《水力學》教學大綱

《水力學》教學大綱課程代碼：課程負責人：槐文信課程中文名稱：水力學課程英文名稱：Hydraulics課程類別：必修課程學分數(shù)：5學分課程學時數(shù)：72授課對象：水利水電工程專業(yè)、水文水資源專業(yè)、農(nóng)田水利專業(yè)、港口與航道專業(yè)本課程的前導課程：高等數(shù)學理論力學材料力學一．教學目的和要求水力學是水利類各專業(yè)的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課，是研究液體平衡和運動規(guī)律的一門學科。教授本課程的目的是培養(yǎng)學生分析和解決水力學問題的能力，使學生通過學習，掌握液體平衡和運動的一般規(guī)律和有關(guān)的基本概念及基本理論，學會必要的對于水力學問題的分析和計算的方法，初步掌握水力學實驗技術(shù)，初步掌握運用計算機技術(shù)解決水力學問題的能力，為學生學好后續(xù)課程，從事本專業(yè)的技術(shù)工作、科學研究和管理工作打好必要的水力學基礎(chǔ)。通過本課程的學習，學生應(yīng)達到下列基本要求：1．牢固掌握和理解本課程所涉及的水力學基本概念；2．掌握本課程的基本理論及理解所描述的水力學問題；3．掌握本課程的基本方程及應(yīng)用條件，并理解其物理意義；4．掌握水力學基本分析方法，并具有應(yīng)用所學水力學知識理解工程技術(shù)問題的能力；5．具有獨立地應(yīng)用基本概念、基本理論與基本方程分析和求解從工程實際中簡化出來的水力學問題的能力；6．掌握一定液流量測的方法和技能；7．具有一定上機計算有關(guān)水力學問題的能力。二．課程內(nèi)容與學時分配課程內(nèi)容與學時分配表內(nèi)容講課學時第一章導論3第二章水靜力學7第三章水動力學基礎(chǔ)16第四章層流和紊流、水流阻力和水頭損失12第五章量綱分析和相似原理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、堰頂溢流和閘孔出流6第九章泄水建筑物下游水流的銜接和消能2第十章非恒定流2第十一章滲流4（一）課程內(nèi)容第一章導論連續(xù)介質(zhì)模型，液體的主要物理性質(zhì)，可壓縮液體和不可壓縮液體，液體的粘滯性和牛頓內(nèi)摩檫定律，*水的特殊物理性質(zhì)。理想液體與實際液體的概念，作用在液體上的力。第二章水靜力學靜水壓強及其特性，液體平衡方程及其積分，等壓面，靜水壓強基本方程及其幾何表示和能量意義，壓強的表示方法和壓強的量測，*幾種質(zhì)量力同時作用下的液體平衡，作用在平面和曲面上的靜水總壓力，*浮力及浮體的穩(wěn)定。第三章水動力學基礎(chǔ)描述流動的兩種方法，流場，流線，質(zhì)點加速度，總流分析法，不可壓縮液體的連續(xù)性微分方程，總流的連續(xù)性方程，理想液體的運動微分方程及其伯諾里積分，總流的能量方程及其幾何表示和能量意義，總流能量方程的應(yīng)用，空化和空蝕現(xiàn)象，總流的動量方程及其應(yīng)用，*動量矩方程，液體微團運動的基本形式，有勢流動和有渦流動，非恒定勢流運動方程的積分，粘性液體的運動微分方程，*變密度流的運動方程和能量方程。