四川大学水力学教案
川大水力学教学课件13边界层理论基础
液体受绕流物体的总阻力可用下式表示
D
Cd Ad
U
2 0
2
如图所示为圆柱体的绕流阻力系数与雷诺数Re的关系。 可以看出：
当Re很小时，边界层属层流性 质，此时绕流阻力仅有摩擦阻 力，尚无旋涡发生，当Re增大 到104时，压强阻力由摩擦阻 力及压强阻力两部分组成。当 Re增加到3×105时候，Cd 突然 下降，这是由于圆柱体表面的
Ff
b
1
0 0dx C f bl
U
2 0
2
式中
Cf
0.074 1
Re
5 l
‹#2›1
２．用流速对数分布规律解紊流粗糙板的边界层高度紊 流时，流速对数分布公式为：
ux 5.75 lg y 8.5
u*
紊流粗糙板的当地摩阻系数：
C
' f
0
1 2
U
2 0
u*2
1 2
U
2 0
2
5.751lg 8.52
层流边界层开始转变为紊流边界层的缘故。
‹#2›5
y
2
1
2
y
y
2
d
y
2 15
1
积分整理后可得：
5.48
x
U0
2或写成：
x
5.48 Re x
上式就是层流边界层的厚度沿平板长度方向的变化规律。
‹#1›9
３．平板的层流阻力
0
0.73U0
2 Re x
C
' f
U 0
2
式中：C
' f
叫当地摩阻系数，C
' f
1
0.73 Re x
四川大学《水 力 学》 课程教学大纲
《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(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。
川大水力学教学课件17高速水流
四 水流紊动对气穴发生的影响
瞬时气穴数
K'
K
1
p'
v 2
2
由上式可以看出：瞬时气穴数可能比时均气穴数小，
时均气穴数K大于初生气穴Ki 时，瞬时气穴数K’ 可能小
于初生气穴数Ki ，所以瞬时气穴可能在K＞ Ki 时发生。
根据各向同性紊流模型进行计算泰勒发现。
p'2 3 ku'2
则
h ha
hh
或写作
ha
1 Ca
二 水流掺气对水工建筑物的影响
水流掺气后对水工建筑物有以下几点影响：
（1）水流掺气的结果能加强效能作用，减轻水流对下游 的冲击力，因而可以减小下游冲刷坑的深度。
（2）水流掺气后可减轻或消除气蚀。
（3）掺气使水深增加，因而要求增加明槽边墙的设计高 度，提高了工程造价。
则得
x
1 N
N
xti
i 1
式中N T 称为样本容量。
t
2) 方差
Dx
1 T
T 0
x
t
x
2
dt
用数值积分形式表示，则
Dx
1 N
N i 1
xti x 2
‹#1›0
3) 相关系数
R
x
T
1
T
0
x
t
x
x
t
xdt
用数值积分形式表示
Rx
Rq
1 Nq N q i1
xti x
‹#1›2
S
f0'
1 2
S
f0
S
f1
S
fk'
四川大学水力学教案
四川大学教案注：表中〔〕选项请打“√〞。
四川大学教案【理、工科】§0-4 作用于液体上的力§0-5 水力学的研究方法教学重点与难点重点：1、2、分析相邻液层的方向及难点：液体的粘滞性与粘滞系数包括粘滞的概念，粘滞系数的概念，牛顿摩擦定律的表示及适用条件讨论、，固体与液体摩擦力讨论：液体粘滞性现象作业：思考题[0-2]、[0-4]；习题[0-4] 、[0-5]、[0-6]注：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份。
重复班授课可不另填写教案。
四川大学教案【理、工科】上节主要容回忆§1 水静力学§1-1 静水压强及其特性§1-2 液体平衡微分方程式及积分§1-3 等压面§1-4 重力作用下静水压强的根本公式§1-5 几种质量力同时作用下液体平衡容回忆及§1-1小节1学时§1-2和§1-3小节1学时§1-4和§1-5小节1学时教学重点与难静水压强的方向指向重点：静水压强的根本公式，等压面的概念及正确判断等压面难点：正确的找到等压面注：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份。
重复班授课可不另填写教案。
四川大学教案【理、工科】周次第2 周，第1次课〔2007-03-12〕备注章节名称第一章6-10节授课方式理论课〔√〕；实验课〔〕；实习〔〕教学时数3教学目的及要求让学生掌握重力作用下及几种质量力同时作用下静水压强的计算及两者之间的异同、绝对压强与相对压强的概念及压强的几种测量方法。
