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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100~116学时水文97~112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2(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)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(1)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；(2)造成水头损失的原因及影响因素；4．有压管道恒定流(1)短管和长管水力计算和水头线绘制是重点。(2)复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(1)水击过程、管道非恒定流的基本方程是重点；(2)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；3(2)迭代法进行溢流坝下游收缩断面水深计算；(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)土坝渗流可以简提，不必详细讲解。4．量纲分析和相似原理(1)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(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(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λ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λ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；(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，水击连锁方程及其应用；（4）调压井水面振荡简介。8、明渠恒定水流（1）明渠恒定均匀流①明渠类型；②②明渠均匀流的特性及产生的条件；③明渠均匀流计算公式；④水力最佳断面和允许流速；⑤明渠均匀流水力计算类型；⑥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5①明渠水流的三种流态及判别，佛汝德数的物理意义；②断面比能及比能曲线的特性；③临界水深计算及实例；④缓坡、陡坡和临界坡度；⑤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；⑥棱柱体渠道恒定渐变流水面曲线的分析；⑦棱柱体及非棱柱体渠道水面曲线计算：逐段试算法；⑧恒定非均匀流流量和糙率计算；⑨河道水面曲线的计算：试算法和图解法。（3）水跃①棱柱体水平明渠水跃方程；②水平明渠水跃共轭水深的计算；③水跃方程的实验验证；④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；Δ(2)挑流式消能的水力计算：Δ(3)面流消能及消能戽消能水流特性简介。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；6(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：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Δ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、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130~200题，针对具体情况，可以布置必作题和选作题，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。7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4~68.明渠恒定水流20~322.水静力学15~229.明渠非恒定流1~23.水动力学基础18~3010.堰流和闸孔出流10~154.量纲分析和相似原理4~611.泄水建筑物下游水流衔接和消能5~85.液流型态和水头损失14~2012.液体运动的流场理论14~206.恒定有压管流10~1513.恒定平面势流4~67.非恒定有压管流5~814.渗流6~10习题数总计130~200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2~4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20~25学时。2.实验内容（1）操作实验①静水压强测定；②能量方程的验证；③文丘里管流量系数测定；8④动量方程实验验证；⑤管流沿程阻力实验；⑥管流局部阻力实验；⑦明渠断面流速分布测定；⑧薄壁堰流量系数的测定；⑨渗流的电拟法实验。(2)演示实验①流线演示；②超声波（或激光）测流速表演；③雷诺实验；④水面曲线演示实验；⑤水跃及建筑物下游水流衔接现象的观测；⑥边界层现象观测。(三)学时分配水工（农水等）讲课（包括习题课）100~116学时水文讲课97~112学时习题课可纳入讲课中不单独进行。表2各专业各章学时分配表专业内容水工、农水水文习题课1．绪论332．水静力学773．水动力学基础10~1210~1224．量纲分析和相拟原理615．液流型态和水头损失10~1210~126．恒定有压管流447．非恒定有压管流8~108．明渠恒定流17~2017~20299．明渠非恒定流10~12210．堰流和闸孔出流7~87~811．泄水建筑物下游水流衔接和消能6~84~50~212．液体运动的流场理论8~108~1013．恒定平面势流2214．渗流6~86~8总计94~11089~1046~8四．课程的基本要求及教材(一)课程的基本要求学生完成课程后，达到的基本要求是：1.具有一定的理论基础（1）正确区分流动类型、流动形态和局部流动现象、了解它们的联系，明确产生