水力學(xué)課程教學(xué)大綱

1、水力學(xué)課程教學(xué)大綱課程名稱：水力學(xué)（Hydraulics）課程類型：專業(yè)基礎(chǔ)課；范圍選修課學(xué) 時(shí)：72學(xué)時(shí)，4.5學(xué)分適用對(duì)象：水利水電工程、農(nóng)業(yè)水利工程、給水排水工程本科先修課程：高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、理論力學(xué)一、課程性質(zhì)、目的與任務(wù)以及對(duì)先開(kāi)課程要求水力學(xué)是水利類各專業(yè)必修的一門(mén)主要專業(yè)基礎(chǔ)課。水力學(xué)的任務(wù)是研究液 體（主要是水）的平衡和機(jī)械運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及其實(shí)際應(yīng)用。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使 學(xué)生掌握水流運(yùn)動(dòng)的基本概念、基本理論與分析方法，理解不同水流的特點(diǎn)，學(xué) 會(huì)常見(jiàn)水利工程中的水力計(jì)算，并具備初步的試驗(yàn)量測(cè)技能，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和 專業(yè)技術(shù)工作打下基礎(chǔ)。二、教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)本課程教學(xué)重點(diǎn)：水靜力學(xué)

2、，水動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)，流動(dòng)阻力與水頭損失，有 壓管路，明渠均勻流，明渠非均勻流。難點(diǎn)：液體的相對(duì)平衡，作用在平面、曲面上的力，實(shí)際液體的運(yùn)動(dòng)微分方 程，恒定總流伯諾里方程，恒定總流動(dòng)量方程，紊流沿程損失的分析與計(jì)算，復(fù) 雜長(zhǎng)管的水力計(jì)算，管網(wǎng)的水力計(jì)算，無(wú)壓圓管均勻流水力計(jì)算，斷面單位能量、 臨界水深，恒定明渠流動(dòng)的流動(dòng)型態(tài)及判別標(biāo)準(zhǔn)，明渠非均勻漸變流微分方程， 棱柱體渠道非均勻漸變流水面曲線的計(jì)算。三、與其它課程的關(guān)系學(xué)習(xí)本課程應(yīng)具備高等數(shù)學(xué)中有關(guān)微分、 積分、簡(jiǎn)單微分方程等高等數(shù)學(xué)基 礎(chǔ)；還應(yīng)具備理論力學(xué)、材料力學(xué)中有關(guān)靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、應(yīng)力與應(yīng)變、面積矩 等方面的工程力學(xué)基礎(chǔ)。后續(xù)課程為水資

3、源管理、水工建筑物、水利工程施工與 水電站。四、教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時(shí)分配及基本要求第一章緒論（2 學(xué)時(shí)）基本要求：了解液體運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律及研究液體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一般方法，掌握液體的主要物理性質(zhì)。重點(diǎn)：.液體的主要物理性質(zhì)難點(diǎn)：液體粘性產(chǎn)生原因及作用第一節(jié)水力學(xué)的任務(wù)及其發(fā)展概況1、水力學(xué)的任務(wù)2、水力學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史第二節(jié)液體的主要物理性質(zhì)及其作用在液體上的力1、液體的質(zhì)量和密度2、液體的重量和容重3、液體的粘滯性4、液體的壓縮性5、液體的表面張力6、作用于液體上的力第三節(jié)液體的基本特征和連續(xù)介質(zhì)1、液體的基本特征2、連續(xù)介質(zhì)假設(shè)3、理想液體的概念第四節(jié)水力學(xué)的研究方法1、科學(xué)試驗(yàn)2、理論分析3、數(shù)值計(jì)算第二

4、章 水靜力學(xué)（8 學(xué)時(shí)）基本要求：掌握靜水壓強(qiáng)的特性，壓強(qiáng)的表示方法及計(jì)量單位，掌握液體平衡微 分方程與水靜力學(xué)的基本方程，掌握液柱式測(cè)壓儀的基本原理，能熟練計(jì)算作用 在平面、曲面上的靜水總壓力。理解潛浮體的平衡與穩(wěn)定。重點(diǎn)：靜水壓強(qiáng)的特性，液體平衡微分方程，水靜力學(xué)的基本方程，絕對(duì)壓強(qiáng)、相對(duì)壓強(qiáng)、真空度，測(cè)量壓強(qiáng)的儀器，靜水壓強(qiáng)分布圖。難點(diǎn)：液體的相對(duì)平衡，作用在平面、曲面上的力。第一節(jié)靜水壓強(qiáng)及其特性1、靜水壓強(qiáng)2、靜水壓強(qiáng)的特性第二節(jié)液體的平衡微分方程式1、液體平衡微分方程式2、力勢(shì)函數(shù)和平衡微分方程式的積分3、等壓面第三節(jié)重力和幾種質(zhì)量力同時(shí)作用下的液體平衡1、力作用下靜水壓強(qiáng)的基本公