让学生掌握压强的液拉表示法、的含义，会计算作用于平面上的静水总压力及曲面上的静水总压力教学容提要时间分配上节主要容回忆§1-6 绝对压强与相对压强§1-7压强的测量§1-8 压强的液柱表示法，水头与单位势能§1-9 作用于平面上的静水总压力§1-10 作用于曲面上的静水总压力压强液柱表示，势能图解法——矩形平面解析法——任意形二向曲面容回忆及§1-6、1-7小节1学时§1-8和§1-9小节1学时§1-10小节1学时教学重点及难点：重力作用下静水压强的计算及绝对压强与相对压强，真空度的概念注：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份。
水力学实验指导书(1)
本科教学实验指导书水力学实验易文敏编写李克锋四川大学水利水电学院水力学与山区河流开发保护国家重点实验室前言水力学实验课的基本任务是：观察分析水流现象，验证所学理论，学会和掌握科学实验的方法和操作技能，培养整理实验资料和编写实验报告的能力。
在进行实验的过程中，要注意培养自己的动手能力和独立工作的能力。
使每个实验者有观察现象，进行操作和组织实验的机会，并能独立进行整理分析实验成果，受到实验技能的基本训练。
各项实验分别介绍了每个实验的目的、原理、实验设备、步骤、注意事项，以及可供实验者编写实验报告时参考的表格。
要求做好实验后，实验者要独立认真完成一份实验报告，按时交指导教师批阅。
为了使实验者能深入地掌握和巩固有关实验内容，每个实验项目的结尾都列有一定数量的思考题，供实验者进一步深入思考，并要求在实验报告中作出书面回答，随实验报告交指导教师审阅批改。
实验一 静水压强一、实验目的：1. 实测容器中的静水压强;2. 测定X 液体的容重；3. 通过实验，掌握静水压强的基本方法和了解测压计的应用。
二、实验设备：如图所示，1管和2管、3管和4管、5管和6管组成三支U 型管，其中5管和6管组成的U 型管装X 液体，其余U 型管装水。
1管、3管和5管与大气连通，2管、4管和6管与水箱顶部连通。
3管和4管组成的U 型管的底部与水箱的A 点连通，1管和2管组成的U 型管的底部与水箱的B 点连通。
水箱底部与调压筒连通。
三、实验原理：利用调压筒的升降来调节水箱内液体表面压强和液体内各点的压强。
1. 根据静水压强基本公式：p=p 0+ρg h 可得p A =ρg 水(▽3-▽A ) p B =ρg 水(▽1-▽B )2. 由于2、4、6管与水箱顶部连通，所以2、4、6管液面压强与水箱液面压强相同，于是可得：p 0=ρg 水(▽1-▽2)= ρg 水（▽3-▽4）=ρg X （▽5-▽6）ρg X =6543∇-∇∇-∇ρg 水 或ρg X =6521∇-∇∇-∇ρg 水3. 若水箱内气体压强p 0≠p a ,则p 1≠p 2、p 3≠p 4、p 5≠p 6。
四川大学水力学教案设计
四川大学教案注：表中（）选项请打“√”。
四川大学教案【理、工科】§0-4 作用于液体上的力§0-5 水力学的研究方法教学重点与难点重点：1、2、分析相邻液层的方向及难点：液体的粘滞性与粘滞系数包括粘滞的概念，粘滞系数的概念，牛顿摩擦定律的表示及适用条件讨论、，固体与液体摩擦力讨论：液体粘滞性现象作业：思考题[0-2]、[0-4]；习题 [0-4] 、[0-5]、[0-6]注：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份。
重复班授课可不另填写教案。
四川大学教案【理、工科】上节主要容回顾§1 水静力学§1-1 静水压强及其特性§1-2 液体平衡微分方程式及积分§1-3 等压面§1-4 重力作用下静水压强的基本公式§1-5 几种质量力同时作用下液体平衡容回顾及§1-1小节1学时§1-2和§1-3小节1学时§1-4和§1-5小节1学时教学重点与难点静水压强的方向指向重点：静水压强的基本公式，等压面的概念及正确判断等压面难点：正确的找到等压面讨分布荷载，点压强等注：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份。
重复班授课可不另填写教案。
四川大学教案【理、工科】周次第 2 周，第1次课（2007-03-12）备注章节名称第一章6-10节授课方式理论课（√）；实验课（）；实习（）教学时数3教学目的及要求让学生掌握重力作用下及几种质量力同时作用下静水压强的计算及两者之间的异同、绝对压强与相对压强的概念及压强的几种测量方法。
