算公式；局部水头损失。教学要求：本章要求学生了解均匀流水头损失的特点，紊流的成因和特征；理解水头损失的分类和产生的原因，雷诺实验和雷诺数的物理意义，圆管均匀层流运动的流速分布，紊流光滑区、粗糙区和过渡区的概念，尼古拉兹实验中水头损失系数的变化规律；掌握液体运动两种形态的特征和判别方法，达西公式与沿程水头损失的计算方法，谢才公式与谢才系数的确定方法，局部水头损失的计算方法。重点：雷诺试验；紊流的特征；达西公式与沿程水头损失的计算方法；谢才公式；满宁公式；局部水头损失的计算。难点：圆管均匀层流运动的流速分布；尼古拉兹实验中水头损失系数的变化规律；沿程水头损失系数的计算。第五章有压管道中的恒定流6学时教学内容：简单管道水力计算的基本公式；简单管道、短管水力计算的类型及实例；长管水力计算；串联、分叉和并联管道水力计算；沿程均匀泄流管道水力计算；管网水力计算。教学要求：本章要求学生了解串联管路、并联管路等复杂管道的计算原理和方法；理解管流的基本特点；掌握短管和长管的水力计算，总水头线和测压管水头线的绘制，虹吸管、倒虹吸、水泵装置等简单管道的水力计算。重点：简单管道水力计算的基本公式；虹吸管、倒虹吸、水泵装置等简单管道的水力计算；长管水力计算的基本公式。难点：总水头线和测压管水头线的绘制；串联、分叉和并联管道水力计算；管网水力计算。第六章明渠恒定均匀流6学时教学内容：明渠均匀流的特性及其产生条件；明渠均匀流计算公式；水力最佳断面与实用经济断面；明渠均匀流水力计算中的粗糙系数与允许流速；明渠均匀流水力计算；粗糙度不同的明渠及复式断面明渠的水力计算；U型与圆形断面渠道正常水深的迭代计算。教学要求：本章要求学生了解明渠均匀流的特点、力学实质及其形成条件，明渠断面的不同形式及其几何要素的概念；理解明渠糙率、水力最佳断面和允许流速的概念和确定方法；掌握梯形断面面积、湿周和水力半径的计算，明渠均匀流水力计算和人工渠道的设计计算。重点：明渠均匀流的特点、力学实质及其形成条件；水力最佳断面的概念和确定方法；梯形明渠均匀流水力计算。难点：渠道的水力计算。第七章明渠恒定非均匀流8学时教学内容：明渠水流的流态及判别；临界底坡、缓坡与陡坡；明渠水流两种流态的转换——水跃与水跌；明渠恒定非均匀渐变流的微分方程式；棱柱体明渠中恒定非均匀渐变流水面曲线分析；明渠恒定非均匀渐变流水面曲线的计算——逐段试算法；临界水深的迭代计算。教学要求：本章要求学生了解水跌水跃现象，棱柱体渠道水面曲线变化规律，弯管水流的特点；理解明渠水流存在的三种流态，断面比能、临界水深临界底坡的概念；掌握明渠水流流态的判别方法，梯形渠道临界水深的计算方法，水跃共轭水深的计算方法，棱柱体渠道水面线定性分析和定量计算的方法。重点：断面比能、临界水深临界底坡的概念；明渠水流流态的判别方法；梯形渠道临界水深的计算方法；矩形渠道水跃共轭水深的计算方法；棱柱体渠道水面线定性分析。难点：棱柱体渠道水面线定性分析和定量计算的方法。第八章堰流、闸孔出流和桥、涵过流的水力计算6学时教学内容：堰流的分类及水力计算基本公式；薄壁堰流的水力计算；实用堰流的水力计算；宽顶堰流的水力计算；闸孔出流的水力计算；桥孔及涵洞过流的水力计算。教学要求：本章要求学生了解堰流与闸孔出流的区别和联系，闸孔出流的规律及其影响因素；理解堰流的分类和各类堰流的过流特点、淹没条件；掌握堰流和闸孔出流的判别，堰流和闸孔出流水力计算的原理和方法。重点：堰流和闸孔出流的判别；堰流和闸孔出流水力计算的原理和方法。难点：堰流和闸孔出流的水力计算；桥孔及涵洞过流的水力计算。