《水力学》教学大纲

《水力学》教学大纲
课程代码：
课程中文名称：水力学
课程英文名称：Hydraulics
课程类别：必修
课程学分数：5学分
课程学时数：90
授课对象：
水利水电工程专业、水文水资源专业、农田水利专业、港口与航道专业
本课程的前导课程：
高等数学理论力学材料力学
一．教学目的和要求
水力学是水利类各专业的一门重要技术基础课，是研究液体平衡和运动规律的一门学科。

教授本课程的目的是培养学生分析和解决水力学问题的能力，使学生通过学习，掌握液体平衡和运动的一般规律和有关的基本概念及基本理论，学会必要的对于水力学问题的分析和计算的方法，初步掌握水力学实验技术，初步掌握运用计算机技术解决水力学问题的能力，为学生学好后续课程，从事本专业的技术工作、科学研究和管理工作打好必要的水力学基础。

通过本课程的学习，学生应达到下列基本要求：
1．牢固掌握和理解本课程所涉及的水力学基本概念；
2．掌握本课程的基本理论及理解所描述的水力学问题；
3．掌握本课程的基本方程及应用条件，并理解其物理意义；
4．掌握水力学基本分析方法，并具有应用所学水力学知识理解工程技术问题的能力；
5．具有独立地应用基本概念、基本理论与基本方程分析和求解从工程实际中简化出来的水力学问题的能力；
6．掌握一定液流量测的方法和技能；
7．具有一定上机计算有关水力学问题的能力。

二．课程内容与学时分配
课程内容与学时分配表
内容讲课学时
第一章导论 3
第二章水静力学7
第三章水动力学基础16 第四章层流和紊流、水流阻力和水头损失12
第五章量纲分析和相似原理 4
第六章恒定管流 4
第七章明槽恒定流12 第八章孔口和管嘴出流、堰顶溢流和闸孔出流 6 第九章泄水建筑物下游水流的衔接和消能 2
第十章非恒定流 2
第十一章渗流 4
（一）课程内容
第一章导论
连续介质模型，液体的主要物理性质，可压缩液体和不可压缩液体，液体的粘滞性和牛顿内摩檫定律，*水的特殊物理性质。

理想液体与实际液体的概念，作用在液体上的力。

第二章水静力学
静水压强及其特性，液体平衡方程及其积分，等压面，静水压强基本方程及其几何表示和能量意义，压强的表示方法和压强的量测，*几种质量力同时作用下的液体平衡，作用在平面和曲面上的静水总压力，*浮力及浮体的稳定。

第三章水动力学基础
描述流动的两种方法，流场，流线，质点加速度，总流分析法，不可压缩液体的连续性微分方程，总流的连续性方程，理想液体的运动微分方程及其伯诺里积分，总流的能量方程及其几何表示和能量意义，总流能量方程的应用，空化和空蚀现象，总流的动量方程及其应用，*动量矩方程，液体微团运动的基本形式，有势流动和有涡流动，非恒定势流运动方程的积分，粘性液体的运动微分方程，*变密度流的运动方程和能量方程。

第四章流动型态、水流阻力和水头损失
实际流动的两种型态，水流阻力的两种形态，均匀流的阻力与水头损失的关系，沿程水头损失的一般表达式（达西—魏斯巴哈公式），圆管（或明渠）的层流运动，紊流特性，紊动附加切应力，混合长度理论，边界对流动的影响，边界层，粘性底层，圆管（或明渠）的紊流运动，水力光滑区、过度区和水力粗糙区的划分和判别，过水断面上紊流流速分布，沿程阻力系数λ与雷诺数和相对粗糙度的关系，沿程水头损失的经验公式，局部水头损失，*水流内部能量转化机量。

第五章管流
长管和短管，短管（虹吸管、水泵吸水管等）的水力计算，测管水头线和总水头线的绘制，长管水力计算。

第六章量纲分析和相似原理
量纲和单位，无量纲数，量纲和谐原理及应用，雷利法和π定理，几何相似，运动相似和动力相似，重力准则（佛汝德准则），粘滞性准则（雷诺准则），*弹性准则（柯西准则），*谐时准则（斯特哈罗准则），相似准则应用举例。

第七章明槽恒定水流
明槽均匀流，正常水深，均匀流的水力计算，水力最优断面，允许流速，*复式断面和边界糙率不同的问题。

微幅波波速，急流、缓流、临界流，断面单位能量，临界水深，临界流速，临界底坡，水跃和水跃方程，共轭水深，水跃的消能特性，恒定非均匀流的微分方程，棱柱形渠道恒定渐变流水面曲线的定性分析，棱柱形渠道和天然河道水面曲线计算，*弯道水流简述。

第八章孔口和管嘴出流、堰顶溢流和闸孔出流
堰的形式和分类，堰流的基本公式，堰流系数及其影响因素，薄壁堰，实用堰和宽顶堰的水力计算，闸孔恒定出流基本公式及水力计算，闸孔出流下游水流衔接，孔口及管嘴出流，*变水头孔口出流。