让学生掌握压强的液拉表示法、的含义，会计算作用于平面上的静水总压力及曲面上的静水总压力教学容提要时间分配上节主要容回顾容回顾及§1-6 绝对压强与相对压强§1-7压强的测量§1-8 压强的液柱表示法，水头与单位势能§1-9 作用于平面上的静水总压力§1-10 作用于曲面上的静水总压力压强液柱表示，势能图解法——矩形平面解析法——任意形二向曲面§1-6、1-7小节1学时§1-8和§1-9小节1学时§1-10小节1学时教学重点与重点及难点：重力作用下静水压强的计算及绝对压强与相对压强，真空度的概念及区别。
四川大学水力学课件
3
垂直向上运动时， 解：1）容器以等加速度9.8m/s 垂直向上运动时，液体所 受到的质量力为重力和惯性力；取如图所示的坐标系， 受到的质量力为重力和惯性力；取如图所示的坐标系， 则单位质量力为： 则单位质量力为：X=0，Y=0，Z=-g-a=2g带入平衡微分 方程有： 方程有：
dp = ρ ( Xdx + Ydy + Zdz) = −2 ρgdz ⇓ integarating p = −2 ρgz + C 自由液面z = z 0 , p = 0 ∴ C = 2ρgz0 所以有：p = 2ρg(z0 − z) = 2ρgh 而容器底面积 = 1.5 ×1.2 = 1.8 m 2 A 容器底部的总压力 = p × A = 2 × 930 × 9.8 × 0.9 ×1.8 = 29.53KN P 方向向下
z
x
1-9 一圆柱形容器静止时盛水深度H=0.225m，筒深为 0.3m，内径D=0.1m，若把该圆筒绕中心轴作等角速度旋 转，试问： 试问： 不使水溢出容器，最大角速度为多少？ （1）不使水溢出容器，最大角速度为多少？ 为不使容器中心露底，最大角速度为多少？ （2）为不使容器中心露底，最大角速度为多少？
解： 作用在液体质点上的单位质量力有重力和惯性力， 其合力为f , 且液面为等压面，所以f 必与倾斜的 液面垂直，因此有：
tg α = a = H − h g 1 L 2 a = 2 g (H − h) L 根据液体平衡微分方程 dp = ρ ( Xdx + Ydy + Zdz ) = ρ ( − adx − gdz ) r = − g ( adx + gdz ) 积分得 x=0 z = zo p = po
ω 2R 2 1 ω 2R 2 令Z0 = H'− ≥0⇒ ≤ 2H' = Zω 2 2g 2g
水力学基础课程设计
水力学基础课程设计一、教学目标本节课的教学目标是让学生掌握水力学的基础知识，包括流体的性质、流体的流动和压力等基本概念。
通过学习，学生能理解并应用流体力学的基本原理解决实际问题。
此外，学生还应掌握实验操作技能，能够进行简单的流体力学实验。
在情感态度方面，学生应培养对水力学的兴趣，提高科学探究的精神。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括流体的性质、流体的流动和压力等基本概念。
首先，介绍流体的定义和性质，如流体的连续性方程和流速分布等。
然后，讲解流体的流动，包括层流和湍流的特点和判定条件。
接着，介绍压力和压强的概念，讲解如何测量流体的压力。
最后，通过实验让学生亲身感受流体力学现象，加深对知识的理解。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本节课将采用多种教学方法。
首先，通过讲授法，讲解流体的性质、流动和压力等基本概念。
其次，利用讨论法，让学生分组讨论实际问题，培养学生的解决问题的能力。
再次，通过案例分析法，分析典型流体力学问题，让学生学以致用。
最后，利用实验法，让学生亲身参与流体力学实验，提高实验操作技能。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将选择和准备以下教学资源。
首先，教材《流体力学基础》作为主要的学习材料，为学生提供系统的理论知识。
其次，参考书《流体力学实验指导》为学生提供实验操作的指导。
再次，利用多媒体资料，如流体力学动画和视频，帮助学生直观地理解流体力学现象。
最后，准备流体力学实验设备，让学生亲身体验流体力学现象，提高实验技能。
五、教学评估本节课的教学评估将采用多元化的方式，以全面、客观、公正地评价学生的学习成果。
评估主要包括以下几个方面：1.平时表现：通过观察学生在课堂上的参与程度、提问回答、小组讨论等表现，评估其对水力学基础知识的掌握和应用能力。
2.作业：布置相关的习题和案例分析，要求学生在规定时间内完成，通过作业的完成情况评估学生的理解和应用能力。
《流体力学(水力学)》课程教案
《水力学》复习重点（本）第一章绪论本章的教学目的及基本要求：目的：使学生了解水力学的任务及应用领域，掌握流体的连续介质理论和流体的主要物理力学性质以及作用在流体上的力的两种形式。