第九章泄水建筑物下游的水流衔接与消能6学时教学内容：泄水建筑物下游水流的衔接形式与消能方式；收缩断面水深的计算；底流型衔接与消能；挑流型衔接与消能；面流及戽流流态。教学要求：本章要求学生了解消力池的水力设计方法，泄水建筑物下游的水流特点和形式；理解常用的消能方式，以及收缩断面水深的计算；掌握底流型消能方式的设计计算原理、方法、步骤，各种消力池几何参数的计算方法。重点：底流型消能方式的设计计算原理、方法、步骤，各种消力池几何参数的计算方法。难点：消力池各个参数的计算。第十三章渗流6学时教学内容：渗流的基本概念；渗流的基本定律——达西定律；恒定均匀渗流和非均匀渐变渗流；井的渗流；土坝渗流；渗流运动的基本微分方程。教学要求：本章要求学生了解非均匀渐变流的公式和浸润线的分析与计算，渗透系数的确定方法；理解渗流模型的内容和应遵守的原则；掌握渗流达西定律及其适用范围。重点：渗流达西定律及其适用范围；浸润线的分析与计算。难点：浸润线的分析与计算。三、参考教材使用教材：《水力学》，吕宏兴裴国霞杨玲霞主编，中国农业出版社，2005年主要参考书：1、《水力学》（上、下册），高速水力学国家重点实验室（四川大学）编，吴持恭主编，高等教育出版社，2006年2、《水力学》，陈海迟郝和平主编，中国水利水电出版社，2008年3、《水力学学习指导与习题详解》，裴国霞主编，机械工业出版社，2009年4、《水力学习题详解》，莫乃榕主编，华中科技大学出版社，2007年四、学习要求由于本课程是一门理论性、综合性很强的专业基础课，要求学生在学习的过程中对前期所学工程力学相关专业基础知识进行复习，同时要求学生认真完成大量的课后习题，结合水力学网络课件和精品课程等电子资源进行课前预习和自学。五、成绩评定方式本门课程成绩采用百分制计分，笔试，闭卷成绩构成：平时成绩15%，实验成绩15%，笔试70%平时成绩构成及要求：1、考勤5%2、平时作业10% 《水力学》参考书目序号名称编者出版单位时间1水力学(上、下册)清华大学水力学教研组编人民教育出版社19802水力学(上、下册)华东水力学院编科学出版社19843水力学(上、下册)成都科技大学水力学教研室编吴持恭主编高等教育出版社20024水力学浙江水利水电专科学校郑文康东北水利水电专科学校刘翰湘水利电力出版社19945水力学许荫椿、胡得保、薛朝阳主编科学出版社19906水力学[日]椿东—一郎著，徐正凡译高等教育出版社19867水力学同济大学周善生主编人民教育出版社19818弯道水力学张红武、吕昕著水利电力出版社1993．129计算水力学周雪漪著清华大学出版社1995．910计算水动力学郑邦民、赵昕著武汉大学出版社2001．811河道水力学许念曾著中国建材工业出版社1999．312明槽急变流-理论和在水工中的应用余常昭著清华大学出版社1999．1113瞬变流[美]E.B.怀利V.L.斯特里特水利电力出版社1983．214流体动力学引论G.K.巴切勒著科学技术出版社1997．1115工程流体力学（水力学）闻德荪主编高等教育出版社1994．816一维非定常流体力学周毓麟著科学出版社1998．617环境流体力学导论余常昭著清华大学出版社1992．1018二维非定常流体力学数值方法李德元、徐国荣、等著科学出版社1998．919湍流两相流动与燃烧的数值模拟周力行著清华大学出版社1991．820流体动力学的有限元分析[美]T.J.chung著1980．1121明渠挟沙水流运动的力学和统计规律胡春宏、惠遇甲科学出版社1995．522固液两相流基本理论及其最新应用倪晋仁、张红武、王