5、式2、種質(zhì)量力同時(shí)作用下的液體平衡第四節(jié) 壓強(qiáng)的表示方法及度量1、絕對(duì)壓強(qiáng)、相對(duì)壓強(qiáng)、真空及真空度2、壓強(qiáng)的表示方法3、水頭和單位勢(shì)能4、壓強(qiáng)的量測(cè)第五節(jié)作用于平面上的靜水總壓力1、靜水壓強(qiáng)分布圖與作用于矩形平面上的靜水總壓力2、用分析法求任意平面上的靜水總壓力第六節(jié) 作用于曲面上的靜水總壓力第三章 水動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) （8 學(xué)時(shí)）基本要求：理解液體運(yùn)動(dòng)的兩種方法 一拉格朗日法和歐拉法，了解液體微團(tuán)運(yùn)動(dòng) 的基本形式，牢固掌握恒定總流連續(xù)性方程、連續(xù)性微分方程、理想液體元流的 能量方程與實(shí)際液體總流的能量方程、恒定總流動(dòng)量方程。掌握量綱分析法。重點(diǎn)：實(shí)際液體的運(yùn)動(dòng)微分方程，恒定總流伯諾里方程，恒定總流

6、動(dòng)量方程，量 綱和諧原理。難點(diǎn)：實(shí)際液體的運(yùn)動(dòng)微分方程，恒定總流伯諾里方程，恒定總流動(dòng)量方程，恒 定平面勢(shì)流。第一節(jié) 描述液體運(yùn)動(dòng)的兩種方法1、拉格朗日法2、歐拉法第二節(jié)液體運(yùn)動(dòng)的基本概念1、恒定流與非恒定流2、跡線與流線3、流管、元流、總流4、過(guò)水?dāng)嗝妗⒘髁?、斷面平均流?、一維流、二維流、三維流6、均勻流和非均勻流、漸變流和急變流第三節(jié)恒定總流的連續(xù)性方程第四節(jié) 恒定元流的能量方程1、理想液體元流的能量方程2、理想液體元流能量方程的意義3、畢托管測(cè)流速原理4、實(shí)際液體元流的能量方程第五節(jié) 恒定總流的能量方程1、恒定總流的能量方程2、能量方程的幾何圖示一一水頭線第六節(jié)能量方程的應(yīng)用1、能量方

7、程的應(yīng)用條件及注意事項(xiàng)2、能量方程應(yīng)用舉例第七節(jié)恒定總流的動(dòng)量方程1、恒定總流的動(dòng)量方程2、動(dòng)量方程應(yīng)用3、恒定總流的動(dòng)量矩方程第八節(jié)量綱分析簡(jiǎn)介1、量綱分析法基本概念2、量綱分析法及其應(yīng)用第四章 液流形態(tài)及水頭損失（8 學(xué)時(shí)）基本要求：理解實(shí)際液體的兩種流動(dòng)型態(tài) 一層流與紊流，掌握均勻流的基本方程、圓管層流與紊流沿程阻力及沿程水頭損失的計(jì)算方法，掌握局部阻力及局部損失 的分析與計(jì)算。了解紊流的基本理論及邊界層概念與繞流阻力。重點(diǎn)：流動(dòng)阻力與水頭損失的概念與產(chǎn)生原因， 實(shí)際液體的兩種流動(dòng)型態(tài) 一層流 與紊流，均勻流的基本方程、圓管層流與紊流沿程阻力及沿程水頭損失的計(jì)算方 法，局部阻力及局部損失

8、的分析與計(jì)算。難點(diǎn)：沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律第一節(jié) 水頭損失的分類及水流邊界對(duì)水頭損失的影響 第二節(jié)液流的兩種流動(dòng)形態(tài)1、雷諾實(shí)驗(yàn)2、沿程水頭損失 hf 和平均流速 v的關(guān)系3、流態(tài)的判別一$諾數(shù)第三節(jié)均勻流沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系1、液體均勻流的沿程水頭損失2、切應(yīng)力與沿程水頭損失的關(guān)系3、切應(yīng)力的分布第四節(jié) 圓管中的層流運(yùn)動(dòng)及其沿程水頭損失的計(jì)算1、流速分布2、流量3、斷面平均流速4、沿程水頭損失5、動(dòng)能修正系數(shù)和動(dòng)量修正系數(shù)第五節(jié)紊流的形成過(guò)程及特征1、紊流形成過(guò)程2、紊流運(yùn)動(dòng)要素的脈動(dòng)和時(shí)均化3、紊流產(chǎn)生附加切應(yīng)力4、紊流中存在黏性底層5、紊動(dòng)使流速分布均勻化第六節(jié)沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)