基本要求：掌握流体的连续介质模型、流体的主要物理性质：易流动性、密度与重度、粘性与理想流体模型、压缩性与不可压模型、表面张力特性、汽化压强特性；掌握作用在流体上的力的两种形式：质量力与表面力本章教学内容的重点和难点：重点：流体的连续介质模型、密度与重度、粘性与理想流体模型、牛顿内摩擦定律、压缩性与不可压模型、质量力与表面力难点：连续介质模型、牛顿内摩擦定律、质量力与表面力第二章水静力学本章的教学目的及基本要求：目的：使学生理解静水压强的特性、液体平衡微分方程，掌握水静力学的基本方程、液柱式测压计的基本原理，最终能熟练计算作用在平面、曲面上的静水总压力。
基本要求：理解静水压强的特性，理解液体平衡微分方程，压强的表示方法、压强的计量单位、液体的相对平衡；掌握水静力学的基本方程，掌握液柱式测压计的基本原理，掌握并能熟练计算作用在平面、曲面上的静水总压力。
本章教学内容的重点和难点：重点：静水压强的特性、液体平衡微分方程、液体的相对平衡、水静力学的基本方程、液柱式测压计、作用在平面、曲面上的静水总压力。
难点：液体平衡微分方程、液体的相对平衡、差压计、作用在平面、曲面上的静水总压力。
第三章、第四章水动力学及其理论基础本章的教学目的及基本要求：目的：使学生理解连续性微分方程、理想液体运动微分方程、实际流体的运动微分方程，掌握恒定总流连续性方程、理想液体元流的能量方程与实际液体总流的能量方程、恒定总流动量方程以及恒定平面势流。
基本要求：理解连续性微分方程、理想液体运动微分方程、实际流体的运动微分方程；牢固掌握，并灵活应用恒定总流连续性方程、理想液体元流的能量方程与实际液体总流的能量方程、恒定总流动量方程以及恒定平面势流。
本章教学内容的重点和难点：重点：连续性微分方程，理想液体运动微分方程，实际流体的运动微分方程，恒定总流连续性方程，理想液体元流的能量方程与实际流体总流的能量方程、恒定总流动量方程以及恒定平面势流。
四川大学水力学课件
• •
2－14 解：取1－1，2－2断面之间的水体为控制体
Q V1 = = 0.571m / s A1 Q V2 = = 11.4m / s AC
1 总压力 F1 = ρ gLH 2 = 3430 KN 2
1 FC = ρ gbhC 2 = 8.575 KN 2
•
沿x方向( βCVC − β1V1 )
即推向力方向与X轴相同。
•
2-12 水流由直径dA为20cm的A管经一渐缩的弯 管流入直径dB为15cm的B管，管轴中心线在同 一水平面内，A管与B管之间的夹角θ为60°， 已知通过的流量Q为0.1m3/s，A端中心处相对 压强pA为120kPa，若不计水头损失，求水流对 弯管的作用力。
• •
2－12 解： π 2 AA = d A = 0.0314m 2 4 π 2 AB = d B = 0.01765m 2 4
1
πr02
u max 2 2 4 ) πr0 2
1
3 u max = 2
πr02
u max 2 2 3 ) πr0 2
2 u max =
4 3
•
2-21 贮水器内水面保 持恒定，底部接一铅 垂直管输水，直管直 径d1＝100mm，末端 收缩管嘴出口直径d2 ＝50mm，若不计水头 损失，求直管中A、B 两断面的压强水头。
2 1 1 2 2
v2 0 .8 2g
（v为水管中断面平均
1
2 0 1 2 0
v v + 0.8 ∴H + 0 + 0 = 0 + 0 + 2g 2g v= 2gH = 7.38 1.8
2
2
∴ 流量Q = v ⋅ A = 7.38 ⋅
水力学授课教案
教案课程名称：水力学授课专业班级：农水2006009、011、012班总学时：8 0 课时(其中实验12课时)授课教师：张晓雷系别：水利学院教研室：水力学水力学教案：第1讲一、章、节题目：第0章绪论0.1 学科简介0.2 液体的基本特征与物理力学性质0.3 连续介质和理想液体的概念0.4 作用于液体的力0.5 水力学的研究方法二、授课目的：1.建立水力学的概念，了解其在工程上的应用。
2.掌握液体的基本特性及主要物理力学性质。
三、重点、难点：1.液体的基本特性及主要物理力学性质；2．液体的粘滞性，理想液体的概念。
四、教法教具：常规教学方法。
五、教学进程：9月16日，星期二，第一大节。
六、参考文献：（1）四川大学，吴持恭主编《水力学》上、下册（第三版），高等教育出版社，2003年（2）清华大学董增南，余常昭主编的《水力学》上、下册，高等教育出版社，1995年。
（3）武汉大学徐正凡主编《水力学》高等教育出版社出版，1993年。
（4）大连工学院水力学教研室编写的《水力学解题指导及习题集》，高等教育出版社，1984年第二版。
