水力學(xué)課程教學(xué)大綱

1、碩士研究生入學(xué)考試水力學(xué)考試大綱一、課程性質(zhì)、目的與任務(wù)以及對(duì)先開課程要求水力學(xué)是水利類各專業(yè)必修的一門主要專業(yè)基礎(chǔ)課。水力學(xué)的任務(wù)是研究液體（主要是水）的平衡和機(jī)械運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及其實(shí)際應(yīng)用。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握水流運(yùn)動(dòng)的基本概念、基本理論與分析方法，理解不同水流的特點(diǎn)，學(xué)會(huì)常見水利工程中的水力計(jì)算，并具備初步的試驗(yàn)量測(cè)技能，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和專業(yè)技術(shù)工作打下基礎(chǔ)。二、教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)本課程教學(xué)重點(diǎn)：水靜力學(xué)，水動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)，流動(dòng)阻力與水頭損失，有壓管路，明渠均勻流，明渠非均勻流。難點(diǎn)：液體的相對(duì)平衡，作用在平面、曲面上的力，實(shí)際液體的運(yùn)動(dòng)微分方程，恒定總流伯諾里方程，恒定總流動(dòng)量方程，紊

2、流沿程損失的分析與計(jì)算，復(fù)雜長管的水力計(jì)算，管網(wǎng)的水力計(jì)算，無壓圓管均勻流水力計(jì)算，斷面單位能量、臨界水深，恒定明渠流動(dòng)的流動(dòng)型態(tài)及判別標(biāo)準(zhǔn)，明渠非均勻漸變流微分方程，棱柱體渠道非均勻漸變流水面曲線的計(jì)算。三、與其它課程的關(guān)系學(xué)習(xí)本課程應(yīng)具備高等數(shù)學(xué)中有關(guān)微分、積分、簡單微分方程等高等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)；還應(yīng)具備理論力學(xué)、材料力學(xué)中有關(guān)靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、應(yīng)力與應(yīng)變、面積矩等方面的工程力學(xué)基礎(chǔ)。后續(xù)課程為水資源管理、水工建筑物、水利工程施工與水電站。四、教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時(shí)分配及基本要求第一章緒論基本要求：了解液體運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律及研究液體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一般方法，掌握液體的主要物理性質(zhì)。重點(diǎn)：.液體的主要物理性質(zhì)難點(diǎn)：

3、液體粘性產(chǎn)生原因及作用第一節(jié)水力學(xué)的任務(wù)及其發(fā)展概況1、水力學(xué)的任務(wù)2、水力學(xué)發(fā)展簡史第二節(jié)液體的主要物理性質(zhì)及其作用在液體上的力1、液體的質(zhì)量和密度2、液體的重量和容重3、液體的粘滯性4、液體的壓縮性5、液體的表面張力6、作用于液體上的力第三節(jié)液體的基本特征和連續(xù)介質(zhì)1、液體的基本特征2、連續(xù)介質(zhì)假設(shè)3、理想液體的概念第四節(jié)水力學(xué)的研究方法1、科學(xué)試驗(yàn)2、理論分析3、數(shù)值計(jì)算第二章水靜力學(xué)基本要求：掌握靜水壓強(qiáng)的特性，壓強(qiáng)的表示方法及計(jì)量單位，掌握液體平衡微分方程與水靜力學(xué)的基本方程，掌握液柱式測(cè)壓儀的基本原理，能熟練計(jì)算作用在平面、曲面上的靜水總壓力。理解潛浮體的平衡與穩(wěn)定。重點(diǎn)：靜水壓強(qiáng)

4、的特性，液體平衡微分方程，水靜力學(xué)的基本方程，絕對(duì)壓強(qiáng)、相對(duì)壓強(qiáng)、真空度，測(cè)量壓強(qiáng)的儀器，靜水壓強(qiáng)分布圖，.難點(diǎn)：液體的相對(duì)平衡，作用在平面、曲面上的力。第一節(jié)靜水壓強(qiáng)及其特性1、靜水壓強(qiáng)2、靜水壓強(qiáng)的特性第二節(jié)液體的平衡微分方程式1、液體平衡微分方程式2、力勢(shì)函數(shù)和平衡微分方程式的積分3、等壓面第三節(jié)重力和幾種質(zhì)量力同時(shí)作用下的液體平衡1、重力作用下靜水壓強(qiáng)的基本公式2、幾種質(zhì)量力同時(shí)作用下的液體平衡第四節(jié)壓強(qiáng)的表示方法及度量1、絕對(duì)壓強(qiáng)、相對(duì)壓強(qiáng)、真空及真空度2、壓強(qiáng)的表示方法3、水頭和單位勢(shì)能4、壓強(qiáng)的量測(cè)第五節(jié)作用于平面上的靜水總壓力1、靜水壓強(qiáng)分布圖與作用于矩形平面上的靜水總壓力2、

