《水力学》课程教学大纲

《水力学》课程教学大纲

（参考学时60）

１、课程性质

水力学是水务管理专业的一门主要的专业基础课程

２、课程目的

水力学课程的主要任务是使学生掌握液体运动的一般规律和有关的基本概念、基本理论，学会必要的分析计算方法和一定的实验操作技术，为学习专业课程，从事专业技术工作，进行科学研究打下必要的坚实基础。

３、与其它课程的联系与分工

学生学习水力学以前必须学完高等数学、工程力学等课程。这样，对于有关内容，如微分、积分、矢量、偏导数、泰勒公式、微分方程、液体的物理特性、动能定律、动量定律具有一定的基础，在水力学中主要是运用这些知识，不必详细讲解。

水力学的后续课程是节水技术、水利工程概论、水文学原理等，本课程只讲述各种典型情况下的水流现象及必需的水力学计算方法。

４、课程内容

（１）基本内容

第一章、绪论

水力学的任务及其历史的发展，液体的连续介质模型，液体的主要物理性质，作用在液体上的力。

第二章、水静力学

静水压强及其特性，质量力为重力的静水压强基本方程，静水压强的量测，作用于平面上的静水总压力，作用于曲面上的静水总压力。

第三章、液体运动的基本原理

水流运动的基本概念，液体运动分类，恒定流连续性方程，恒定流沿流束的能量方程，实际液体恒定总流的能量方程，实际液体恒定总流动量方程。

第四章、水流阻力与水头损失

阻力和能量损失问题概述，沿程阻力与局部阻力，沿程水头损失与切应力的

关系，液体内部的运动形态──层流，紊流，紊流运动要素的脉动及附加切应力，层流流速分布及阻力系数，紊流流速分布及阻力系数，实际明渠与管道中沿程水头损失与阻力系数的实例及实验。

第五章、孔口、管嘴出流和有压管路

液体薄壁孔口的恒定出流，液体经管嘴的恒定出流，短管的水力计算，长管的水力计算，管网的水力计算基础，直接水击和间接水击的压强计算。

第六章、明渠恒定均匀流

明渠水流，水利工程中的明渠均匀流问题，明渠边壁几何特性和水力特性，明渠水流特性及产生均匀流的条件，明渠均匀流的水力计算，明渠水力最佳断面，复式断面明渠均匀流水力计算。

第七章、明渠非均匀流

明渠水流的流态──缓流、急流，断面单位能量和临界水深，临界底坡，缓坡与陡坡，水跃及水跃现象，平底棱柱体明渠的水跃方程，水跃的能量损失。水面曲线分析与计算，天然河道水面曲线计算。

第八章、堰流与闸孔出流

堰闸出流的流动特性，堰的基本公式，薄壁堰流，实用堰流，宽顶堰流，闸孔出流。

第九章、渗流

渗流的基本概念，渗流的基本定律——达西定律。

（２）各章的内容重点、深度和广度

第一章、绪论

a．重点讲水力学定义、任务、研究方法；

b．重点讲解粘滞性及牛顿内摩擦定律，强调其重要性，并指出它的建立条件和适用范围；

c．对连续介质概念和理想液体概念要交代清楚，并说明建立这些概念的主要意义。

第二章、水静力学

a．重点讲压强特性，静水中各点压强的确定，平面上及曲面上静水总压力的计算。

b．压力棱柱体的概念及计算方法是本章的难点，要交代清楚，务使掌握。

c．要通过算例使学生牢固掌握等压面的概念及压强计算。

第三章、液体运动的基本原理

a．重点讲实际液体总流的连续方程、能量方程、动量方程，务使学生掌握并正确理解其物理意义、几何意义，并通过习题培养学生运用这些方程解决问题的能力。

b．使学生正确地建立关于恒定流、非恒定流，均匀流、非均匀流，渐变流、急流的概念。

第四章、水流阻力与水头损失

c．重点讲不同液流形态（层流和紊流）时的沿程阻力系数λ的变化规律及水头损失的计算方法，并通过习题使学生正确理解和掌握它。

d．推导均匀流沿程损失与切应力关系。

e．通过雷诺实验，说明不同流态的存在及流态对水流阻力的影响。

f．紊流运动要素的脉动及附加切应力只作一般介绍。

g．正确建立当量粗糙度的概念，掌握摩迪图的使用方法；

h．指出人工粗糙与实际粗糙在过渡区阻力规律的不同，正确建立绝对粗糙、相对粗糙及水力粗糙（水力光滑）的概念。

i．强调阻力平方区对一般水利工程问题的重要性，介绍谢才系数。

j．适当推导圆管突然放大时的局部水头损失公式，以证明局部损失与流速水头的关系。

第五章、孔口、管嘴出流和有压管路

a．重点讲简单管道和长管的水力计算问题。

b．建立有压流、无压流，短管、长管，简单管道、复杂管道的概念。

第六章、明渠恒定均匀流

a．重点讲均匀流的水力计算问题。

b．使学生深入了解均匀流产生的条件及均匀流的特性，明渠边壁的几何特性和水力特性。

c．对水力最佳断面只作一般介绍。

d．必须使学生掌握复式断面明渠均匀流的水力计算。

第七章、明渠非均匀流

a．重点讲流态的判别与水跃的计算，水面曲线分析与计算。

b．要使学生深入了解断面单位能量与断面总机械能的异同，深入了解缓流、急流、临界流，缓坡、陡坡、临界坡的概念。

c．一般介绍水跃能量损失问题。

第八章、堰流与闸孔出流

a．重点讲解堰流与闸孔出流的判别，各种堰流及闸孔出流问题的水力计算。

b．着重说明不同堰流情况下妥用不同计算公式及不同的系数(流量系数、侧收缩系数、淹没系数等)。

第九章、渗流

a．要使学生建立渗流的概念。

b．要求学生熟悉达西公式。

５、习题要求

本课程习题平均每次课１～２题左右，学生学完课程，共完成习题４０题左右。

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。

６、实验要求

（１）实验项目

１）静力学实验；２）能量方程实验；３）雷诺实验；４）管道沿程和局部阻力实验；５）水跃和堰流实验

（２）实验要求

实验的基本要求是认真观察水流现象，验证理论，使学生掌握实验方法和操作技能，同时训练学生整理实验资料、写实验报告的能力，培养从事科学研究的良好作风。