七、教学内容：第0章绪论水与人类文明（古代：恒河、尼罗、底格利斯、幼发拉底、爱琴海、黄河、新疆。
现代：中东、伊泰普、万家寨、三峡、南水北调）0.1 学科简介一、水力学：研究液体（以水为主）静止与运动的力学规律，及其工程应用。
（为力学分支，技术科学，本专业重要的技术基础课）二、水力学的组成1、水静力学：研究液体处于静止或相对平衡状态下的力学规律。
2、水动力学：研究液体宏观机械运动状态时，运动要素与力的关系、运动特性与能量转换等。
3、研究问题：水力荷载、过水能力、能量损失、水面曲线、水流形态以及渗流、挟沙水流等。
（举例、画示意图）三、水力学的应用：（水利、工民建、交通、化工、冶金、航运等）四、水力学与其他课程的关系：（建立在物理学、理论力学基础之上，二者的有关原理定理等也完全实用于水力学。
四川大学水力学课件
3
ps v 2 0+0+0 = 2+ + +0, ρg 2g p ∴ s = −5m H 2 O ρg p s = −49kPa ∴ Psv = 49kPa
3 1 2 2
从一水面保持恒定不变的水池中引出一管路， 2-10 从一水面保持恒定不变的水池中引出一管路，该管 路末端流入大气，管路有三段直径不等的管道组成， 路末端流入大气，管路有三段直径不等的管道组成，其过 水面积分别是A1为0.05m ，A2为0.03m ，A3位0.04m ，若 ），当不计管路 水池容积很大，行进流速可以忽略（ 水池容积很大，行进流速可以忽略（v0≈0），当不计管路 的水头损失时， 的水头损失时，试求： （1）出口流速v3及流量Q； 绘出管路的测压管水头线及总水头线。 （2）绘出管路的测压管水头线及总水头线。
• •
2-21 解：以2－2断面为基准，对1－1和2－2断面列 能量方程 2 v2 9+0+0 = 0+0+ +0 2g 解得 v2＝13.28m/s 根据连续性方程
d2 2 v A =v B = v2 ( ) = 3.32m / s dA
•
•
以A-A为基准面，对1－1和A-A断面列能量方程
2 pA vA 3+ 0+ 0 = 0+ + +0 ρ g 2g
1
πr02
u max 2 2 4 ) πr0 2
1
3 u max = 2
πr02
u max 2 2 3 ) πr0 2
2 u max =
4 3
•
2-21 贮水器内水面保 持恒定，底部接一铅 垂直管输水，直管直 径d1＝100mm，末端 收缩管嘴出口直径d2 ＝50mm，若不计水头 损失，求直管中A、B 两断面的压强水头。
四川大学水力学课件
解1： )取出口为基1准 1和 2面 2能 ，量 写方程：
30000v2 , v 32g7.67/sm 2g
通过管道:Q 的 v流 A量 7.673.14 0.12 50.1353/m s
4
3
2)取水面为基准面，写 11和3 3能量方程： 1
0 0 0 2 ps v2 0 ,
hw
0
1
0
2
H 0 0 0 0 v 2 0.8 v 2
2g
2g
v 2gH 7 .38 1 .8
流量 Q v A 7 .38 d 2 0 .058m 3 / s 4
2-9 为将水库中水引至堤外灌溉，安装了一根直径d为 15cm的虹吸管（如图），当不计水头损失时，问通过虹 吸管的流量Q为多少？在虹吸管顶部s点处的压强为多少？
• 2-12 水流由直径dA为20cm的A管经一渐缩的弯 管流入直径dB为15cm的B管，管轴中心线在同 一水平面内，A管与B管之间的夹角θ为60°， 已知通过的流量Q为0.1m3/s，A端中心处相对 压强pA为120kPa，若不计水头损失，求水流对 弯管的作用力。
• 2－12
• 解：
AA
4
解 得 Rx2.844K N
• 沿y轴方向取动量梁方程
R y F B s in 6 0Q ( V B s in 6 0)
解 得Ry2.153KN
R Rx2Ry23.567KN
• 合力与水平方向的夹角 37 8 '
• 2-14 一拦河滚水坝，当通过流量Q为40m3/s时， 坝上游水深H为10m，坝后收缩断面处水深hc为 0.5m，已知坝长L为7m，求水流对坝体的水平 总作用力。
川大水力学教学课件1静力学
若令 h zs z，为液体内部任意质点（x、y、z）在自
由液面下的淹没深度， 则
p p0 gh
上式表明：相对平衡液体中任意点的静水压强仍然与该
点淹没深度成比例，等水深面仍是等压面。
质量力只有重力作用的静止液体中对任意点有
z p Const
g
在有几种质量力同时作用的相对平衡液体中这种关系一般
Fpx 为作用在O`DB 面上的静压力；
Fpz 为作用在O`DC 面上的静水压力；
