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1、水力學(xué)課程教學(xué)大綱課程編號:14課程名稱:水力學(xué)(Hydraulics)學(xué)分:4,5學(xué)時:72教學(xué)對象:水利水電工程、農(nóng)業(yè)水利工程、設(shè)施農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程、港口與航道工程、水文水資源工程、環(huán)境工程、給水排水工程本科先修課程:高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、理論力學(xué)課程性質(zhì)、作用、教學(xué)目標水力學(xué)是水利類各專業(yè)的一門主要技術(shù)根底課.通過本課程的學(xué)習(xí),使學(xué)生掌握液體運動的一般規(guī)律和有關(guān)的根本概念與根本理論,學(xué)會必要的分析計算方法和一定的實驗技術(shù),為專業(yè)課的學(xué)習(xí)、解決工程中水力學(xué)問題、獲取新知識和進行科學(xué)研究打下必要的根底.增強學(xué)生水平的培養(yǎng).教學(xué)中要注意處理好掌握知識和培養(yǎng)水平兩者之間的辨證關(guān)系.建議從以下幾方面增
2、強對學(xué)生水平的培養(yǎng):課堂教學(xué)應(yīng)貫徹啟發(fā)式,互動式.著重講清根本概念、根本理論、分析問題的思路和方法,并配以適當(dāng)討論,逐步培養(yǎng)學(xué)生具有分析問題和解決問題的水平.指導(dǎo)學(xué)生閱讀參考書、文獻和資料,培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)獲取知識的水平.重視實驗環(huán)節(jié),要求學(xué)生獨立操作,并分析實驗成果,以培養(yǎng)學(xué)生的動手水平和從事科學(xué)實驗研究的水平.精選具有一定數(shù)量的習(xí)題,建議不少于120題.充分利用現(xiàn)代化的教學(xué)手段,如多媒體課件、網(wǎng)絡(luò)課件等進行教學(xué).為學(xué)生創(chuàng)造應(yīng)用計算機進行水力學(xué)問題計算的條件,以培養(yǎng)學(xué)生使用現(xiàn)代計算工具解決問題的水平.本課程教學(xué)內(nèi)容和根本要求(一)教學(xué)內(nèi)容1 .水力學(xué)的根本理論主要內(nèi)容包括:水力學(xué)的定義和任務(wù),液
3、體的主要物理性質(zhì),水靜力學(xué),液體運動的根本原理和根本理論,液體總流的根本原理,液體三元運動的根本原理,液體的層流運動和紊流運動,水流阻力和水頭損失.2 .水力學(xué)的應(yīng)用主要內(nèi)容包括:有壓管道水流,明渠恒定均勻流,明渠恒定非均勻流,堰流與閘孔出流,泄水建筑物下游的水流銜接和消能,滲流,水力模型試驗根本原理(二)學(xué)生學(xué)習(xí)本課程應(yīng)到達的根本要求1.有一定的理論根底主要包括:(1)正確區(qū)分流動類型,流動形態(tài)和局部流動現(xiàn)象,并了解它們的聯(lián)系,明確發(fā)生這些現(xiàn)象的場合及相互轉(zhuǎn)化的條件.如:恒定流和非恒定流,均勻流和非均勻流,漸變流和急變流,一元流,二元流和三元流,層流和紊流,有旋運動與無旋運動,急流,緩流和臨
4、界流,水躍和水跌等.(2)正確理解水力學(xué)中的一些根本概念及其物理意義.如:液體質(zhì)點,連續(xù)介質(zhì),粘滯性,牛頓流體與非牛頓流體;等壓面,絕對壓強,相對壓強,真空度,水頭;歐拉法與拉格朗日法,歐拉法質(zhì)點的加速度,流線,跡線,元流,總流,過水?dāng)嗝?流量,斷面平均流速,濕周,水力半徑,動能校正系數(shù),動量校正系數(shù);弗勞德數(shù),雷諾數(shù);瞬時值,時均值和脈動值,混摻長度,紊流附加切應(yīng)力,邊界層,粘性底層,水力光滑和水力粗糙,糙率;線變形,角變形,旋轉(zhuǎn)角速度,流函數(shù)和勢函數(shù),流網(wǎng);正常水深,臨界水深,比能,臨界底坡;流速系數(shù),收縮系數(shù),流量系數(shù),淹沒系數(shù)等.(3)了解水流能量轉(zhuǎn)化和能量損失的原因,理解水流阻力(摩