第四章流動型態(tài)、水流阻力和水頭損失實際流動的兩種型態(tài)，水流阻力的兩種形態(tài)，均勻流的阻力與水頭損失的關(guān)系，沿程水頭損失的一般表達式（達西—魏斯巴哈公式），圓管（或明渠）的層流運動，紊流特性，紊動附加切應(yīng)力，混合長度理論，邊界對流動的影響，邊界層，粘性底層，圓管（或明渠）的紊流運動，水力光滑區(qū)、過度區(qū)和水力粗糙區(qū)的劃分和判別，過水斷面上紊流流速分布，沿程阻力系數(shù)與雷諾數(shù)和相對粗糙度的關(guān)系，沿程水頭損失的經(jīng)驗公式，局部水頭損失，*水流內(nèi)部能量轉(zhuǎn)化機量。第五章管流長管和短管，短管（虹吸管、水泵吸水管等）的水力計算，測管水頭線和總水頭線的繪制，長管水力計算。第六章量綱分析和相似原理量綱和單位，無量綱數(shù)，量綱和諧原理及應(yīng)用，雷利法和定理，幾何相似，運動相似和動力相似，重力準則（佛汝德準則），粘滯性準則（雷諾準則），*彈性準則（柯西準則），*諧時準則（斯特哈羅準則），相似準則應(yīng)用舉例。第七章明槽恒定水流明槽均勻流，正常水深，均勻流的水力計算，水力最優(yōu)斷面，允許流速，*復式斷面和邊界糙率不同的問題。微幅波波速，急流、緩流、臨界流，斷面單位能量，臨界水深，臨界流速，臨界底坡，水躍和水躍方程，共軛水深，水躍的消能特性，恒定非均勻流的微分方程，棱柱形渠道恒定漸變流水面曲線的定性分析，棱柱形渠道和天然河道水面曲線計算，*彎道水流簡述。第八章孔口和管嘴出流、堰頂溢流和閘孔出流堰的形式和分類，堰流的基本公式，堰流系數(shù)及其影響因素，薄壁堰，實用堰和寬頂堰的水力計算，閘孔恒定出流基本公式及水力計算，閘孔出流下游水流銜接，孔口及管嘴出流，*變水頭孔口出流。第九章泄水建筑物下游水流的銜接和消能泄水建筑物下游水流的銜接和消能問題，泄水建筑物下游水流銜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，泄水建筑物下游收縮斷面水深的確定，消能池的水力計算，消能墻的水力計算，*綜合式消力池計算簡介，*跌水的水力計算。第十章非恒定流水擊現(xiàn)象，水擊波及其傳播速度，直接水擊和間接水擊，*管道非恒定流的基本方程，*水擊計算簡介。第十一章滲流滲流現(xiàn)象與滲流有關(guān)的土壤特性，滲流模型，達西定律及其適用范圍，滲流系數(shù)，恒定漸變滲流的杜比公式，浸潤線，井的滲流計算、不透水層上的均質(zhì)土壩的滲流，滲流的連續(xù)方程和運動方程，解滲流方程的途徑。注：*內(nèi)容為教學參考內(nèi)容，各任課老師可根據(jù)教學學時取舍。實驗水力學實驗為單獨開設(shè)的必修課程。0.5個學分，18學時。要求學生在下列實驗中完成十個實驗，其中流動演示實驗、畢托管測流速實驗、雷諾實驗、堰流和閘孔出流實驗及滲流實驗是集體必做實驗，靜水壓強實驗、文丘里實驗、局部阻力實驗是必選實驗流線、流動、能量方程、空化機理、紊動機理、虹吸管、水擊現(xiàn)象和水面線演示實驗，靜水壓強實驗，文丘里實驗，沿程阻力實驗，局部阻力實驗，動量實驗，畢托管測流速實驗，雷諾實驗，堰流和閘孔出流實驗，滲流實驗。計算機上機實踐學生上機實踐學時為24，主要內(nèi)容為：恒定管網(wǎng)的水力計算，正常水深和臨界水深的計算，水面曲線的計算，消力池和消力墻的水力計算。三．教材與參考書教材：水力學，中國電力出版社，趙昕張曉元趙明登童漢毅，2009參考書：[1]水力學，武漢大學出版社，李大美楊小亭，2004[2]水力學，武漢水利電力大學出版社，李煒徐孝平，2000[3]水力學（第一版），高等教育出版社，武漢水利電力大學水力學教研室，1986[4]水力學（修訂版），人民教育出版社，清華