Fpy 为作用在O`BC面 上的静水压力；
Fpn 为作用在DBC面 上的静水压力;
理论证明静水压力具有各向同性
四面体体积：
V
1 6
xyzf x
总质量力在三个坐标 方向的投影为：
按照平衡条件，所有 作用于微小四面体上 的外力在各坐标轴上 投影的代数和应分别 为零。
结论：平衡液体中，边界上的压强将等值地传递到液体内的
一切点上；即当 p0 增大或减小时，液体内任意点的压强也
相应地增大或减小同样数值。
这就是物理学中著名的巴斯加原理。
1－3 等压面
等压面： 静水压强值相等的点连接成的面（可能是平面也
可能是曲面）。
等压面性质：
1．在平衡液体中等压面即是等势面。 2．等压面与质量力正交。
动画(旋转体)
达伦贝尔原理表明 对具有加速度的运动物 体进行受力分析时，若 加上一个与加速度相反 的惯性力，则作用于物 体上的所有外力（包括 惯性力）应保持平衡。
对旋转容器中的液 体，所受质量力应包括 重力与离心惯性力。
作用于圆筒内任一质点 m（x，y，z）单位质量上的惯性
力为 F 2r
fx 2x
不存在。由
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四川大学教案注：表中（）选项请打“√”。
四川大学教案【理、工科】§0-4 作用于液体上的力§0-5 水力学的研究方法教学重点与难点重点：1、2、分析相邻液层的方向及难点：液体的粘滞性与粘滞系数包括粘滞的概念，粘滞系数的概念，牛顿内摩擦定律的表示及适用条件讨论、，固体与液体摩擦力讨论：液体粘滞性现象作业：思考题[0-2]、[0-4]；习题 [0-4] 、[0-5]、[0-6]注：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份。
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四川大学教案【理、工科】注：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份。
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四川大学教案【理、工科】周次第 2 周，第1次课（2007-03-12）备注章节名称第一章6-10节授课方式理论课（√）；实验课（）；实习（）教学时数3教学目的及要求让学生掌握重力作用下及几种质量力同时作用下静水压强的计算及两者之间的异同、绝对压强与相对压强的概念及压强的几种测量方法。
让学生掌握压强的液拉表示法、的含义，会计算作用于平面上的静水总压力及曲面上的静水总压力教学内容提要时间分配上节主要内容回顾§1-6 绝对压强与相对压强§1-7压强的测量§1-8 压强的液柱表示法，水头与单位势能§1-9 作用于平面上的静水总压力§1-10 作用于曲面上的静水总压力压强液柱表示，势能图解法——矩形平面解析法——任意形二向曲面内容回顾及§1-6、1-7小节1学时§1-8和§1-9小节1学时§1-10小节1学时教学重点及难点：重力作用下静水压强的计算及绝对压强与相对压强，真空度的概念注：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份。
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四川大学教案【理、工科】目的及要求流速的概念。
总流等概念及恒定一元流的连续性方程（质量守恒定律）教学内容提要时间分配§2-1 描述液体运动的两种方法§2-2 恒定流与非恒定流§2-3 迹线与流线§2-4 液体运动的流速理论的一些基本概念§2-5 一元流、二元流、三元流§2-6 恒定一元流的连续性方程§2-1、2-2小节1学时§2-3和§2-4小节1学时§2-5和2-6小节1学时教学掌握并区分液体运动流速理论的一些基本概念及概念之间的区别掌握恒定一元流的连续性方程点与难点讨论、练习、作业课堂提问、讨论式回答讨论的适用条件作业：理解流束理论主要概念教学多媒体+板书注：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份。
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四川大学教案【理、工科】学重点与难点②均匀与非均匀流的概念及特性③注意点及公式的运用，会画测压管水头线及总水头线讨论、练习、作业讨论：总水头线与测压管水头线的趋势练习：例2-1及2-2作业：思考题[2-1]、[2-5] 习题：[2-2]、[2-5]教多媒体+板书注：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份。