9、律1、尼古拉茲實(shí)驗(yàn)2、沿程阻力系數(shù)的半經(jīng)驗(yàn)公式3、沿程阻力系數(shù)的試驗(yàn)曲線第七節(jié)沿程水頭損失計(jì)算公式1、沿程水頭損失的一般公式達(dá)西-威斯巴赫公式2、哈森威廉斯公式3、謝才公式第八節(jié)局部水頭損失第五章有壓管道中的恒定流（4 學(xué)時(shí)）基本要求：能熟練進(jìn)行短管、簡(jiǎn)單長(zhǎng)管、申聯(lián)并聯(lián)長(zhǎng)管、沿程泄流、枝狀管網(wǎng)的 水力計(jì)算。重點(diǎn)：短管的水力計(jì)算，簡(jiǎn)單長(zhǎng)管的水力計(jì)算。難點(diǎn)：復(fù)雜長(zhǎng)管的水力計(jì)算，管網(wǎng)的水力計(jì)算。第一節(jié)簡(jiǎn)單管道水力計(jì)算的基本公式1、單管道自由出流2、簡(jiǎn)單管道淹沒(méi)出流3、測(cè)壓管水頭線的繪制第二節(jié)簡(jiǎn)單管道、短管水力計(jì)算的類型及實(shí)例1、力計(jì)算的任務(wù)2、水力計(jì)算實(shí)例第三節(jié)長(zhǎng)管水力計(jì)算第四節(jié) 申聯(lián)、分義和并聯(lián)管

10、道水力計(jì)算1、申聯(lián)管道2、分義管道3、并聯(lián)管道第五節(jié)沿程均勻泄流管道水力計(jì)算1、沿程均勻泄流管道流量與管長(zhǎng)的關(guān)系2、沿程水頭損失的逐段計(jì)算法3、沿程水頭損失的多口系數(shù)法4、沿程均勻泄流管道的壓力分布第六章 明渠恒定均勻流（6 學(xué)時(shí)）基本要求：理解水力最優(yōu)斷面及允許流速的基本概念， 熟練地進(jìn)行明渠均勻流各 類問(wèn)題的水力計(jì)算方法及復(fù)式斷面、無(wú)壓圓管的水力計(jì)算。重點(diǎn)：明渠均勻流的計(jì)算，水力最優(yōu)斷面及允許流速，明渠均勻流水力計(jì)算的基 本問(wèn)題，無(wú)壓圓管均勻流水力計(jì)算，復(fù)式斷面明渠均勻流水力計(jì)算。難點(diǎn)：無(wú)壓圓管均勻流水力計(jì)算，復(fù)式斷面明渠均勻流水力計(jì)算。第一節(jié)概述1、明渠水流2、渠道的形式3、渠道的底坡第

11、二節(jié)明渠均勻流特性及其產(chǎn)生條件1、明渠均勻流的特性2、明渠均勻流的形成條件第三節(jié) 明渠均勻流的計(jì)算公式第四節(jié)水力最佳斷面與實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面1、水力最佳斷面2、實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面第五節(jié)明渠均勻流水力計(jì)算中的粗糙系數(shù)與允許流速1、明渠的粗糙系數(shù)2、渠道中的允許流速第六節(jié) 明渠均勻流的水力計(jì)算1、已成渠道的水力計(jì)算2、新設(shè)計(jì)渠道的水力計(jì)算第七節(jié) 粗糙度不同的明渠及復(fù)式斷面明渠的水力計(jì)算1、斷面周界上粗糙度不同的明渠均勻流的水力計(jì)算2、復(fù)式斷面明渠均勻流的水力計(jì)算第七章 明渠恒定非均勻流（8 學(xué)時(shí)）基本要求：理解明渠非均勻流中斷面單位能量、 臨界水深等的基本概念，掌握恒 定明渠流動(dòng)的流動(dòng)型態(tài)的判別方法， 理解非