5、用分析法求任意平面上的靜水總壓力第六節(jié)作用于曲面上的靜水總壓力第三章水動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)基本要求：理解液體運(yùn)動(dòng)的兩種方法拉格朗日法和歐拉法，了解液體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)的基本形式，牢固掌握恒定總流連續(xù)性方程、連續(xù)性微分方程、理想液體元流的能量方程與實(shí)際液體總流的能量方程、恒定總流動(dòng)量方程。掌握量綱分析法。重點(diǎn)：實(shí)際液體的運(yùn)動(dòng)微分方程，恒定總流伯諾里方程，恒定總流動(dòng)量方程，量綱和諧原理。難點(diǎn)：實(shí)際液體的運(yùn)動(dòng)微分方程，恒定總流伯諾里方程，恒定總流動(dòng)量方程，恒定平面勢(shì)流。第一節(jié)描述液體運(yùn)動(dòng)的兩種方法1、拉格朗日法2、歐拉法第二節(jié)液體運(yùn)動(dòng)的基本概念1、恒定流與非恒定流2、跡線與流線3、流管、元流、總流4、過水?dāng)嗝?、流量?/p>

6、斷面平均流速5、一維流、二維流、三維流6、均勻流和非均勻流、漸變流和急變流第三節(jié)恒定總流的連續(xù)性方程第四節(jié)恒定元流的能量方程1、理想液體元流的能量方程2、理想液體元流能量方程的意義3、畢托管測(cè)流速原理4、實(shí)際液體元流的能量方程第五節(jié)恒定總流的能量方程1、恒定總流的能量方程2、能量方程的幾何圖示一一水頭線第六節(jié)能量方程的應(yīng)用1、能量方程的應(yīng)用條件及注意事項(xiàng)2、能量方程應(yīng)用舉例第七節(jié)恒定總流的動(dòng)量方程1、恒定總流的動(dòng)量方程2、動(dòng)量方程應(yīng)用3、恒定總流的動(dòng)量矩方程第八節(jié)量綱分析簡介1、量綱分析法基本概念2、量綱分析法及其應(yīng)用第四章液流形態(tài)及水頭損失基本要求：理解實(shí)際液體的兩種流動(dòng)型態(tài)層流與紊流，掌握

7、均勻流的基本方程、圓管層流與紊流沿程阻力及沿程水頭損失的計(jì)算方法，掌握局部阻力及局部損失的分析與計(jì)算。了解紊流的基本理論及邊界層概念與繞流阻力。重點(diǎn)：流動(dòng)阻力與水頭損失的概念與產(chǎn)生原因，實(shí)際液體的兩種流動(dòng)型態(tài)層流與紊流，均勻流的基本方程、圓管層流與紊流沿程阻力及沿程水頭損失的計(jì)算方法，局部阻力及局部損失的分析與計(jì)算。難點(diǎn)：沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律第一節(jié)水頭損失的分類及水流邊界對(duì)水頭損失的影響第二節(jié)液流的兩種流動(dòng)形態(tài)1、雷諾實(shí)驗(yàn)2、沿程水頭損失hf和平均流速v的關(guān)系3、流態(tài)的判別雷諾數(shù)第三節(jié)均勻流沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系1、液體均勻流的沿程水頭損失2、切應(yīng)力與沿程水頭損失的關(guān)系3、切應(yīng)力的分布第

8、四節(jié)圓管中的層流運(yùn)動(dòng)及其沿程水頭損失的計(jì)算1、流速分布2、流量3、斷面平均流速4、沿程水頭損失5、動(dòng)能修正系數(shù)和動(dòng)量修正系數(shù)第五節(jié)紊流的形成過程及特征1、紊流形成過程2、紊流運(yùn)動(dòng)要素的脈動(dòng)和時(shí)均化3、紊流產(chǎn)生附加切應(yīng)力4、紊流中存在黏性底層5、紊動(dòng)使流速分布均勻化第六節(jié)沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律1、尼古拉茲實(shí)驗(yàn)2、沿程阻力系數(shù)的半經(jīng)驗(yàn)公式3、沿程阻力系數(shù)的試驗(yàn)曲線第七節(jié)沿程水頭損失計(jì)算公式1、沿程水頭損失的一般公式達(dá)西威斯巴赫公式2、哈森威廉斯公式3、謝才公式第八節(jié)局部水頭損失第五章有壓管道中的恒定流基本要求：能熟練進(jìn)行短管、簡單長管、串聯(lián)并聯(lián)長管、沿程泄流、枝狀管網(wǎng)的水力計(jì)算。重點(diǎn)：短管的水力計(jì)