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四川大学教案【理、工科】学目的及要求掌握实际液体恒定总流的动量方程及其应用教学内容提要时间分配上节主要内容回顾§2-10 能量方程式应用举例一、毕托管测流速二、文里流量计三、孔口出流计算四、管嘴恒定出流§2-11 实际液体恒定总流的动量方程式内容回顾及2-10小节为1.5学时2-11小节为0.5学时2-12和2-13小§2-12 恒定总流动量方程式应用举例§2-13 量纲分析与无定理节为1学时教学重点与难点均匀流特性P动=P静的原因能量方程图示总水头线测压管水头线*-在四个应用举例中，孔口出流中孔口非恒定出流较层理解基准面选择计算断面，计算点选择动量方程式的运用及应用时的注意点讨讨论：基层面的选取注：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份。
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四川大学教案【理、工科】周次第 4 周，第1次课（2007-03-26）备注章节名称第三章：液流型态及水头损失（1-3节）授课方式理论课（√）；实验课（）；实习（）教学时数3教学目的及要求巩固第二章内容掌握水头损失的物理概念及分类液流边界在横向和纵向对水头损失的影响及均匀流中与的关系。
掌握液流运动的两种形态及其判别，紊流的四个特征。
教学内容提要时间分配上节主要内容回顾第二章习题课§3-1 水头损失的物理概念及其分类§3-2 液流边界几何条件对水头损失的影响§3-3 均匀流沿程水头损失与切应力的关系§3-4 液体运动的两种形态内容回顾和第二章习题课为1学时§3-1和§3-2小节为1学时§3-3和§3-4小节为1学时教学重点与层流及紊流两种液流形态的概念及判别紊流形成过程水头损失形成原因及分成与两类断面形状在横向与纵向对水头损失的影响的适用条件，公式指导达西公式的含义料注：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份。
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四川大学教案【理、工科】周次第 4 周，第2次课（2007-03-29）备注章节名称第三章：液流型态及水头损失（5-9节）授课方式理论课（√）；实验课（）；实习（）教学时数3教学目的及要求层流中计算沿程水头损失。
会用计算的试算法及查莫迪图法两种方法求解入会用谢才公式计算损失会查图求解局部水头损失。
教学内容提要时间分配上节主要内容回顾§3-5 圆管中层流运动及其沿程水头损失的计算§3-6 紊流的特征§3-7 沿程阻力系数入的变化规律§3-8 计算沿程水头损失的经验公式-谢才公式§3-9 局部水头损失内容回顾和3-5小节为0.5学时3-6小节1学时3-7和3-8、3-9为1.5学时教学重点与难紊动特征中的粘性底层概念。
的求解，局部水头损失中的取值谢才公式的运用注：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份。
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四川大学教案【理、工科】最后举一个上述四种类型出现在一个管道系统中的算例§4-4，4-5，4-6，4-7 串联管道并联管道分叉管道及流程均匀泄流管道的水力计算教学重点与难点重点：1、能量方程的应用深化2、长、短管概念简单管道中长管及短管的计算，其中短管中包括自由出流及淹没出流的水力计算，虹吸管及水泵装置的水力计算。
在长管条件下、串联、并联、分叉管道各自沿程阻力的特点。
对非点型并联管道（看似分叉型）与分叉管道的区分串联管道中及水力计算并联管道中及水力计算分叉及均匀泄流管道水力计算讨论、练习、作业讨论：1、自由出流、淹没出流在A，d相同H=ZQ自，Q淹时Q的关系。
2、当管中某段有负压时有哪些方法纠正？哪种最好。
讨论本章末的思考题作业[4-1]、[4-2]、[4-3]、[4-7]、[4-8]、[4-11]教学手段多媒体+板书参考资料注：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份。