12、均勻漸變流微分方程、水躍與跌水的 概念及水躍的基本方程，并能進(jìn)行水面曲線的分析與繪制。重點(diǎn)：明渠非均勻流概述，斷面單位能量、臨界水深，恒定明渠流動(dòng)的流動(dòng)型態(tài) 及判別標(biāo)準(zhǔn)，明渠非均勻漸變流微分方程，棱柱體渠道非均勻漸變流水面曲線的 計(jì)算，水躍與跌水。難點(diǎn)：斷面單位能量、臨界水深，恒定明渠流動(dòng)的流動(dòng)型態(tài)及判別標(biāo)準(zhǔn)，明渠非 均勻漸變流微分方程，棱柱體渠道非均勻漸變流水面曲線的計(jì)算第一節(jié)概述第二節(jié)明渠水流的流態(tài)及其判別1、流和急流的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析2、緩流和急流的能量分析第三節(jié)臨界底坡、緩坡與陡坡第四節(jié) 明渠水流兩種流態(tài)的轉(zhuǎn)換 水躍與水跌1、水躍2、水跌第五節(jié) 明渠恒定非均勻漸變流的微分方程式1、水深沿流程

13、變化的微分方程式2、水位沿流程變化的微分方程式第六節(jié) 棱柱體明渠中恒定非均勻漸變流水面曲線分析1、棱柱體明渠中恒定非均勻漸變流水面線分區(qū)2、棱柱體明渠中恒定非均勻漸變流水面曲線的定性分析3、水面曲線分析的一般原則及注意點(diǎn)第七節(jié)明渠恒定非均勻漸變流水面曲線的計(jì)算一一逐段試算法1、基本計(jì)算公式2、計(jì)算方法第八章 堰流、閘孔出流和橋、涵過(guò)流的水力計(jì)算（8 學(xué)時(shí)）基本要求：理解恒定孔口出流、管嘴出流、非恒定孔口管嘴出流的基本計(jì)算方法, 了解閘孔出流、堰流的計(jì)算方法。重點(diǎn)：恒定薄壁孔口出流，恒定管嘴出流，非恒定孔口、管嘴出流，閘孔出流，堰流。難點(diǎn)：閘孔出流，堰流的水力計(jì)算。第一節(jié)堰流的分類及水力計(jì)算基本

14、公式1、堰流的分類2、堰流水力計(jì)算的基本公式第二節(jié)薄壁堰流的水力計(jì)算1、矩形薄壁堰流2、直角三角形薄壁堰流第三節(jié)實(shí)用堰流的水力計(jì)算1、曲線型實(shí)用堰的剖面形狀2、WESJ 面型實(shí)用堰的流量系數(shù)3、側(cè)收縮系數(shù)4、淹沒(méi)系數(shù)5、折線型實(shí)用堰6、低實(shí)用堰簡(jiǎn)介第四節(jié)寬頂堰流的水力計(jì)算1、流量系數(shù) m2、側(cè)收縮系數(shù)3、淹沒(méi)系數(shù)4、無(wú)坎寬頂堰流的水力計(jì)算第五節(jié)閘孔出流的水力計(jì)算1、閘孔出流的水力特征2、閘孔出流的基本計(jì)算公式3、閘孔出流的流量系數(shù)第九章泄水建筑物下游的水流銜接與消能 （4 學(xué)時(shí)）基本要求：了解建筑物下游水流特點(diǎn)及銜接、消能方式，掌握底流型消力池的校 核與設(shè)計(jì)。重點(diǎn)：底流型消力池的設(shè)計(jì)必須滿足的

15、條件和計(jì)算步驟。難點(diǎn)：底流型消力池的設(shè)計(jì)。第一節(jié)概述第二節(jié)泄水建筑物下游水流的銜接形式與消能方式第三節(jié)收縮斷面水深的計(jì)算第四節(jié)底流型銜接與消能1、降低護(hù)坦式消能池2、護(hù)坦末端加筑消能坎形成的消能池3、消能池的設(shè)計(jì)流量4、綜合式消能池的水力計(jì)算5、輔助效能工第五節(jié)挑流型銜接與消能1、挑流射程計(jì)算2、沖刷坑深度的估算3、挑流鼻坎的形式與尺寸第十三章滲流（4 學(xué)時(shí)）基本要求：理解滲流模型與達(dá)西滲透定律，了解地下水的均勻滲流和非均勻滲流 的基本方程，能進(jìn)行井出水量的基本計(jì)算和浸潤(rùn)曲線的分析。重點(diǎn)：滲流模型，達(dá)西定律。難點(diǎn)：地下水的均勻滲流和非均勻漸變滲流， 棱柱體地下明渠中恒定漸變滲流浸 潤(rùn)曲線分析與