5、擦阻力和壓強阻力)的成因,明確影響沿程阻力系數(shù)及局部阻力系數(shù)的因素,掌握計算水頭損失的途徑和方法.(4)正確掌握水流運動的總流分析法,對恒定總流的連續(xù)方程,能量方程,動量方程的物理意義有正確理解,會在具體流動條件下聯(lián)合運用三個方程求解問題.(5)正確運用三元運動的根本理論求解平面勢流問題.2 .對水利工程中的一般水力學(xué)問題,具有正確進行分析和計算的水平.包括:(1)水力荷載確實定.能計算平面和曲面上的靜水壓力,會應(yīng)用動量方程求動水對邊壁的總作用力.(2)過流水平確實定.會計算管道、明渠和堰閘的泄流量和相關(guān)的建筑物尺寸.(3)各種水頭損失的分析和計算.(4)常見工程水力學(xué)問題的綜合分析計算水平,
6、如管道系統(tǒng)的水力計算,明渠水面線的分析計算等.3 .掌握量測水位、流量、流速、壓強的常規(guī)方法和操作技能.了解現(xiàn)代量測技術(shù).具有觀察水流現(xiàn)象,分析、處理實驗數(shù)據(jù)和編寫報告的水平.多媒體教學(xué)手段運用的內(nèi)容、要求及占用學(xué)時多媒體教學(xué)手段的運用可以大大提升講課效率并可豐富講課內(nèi)容.所以本課程要求利用多媒體授課.多媒體的內(nèi)容含蓋整個教材內(nèi)容.要求上課教室必須配備必要的多媒體設(shè)備.用多媒體授課所占用的學(xué)時約占總學(xué)時的30%左右.教材及參考書教材采用河海大學(xué)出版社出版由李家星趙振興主編的?水力學(xué)?教材,參考書可選用高等教育出版社出版的由吳持恭主編的?水力學(xué)?教材.考核方式考核方式一般采用筆試,但可選用閉卷或
7、半開卷的方式.教學(xué)大綱說明1 .本根本要求的教學(xué)內(nèi)容只包括多學(xué)時水力學(xué)課程的最根本局部.2.本課程要用到較多的數(shù)學(xué)、物理、力學(xué)知識,因此要注意處理好本課程與相關(guān)課程之間的銜接.3 .水力學(xué)是一門技術(shù)根底課,應(yīng)當(dāng)理論聯(lián)系實際.但應(yīng)以分析水流現(xiàn)象,揭示水流規(guī)律,增強水力學(xué)的根本概念、根本原理的理解為主,而不宜過分強調(diào)專業(yè)需要,以致削弱水力學(xué)的理論根底.水力學(xué)實驗課程教學(xué)大綱課程編號:14課程名稱:水力學(xué)實驗(Hydraulicexperiment)教學(xué)對象:水利水電工程、農(nóng)業(yè)水利工程、設(shè)施農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程、港口與航道工程、水文水資源工程、環(huán)境工程、市政工程、工程力學(xué)本科教材或?qū)嶒炛笇?dǎo)書名稱:水力學(xué)實
8、驗學(xué)時:24學(xué)分:1實驗的地位、作用和目的:現(xiàn)代水力學(xué)的研究是建立在實驗、計算兩大支柱根底上.由于實際的水流現(xiàn)象非常復(fù)雜,因此通過水力學(xué)試驗是揭示水流運動規(guī)律的一種重要手段.可以幫助學(xué)生加深對所學(xué)理論的理解.更好的用所學(xué)理論解決生產(chǎn)實際中的問題.實驗內(nèi)容簡介與根本要求:水力學(xué)實驗內(nèi)容主要包括測試類,及演示類兩大系列二十多個實驗種類.其中測試類的內(nèi)容有:靜水點壓強規(guī)律實驗、靜水面壓力實驗、能量轉(zhuǎn)化及動水壓力實驗、動量實驗、局部水頭損失實驗、沿程水頭損失實驗、雷諾實驗、管道測流量實驗、畢托管、流速儀測速實驗、水電比較實驗、堰流實驗、孔口與管嘴實驗.演示類的內(nèi)容有:流動演示、水錘揚水機實驗、勢流疊加