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四川大学教案【理、工科】主要内容简介横断面明渠类型及其对水流运动的影响底坡§5-1 明渠的类型及对水流运动的影响§5-2 明渠均匀流的特性及产生条件§5-3 明渠均匀流动计算公式§5-4 水力最佳断面及允许流速§5-5 明渠均匀流水力计算§5-6 粗糙度不同及复式断面明渠的水力计算内容简介、5-1、5-2小节为1学时5-3和5-4小节为1 学时5-5和5-6小节为1 学时教学重点与难1、梯形因常用故做重点介绍，其横断面的水力要素计算式。
2、顺、平、逆坡的引入，棱柱体的渠3、明渠均匀流总水头、水面、底坡三线平行4、明渠在模向及纵向对水流运动的影响，明渠均匀流的特性及产生条件，及明渠均匀流计算公式5、水力最佳断面的概念及计算明渠均匀流的水力计算注：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份。
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四川大学教案【理、工科】周次第 6 周，第1次课（2007-04-9）备注章节名称第六章明渠恒定非均匀流（1-4节）授课方式理论课（√）；实验课（）；实习（）教学时数3教学目的及要求要明确明渠恒定非均匀渐变流的三种流态——急、缓、临界流三种流态及其判别，的计算和的物理力学意义断面比能、比能曲线教学内容提要时间分配主要内容介绍1、概述明渠恒定非均匀渐变流这章所要讨论的问题主要是水面曲线的定性分析与定量计算，其在生产实际中的意义。
2、由波的角度引出明渠水流三种流态3、再从能量角度应证明渠水流三种流态4、介绍，，，的计算式和计算方法（h k不同断面的计算方法）§6-1 明渠水流的三种流态§6-2 断面比能及临界水深§6-3 临界底坡，缓坡及陡坡§6-4 临界水深的一些实例内容介绍和6-1小节为1学时6-2小节为1学时6-3和6-4小节为1 学时教学重1、明渠水流三种流态的引入，如何用V w、h k、F r及判断明渠水流的三种流态2、E s与E的区别注：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份。
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四川大学教案【理、工科】要求教学内容提要时间分配上节主要内容回顾1、h k的一些实例2、明渠恒定非均匀渐变流的微分方程3、棱柱体恒定非均匀渐变流的水面曲线定性分析趋势4、再时间许可时先简要介绍逐段试算法对水面线作定量计算§6-5 明渠恒定非均匀渐变流的微分方程式§6-6 棱柱体明渠中恒定非均匀渐变流水面曲线分析§6-7 明渠恒定非均匀渐变水面曲线的计算-逐段试算法§6-8 河渠恒定非均匀流的流量与糙率的计算内容回顾和6-5小节为1学时6-6小节为1学时6-7和6-8小节为1学时学重点与难点明渠恒定非均匀渐变流水面曲线分析及计算。
1、棱柱体在定性分析其水面线中的应用2、十二种水面线类型的引入，当i>0，a，b，c区的情况即N-N 线，K-K线相对位置的确定i≤0时只有b，C区的情况3、归纳a，b，c三区水面线走势理论与实际的结合讨论、练习、作业讨论例题[6-6]、[6-7]以及 [6-5]作业：习题[6-1]、[6-3]、[6-6]、[6-7]、[6-10]、[6-15]、[6-16]注：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份。
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四川大学教案【理、工科】注：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份。
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四川大学教案【理、工科】概述水跃棱柱体水平渠水跃方程指导原理及结论共轭水深计算的公式及一般方法棱柱体水平渠水跃能量损失的计算与近似计算、消能效率水平的水跃长度确定概述其定义及分类§7-1 棱柱体水平明渠的水跃方程§7-2 棱柱体水平明渠中水跃共轭水深计算§7-3 棱柱体水平明渠中水跃的能量损失§7-4 棱柱体水平明渠中水跃跃长的确定容介绍和7-1小节为1学时7-2小节为1学时7-3和7-4小节为1学时教学重点与难点：水跃的结构、强弱共轭水深计算（矩形渠道）水跃能量损失机理消能效率与的关系重点：水跃的定义、水跃方程，共轭水深的计算能量损失计算，及跃长计算注：教案按授课次数填写，每次授课均应填写一份。