16、計(jì)算。第一節(jié)滲流的基本概念1、水在土壤中存在的形式2、土壤的滲流特性及分類3、滲流模型第二節(jié)滲流的基本定律一一達(dá)西定律1、達(dá)西定律2、達(dá)西定律的適用范圍3、滲透系數(shù)第三節(jié)恒定無(wú)壓均勻流和非均勻漸變流1、均勻滲流2、漸變滲流的基本公式3、地下河槽漸變滲流的浸潤(rùn)曲線第十四章水力相似原理及模型試驗(yàn)簡(jiǎn)介（2 學(xué)時(shí)）基本要求：了解三個(gè)相似要求及應(yīng)遵循的相似準(zhǔn)則； 掌握實(shí)際水利工程常用的重 力相似準(zhǔn)則以及滿足紊動(dòng)阻力相似的條件。重點(diǎn)：相似的基本原理，重力相似準(zhǔn)則。難點(diǎn)：相似的基本原理，重力相似準(zhǔn)則第一節(jié)概述第二節(jié)相似理論的基本概念1、幾何相似2、運(yùn)動(dòng)相似3、動(dòng)力相似第三節(jié)液體作用力與特種模型律1、液體作用

17、力2、近似的力學(xué)相似3、特種模型律第四節(jié)相似準(zhǔn)則1、重力相似準(zhǔn)則2、黏滯力相似準(zhǔn)則3、阻力相似準(zhǔn)則4、其他相似準(zhǔn)則水力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)大綱實(shí)驗(yàn)課程名稱： 水力學(xué)實(shí)驗(yàn)(Hydraulic experiment )學(xué)時(shí)：10實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)：6面向?qū)I(yè)：水利水電工程、農(nóng)業(yè)水利工程本科一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)與基本要求：現(xiàn)代水力學(xué)的研究是建立在實(shí)驗(yàn)、計(jì)算兩大支柱基礎(chǔ)上。由于實(shí)際的水流 現(xiàn)象非常復(fù)雜，因此通過(guò)水力學(xué)試驗(yàn)是揭示水流運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一種重要手段，可 以幫助學(xué)生加深對(duì)所學(xué)理論的理解，更好的用所學(xué)理論解決生產(chǎn)實(shí)際中的問(wèn)題。通過(guò)水力學(xué)實(shí)驗(yàn)可達(dá)到下述教學(xué)基本要求：1、觀察水流在靜止和機(jī)械運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)，提高理

18、論分析的能力。2、通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解水流運(yùn)動(dòng)時(shí)的一些規(guī)律，以鞏固理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。3、學(xué)會(huì)量測(cè)水力要素和使用基本儀器的方法， 掌握一定的實(shí)驗(yàn)技能，并了解現(xiàn) 代量測(cè)技術(shù)。4、培養(yǎng)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，整理實(shí)驗(yàn)成果和編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力。5、培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)踏實(shí)的科學(xué)作風(fēng)和融洽合作的共事態(tài)度以及愛(ài)護(hù)國(guó)家財(cái)產(chǎn)的良好風(fēng) 尚。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與學(xué)時(shí)分配：項(xiàng)目一：1、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：不可壓縮流體恒定流能量方程實(shí)驗(yàn)2、 內(nèi)容提要：了解恒定流時(shí)管道水流所具有的位能、壓能、和動(dòng)能以及液 體流動(dòng)時(shí)能量轉(zhuǎn)化規(guī)律；測(cè)量急變流、漸變流、均勻流過(guò)水?dāng)嗝鎵簭?qiáng)分布；繪制 測(cè)壓管水頭線和總水頭線。3、學(xué)時(shí)：24、實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目二：1、 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：不可壓縮流體恒定流動(dòng)量定律實(shí)驗(yàn)2、 內(nèi)容提要：測(cè)定射流作用力，理解與動(dòng)量變化之間的關(guān)系；加深理解動(dòng) 量方程各項(xiàng)物理意義。3、 學(xué)時(shí)：14、實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目三：1、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：雷諾實(shí)驗(yàn)2、內(nèi)容提要：測(cè)定水流的雷諾數(shù)；判別層流紊流的流態(tài)；測(cè)定水頭損失與 斷面平均流速的關(guān)系。3、學(xué)時(shí)：24、實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目四：1、 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：文丘里實(shí)驗(yàn)2、內(nèi)容提要：測(cè)定文丘