第九章泄水建筑物下游水流的衔接和消能
泄水建筑物下游水流的衔接和消能问题，泄水建筑物下游水流衔接和主要消能形式中的水流特性，底流、面流、消能戽和挑流消能，泄水建筑物下游收缩断
面水深的确定，消能池的水力计算，消能墙的水力计算，*综合式消力池计算简介，*跌水的水力计算。

第十章非恒定流
水击现象，水击波及其传播速度，直接水击和间接水击，*管道非恒定流的基本方程，*水击计算简介。

第十一章渗流
渗流现象与渗流有关的土壤特性，渗流模型，达西定律及其适用范围，渗流系数，恒定渐变渗流的杜比公式，浸润线，井的渗流计算、不透水层上的均质土坝的渗流，渗流的连续方程和运动方程，解渗流方程的途径。

注：*内容为教学参考内容，各任课老师可根据教学学时取舍。

（二）实验
水力学实验为单独开设的必修课程。

0.5个学分，18学时。

要求学生在下列实验中完成十个实验，其中流动演示实验、毕托管测流速实验、雷诺实验、堰流和闸孔出流实验及渗流实验是集体必做实验，静水压强实验、文丘里实验、局部阻力实验是必选实验
流线、流动、能量方程、空化机理、紊动机理、虹吸管、水击现象和水面线演示实验，静水压强实验，文丘里实验，沿程阻力实验，局部阻力实验，动量实验，毕托管测流速实验，雷诺实验，堰流和闸孔出流实验，渗流实验。

（三）计算机上机实践
学生上机实践学时为24，主要内容为：恒定管网的水力计算，正常水深和临界水深的计算，水面曲线的计算，消力池和消力墙的水力计算。

三．教材与参考书
教材：水力学，中国电力出版社，赵昕张晓元赵明登童汉毅编著，2009 参考书：
[1]水力学（第一版），武汉水利电力大学出版社，李炜徐孝平，2000
[2]水力学（第一版），高等教育出版社，武汉水利电力大学水力学教研室，1986
[3]水力学（修订版），人民教育出版社，清华大学水力学教研室，1980
[4]水力计算手册，（第一版），水利出版社，武汉水利电力大学水力学教研室，1980
四．作业与考核方式
为巩固课堂讲授的理论知识和基本概念，锻炼学生独立思考和分析解决问题的能力，习题应不少于150道。

题目以教科书的习题为主。

考核方式为大专业统一考试。

水力学课知识模块及对应学时
对于水利类专业，《水力学》课堂教学 72学时/4学分
第1章绪论 3学时
第2章水静力学 7学时
第3章水动力学基础 16学时
第4章水流阻力与水头损失 10学时
第5章量纲分析与相似原理 4学时
第6章恒定管流 4学时
第7章明渠恒定流 12学时
第8章孔口（管嘴）出流和堰闸流 6学时
第9章泄水建筑物下游的水流衔接与消能 2学时
第10章水击 2学时
第11章渗流 4学时
课程的重点难点及解决办法
重点为第1~7章，是各专业都应当学习的水力学基本理论和基本方法；
1、难点有二：
1）水流阻力和水头损失；
2）明渠水面曲线的分析计算
2、解决办法：
1）通过实践性教学环节，一方面增强学生对各种水流现象的感性认识；另一方面通过学生动手操作，可验证书本所学的水流运动及水头损失规律；
2）通过习题及其讲评，加深学生对基本概念的理解；
通过上机计算，了解现代高科技在水力学研究中的应用。

课程内容
水力学主要研究液体的机械运动规律，主要包括绪论（液体的物理性质、作用在液体上的力）、水静力学、水动力学基础、流动型态和水头损失、孔口管嘴出流和有压管流、明渠恒定均匀流和非均匀流、堰流和闸下出流、泄水建筑物下游的水流衔接与消能、管道和明渠非恒定流、渗流、模型试验基础等章节。

本课程将在指导学生系统学习水力学基本理论的基础上，着眼于提高学生分析和解决问题的能力，为培养宽基础、高素质的新型“三创”人才服务。

根据现行的学制和培养方案，对于水利类专业（含给排水专业），水力学课程为4.5学分，其中课内学时72学时/ 4学分，实验18学时/ 0.5学分。

课堂讲授
课堂讲授以水力学基本理论为主，重点为绪论、水静力学、水动力学基础、流动型态和水头损失、有压管流、明渠恒定流、量纲分析和相似原理。

在此基础上，结合实际工程问题（包括管道、明渠、堰、闸、水跃、消能、渗流等），讲解水力学基本理论的应用。

同时结合学生在习题中存在的问题，讲解其中容易混淆或误解的基本概念，旨在加深学生对基本理论的理解和掌握。