水力学_孙建_水文与水资源工程

水力学研究所

本科生课程教学大纲

西安理工大学水电学院水力学研究所

二零零五年七月

前言

水力学研究所主要承担全校本科生的《水力学》及《水力学实验》、《工程流体力学》及《工程流体力学实验》、《流体力学基础》、《河流动力学》、《岩土渗流基础》、《治河防洪工程》、《港口航道工程》等课程的教学任务。

《水力学》（或《工程流体力学》、《流体力学基础》）课程是水利类、土木类、热能及动力工程类、市政及环境工程类等专业的一门重要的专业技术基础课。我校《水力学》课程面向水利水电学院各专业（水利水电工程建筑、给排水、热能及动力工程、土木工程、工程管理、水文及水资源工程、环境工程），理学院理论力学专业，高等技术学院水利水电工程专业大专班，每年涉及20余个本科班级。

教学大纲是课程教学的指导性文件。近年来，为了适应我校教学改革的总体要求，各专业《水力学》课程的学时都有所减少。为此，1994~2003年期间我们先后两次修订和编写各专业的水力学教学大纲及实验教学大纲，以进一步规范本科生《水力学》课程的教学。本次在2003年版本的基础上，针对2005级本科教学计划中相关课程的学时情况，重新对我所开设的《水力学》等课程的教学大纲进行了修订，并增补了《河流动力学》、《岩土渗流基础》、《治河防洪工程》、《港口航道工程》等课程的教学大纲。

参加本大纲修订和编写的主要人员是王新宏、孙建、魏炳乾、张志昌、张宗孝、魏文礼、谭立新、王颖、邵建斌、牛争鸣、陈刚。

水文及水资源工程《水力学》教学大纲

（72学时，其中实验8学时)

一、课程内容

0 绪论

水力学定义、任务、研究方法；学习水力学的意义；水力学的发展简史

1 液体的主要物理性质

1.1液体的基本特征及连续介质的假说

基本特征；易流性；压缩性；连续介质的假说

1.2 液体密度和容重

1.3 粘滞性

液体的粘滞性；牛顿内摩擦定律

1.4液体的压缩性和膨胀性

压缩系数与弹性系数，量纲，单位；膨胀系数，量纲，单位；不可压缩液体

1.5液体表面张力

液体表面张力；表面张力系数，量纲，单位；毛细现象

1.6液体相变

液体汽化；蒸发；沸腾

1.7作用在液体上的力

表面力；质量力；总质量力；单位质量力

2 水静力学

2.1 静水压强及其性质

静水压强定义；静水压强特性

2.2液体平衡微分方程

欧拉平衡微分方程；欧拉平衡微分方程综合表达式；等压面

2.3重力作用下的液体平衡

水静力学基本方程

2.4几种质量力共同作用下的液体平衡

旋转容器中液体的相对平衡；直线匀加速运动容器中液体的相对平衡；相对平衡与重力作用下的液体平衡比较；静水压强分布规律比较

2.5 压强的量测

绝对压强、相对压强、真空度；液体压强的表示法；水静力学基本方程的物理意义和几何意义；液体压强的量测

2.6作用于平面上的静水压力

大小；方向；压力中心

2.7作用于曲面上的静水压力

水平分力；铅垂分力，压力体；总压力；压力中心

3 水动力学

3.1描述液体运动的两种方法

拉格朗日法；欧拉法；欧拉变数；时变加速度；位变加速度

3.2恒定流与非恒定流

3.3迹线与流线

迹线；流线：定义、微分方程、流线性质

3.4质点与控制体概念

质点；控制体

3.5一元流动法

元流；总流；过水断面；流量与断面平均流速

3.6恒定元流和总流的连续方程

元流连续方程；总流连续方程

4 水动力学的基本原理

4.1 理想液体运动的微分方程

欧拉运动方程；欧拉运动方程与欧拉平衡方程比较

4.2 理想液体的伯诺里方程

理想液体元流的伯诺里方程；方程表示式；物理意义和几何意义；质量力、重力共同作用下的伯诺里方程积分

4.3 实际液体恒定元流的能量方程

4.4 均匀流与非均匀流

均匀流定义；均匀流过水断面动水压强特征

4.5 实际液体恒定总流的能量方程

总流的能量方程一般表示式；应用条件；几何意义和物理意义；能量方程应用

4.6 恒定总流的动量方程

动量方程表达式：动量方程应用：射流冲击垂直固体边壁、分岔流动、平面弯管流动、立面弯管流动

4.7 因次分析

因次、基本因次、诱导因次、无因次；因次和谐原理；因次分析的兀定理及其应用

5 流动形态与水头损失

5.1水头损失及其分类

水流阻力及其分类；沿程阻力；局部阻力；过水断面的水力要素；湿周；水力半径

5.2均匀流沿程水头损失与水流阻力的关系

均匀流沿程水头损失与水流阻力的关系；达西公式

5.3 流动的两种形态

雷诺实验；两种流动形态：层流、紊流；水流雷诺数、临界雷诺数、下临界雷诺数、上临界雷诺数；水头损失与流速的实验关系曲线

5.4 层流运动

圆管层流运动；流速分布规律；水头损失与断面平均流速的关系；沿程阻力系数

5.5 紊流运动

紊流的产生机理；紊流运动要素的时均法；脉动现象、瞬时值、时均值、脉动值

紊流附加切应力；紊流结构；粘性底层；过渡区；紊流核心区；紊流过水断面的流速分布；流速分布的对数规律；流速分布的指数规律

5.6 紊流的沿程水头损失

尼古拉兹实验；沿程水头损失的一般规律：沿程阻力系数与雷诺数，粗糙度关系；紊流沿程水头损失系数的总公式；莫迪图；沿程水头损失系数的经验公式；谢才公式及其谢才系数曼宁公式

5.7 局部水头损失

管道突然扩大的局部水头损失；局部水头损失的一般表达；局部阻力系数

6 有压管中的恒定流

6.1 概述