9、實驗、紊流脈動實驗、水面曲線演示實驗、層紊流演示實驗、水躍演示實驗、強迫渦演示實驗、強迫渦與自由渦組合實驗、空化空蝕演示實驗.通過水力學(xué)實驗可到達下述教學(xué)根本要求:一觀察水流在靜止和機械運動的現(xiàn)象,增強感性熟悉,提升理論分析的水平.二通過實驗了解水流運動時的一些規(guī)律,以穩(wěn)固理論知識的學(xué)習(xí).三學(xué)會量測水力要素和使用根本儀器的方法,掌握一定的實驗技能,并了解現(xiàn)代量測技術(shù).四培養(yǎng)分析實驗數(shù)據(jù),整理實驗成果和編寫實驗報告的水平.五培養(yǎng)嚴謹踏實的科學(xué)作風(fēng)和融洽合作的共事態(tài)度以及保護國家財產(chǎn)的良好風(fēng)氣.設(shè)備及器材配置:一教學(xué)實驗設(shè)備與儀器一般情況下,每種演示類實驗設(shè)備可設(shè)12套;每種量測類實驗設(shè)備設(shè)48套
10、,可達二人一套,以便于每人動手做實驗.二水流循環(huán)系統(tǒng)為實驗設(shè)備提供恒定水頭條件下的水源,以便獲得穩(wěn)定的實驗條件與可靠的實驗數(shù)據(jù).主要用于明渠中的局部實驗一般為節(jié)省水源,多設(shè)計成循環(huán)系統(tǒng),包括蓄水池、水泵機組、平水箱、供水管路、回水渠道等.多用自來水或天然水源.三量測儀器及率定設(shè)備量測水力要素如水位、流速、壓強與流量的儀器,一般配置48套主要是指在4條自循環(huán)水槽中使用.四必要的維修與加工機具與設(shè)備考核方式:由于水力學(xué)實驗是單獨設(shè)課,考核方式采用兩種方式并存的形式;一是由任課教師考核學(xué)生平時的實驗準備、實驗操作以及實驗報告的編寫等情況,應(yīng)作好記載.二是在課程學(xué)完后,采用口試的方法,對學(xué)生整個課程的
11、學(xué)習(xí)進行考核.兩者分數(shù)所占比例是平時占30%口試占70隊實驗工程與內(nèi)容提要:操作類實驗工程序號實驗工程名稱內(nèi)容提要實驗時數(shù)每組人數(shù)1靜水點壓強規(guī)律實驗加深對水靜力學(xué)根本方程物理意義的理解;建立液體外表壓強的概念;觀察真空現(xiàn)象;利用U形管測量液體密度.222靜水面壓力實驗測定矩形平面上的靜水總壓力,加深對靜水壓力理論的理解.223能量轉(zhuǎn)化與動水壓力實驗了解恒定流時管道水流所具有的位能、壓能、和動能以及液體流動時能量轉(zhuǎn)化規(guī)律;測量急變流、漸變流、均勻流過水?dāng)嗝鎵簭姺植?;繪制測壓管水頭線和總水頭線.224動量實驗測定射流作用力,理解與動量變化之間的關(guān)系; 加深理解動量方程各項物理意義.225局部水頭
12、損失實驗測定管道各種邊界變化時的局部水頭損失系數(shù);觀察管徑忽然擴大時以及其它各種邊界變化時的測壓管水頭線變化情況.226沿程水頭損失實驗測定管道的沿程水頭損失系數(shù);并測定不同的相對粗糙度時雷諾數(shù)與沿程水頭損失系數(shù)的關(guān)系.227雷諾實驗測定水流的雷諾數(shù);判別層流紊流的流態(tài);測定水頭損失與斷面平均流速的關(guān)系.228管道測流量實驗測定文丘里流量計和孔板流量計的流量系數(shù);繪制文丘里流量計壓差與流量的關(guān)系曲線.229明渠測速實驗了解畢托管的根本原理和構(gòu)造;掌握畢托管測量點流速的方法;掌握光電流速儀測速方法;了解激光測速;ADV測速等現(xiàn)代測速方法.2210堰流實驗觀察薄壁堰、實用堰、寬頂堰的水流現(xiàn)象及特征
13、;測定各種堰的流量系數(shù);觀察堰的淹沒出流情況.2211滲流的水電比擬實驗用水電比較法測定并繪制有壓滲流流網(wǎng);利用流網(wǎng)計算滲流單寬流量、滲流速度、單寬壓力.2212孔口、管嘴出流實驗觀察孔口管嘴自由出流的水力現(xiàn)象;測定孔口管嘴出流時斷面收縮系數(shù)、流速系數(shù)、流量系數(shù)、局部損失系數(shù);測定圓柱形管嘴真空值.22續(xù)表:演示類實驗工程13空化與空蝕實驗觀察發(fā)生空化時的水流現(xiàn)象14水錘揚水機了解水擊產(chǎn)生的根本原理,觀察水擊波傳播現(xiàn)象,理解調(diào)壓井對水擊壓強的調(diào)節(jié)作用,把水擊原理加以利用.15流動演不儀觀察流體在邊界發(fā)生改變時的流動現(xiàn)象以及物體放在流場中的繞流現(xiàn)象;加深對流線的理解.16勢流疊加實驗觀察液體做平行流動的跡線和流線;觀察各種簡單勢
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