9、算，簡單長管的水力計(jì)算。難點(diǎn)：復(fù)雜長管的水力計(jì)算，管網(wǎng)的水力計(jì)算。第一節(jié)簡單管道水力計(jì)算的基本公式1、簡單管道自由出流2、簡單管道淹沒出流3、測(cè)壓管水頭線的繪制第二節(jié)簡單管道、短管水力計(jì)算的類型及實(shí)例1、水力計(jì)算的任務(wù)2、水力計(jì)算實(shí)例第三節(jié)長管水力計(jì)算第四節(jié)串聯(lián)、分叉和并聯(lián)管道水力計(jì)算1、串聯(lián)管道2、分叉管道3、并聯(lián)管道第五節(jié)沿程均勻泄流管道水力計(jì)算1、沿程均勻泄流管道流量與管長的關(guān)系2、沿程水頭損失的逐段計(jì)算法3、沿程水頭損失的多口系數(shù)法4、沿程均勻泄流管道的壓力分布第六章明渠恒定均勻流基本要求：理解水力最優(yōu)斷面及允許流速的基本概念，熟練地進(jìn)行明渠均勻流各類問題的水力計(jì)算方法及復(fù)式斷面、無壓

10、圓管的水力計(jì)算。重點(diǎn)：明渠均勻流的計(jì)算，水力最優(yōu)斷面及允許流速，明渠均勻流水力計(jì)算的基本問題，無壓圓管均勻流水力計(jì)算，復(fù)式斷面明渠均勻流水力計(jì)算。難點(diǎn)：無壓圓管均勻流水力計(jì)算，復(fù)式斷面明渠均勻流水力計(jì)算。第一節(jié)概述1、明渠水流2、渠道的形式3、渠道的底坡第二節(jié)明渠均勻流特性及其產(chǎn)生條件1、明渠均勻流的特性2、明渠均勻流的形成條件第三節(jié)明渠均勻流的計(jì)算公式第四節(jié)水力最佳斷面與實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面1、水力最佳斷面2、實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面第五節(jié)明渠均勻流水力計(jì)算中的粗糙系數(shù)與允許流速1、明渠的粗糙系數(shù)2、渠道中的允許流速第六節(jié)明渠均勻流的水力計(jì)算1、已成渠道的水力計(jì)算2、新設(shè)計(jì)渠道的水力計(jì)算第五節(jié)粗糙度不同的明渠及

11、復(fù)式斷面明渠的水力計(jì)算1、斷面周界上粗糙度不同的明渠均勻流的水力計(jì)算2、復(fù)式斷面明渠均勻流的水力計(jì)算第七章明渠恒定非均勻流基本要求：理解明渠非均勻流中斷面單位能量、臨界水深等的基本概念，掌握恒定明渠流動(dòng)的流動(dòng)型態(tài)的判別方法，理解非均勻漸變流微分方程、水躍與跌水的概念及水躍的基本方程，并能進(jìn)行水面曲線的分析與繪制。重點(diǎn)：明渠非均勻流概述，斷面單位能量、臨界水深，恒定明渠流動(dòng)的流動(dòng)型態(tài)及判別標(biāo)準(zhǔn)，明渠非均勻漸變流微分方程，棱柱體渠道非均勻漸變流水面曲線的計(jì)算，水躍與跌水。難點(diǎn)：斷面單位能量、臨界水深，恒定明渠流動(dòng)的流動(dòng)型態(tài)及判別標(biāo)準(zhǔn)，明渠非均勻漸變流微分方程，棱柱體渠道非均勻漸變流水面曲線的計(jì)算第

12、一節(jié)概述第二節(jié)明渠水流的流態(tài)及其判別1、緩流和急流的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析2、緩流和急流的能量分析第三節(jié)臨界底坡、緩坡與陡坡第四節(jié)明渠水流兩種流態(tài)的轉(zhuǎn)換水躍與水跌1、水躍2、水跌第五節(jié)明渠恒定非均勻漸變流的微分方程式1、水深沿流程變化的微分方程式2、水位沿流程變化的微分方程式第六節(jié)棱柱體明渠中恒定非均勻漸變流水面曲線分析1、棱柱體明渠中恒定非均勻漸變流水面線分區(qū)2、棱柱體明渠中恒定非均勻漸變流水面曲線的定性分析3、水面曲線分析的一般原則及注意點(diǎn)第七節(jié)明渠恒定非均勻漸變流水面曲線的計(jì)算逐段試算法1、基本計(jì)算公式2、計(jì)算方法第八章堰流、閘孔出流和橋、涵過流的水力計(jì)算基本要求：理解恒定孔口出流、管嘴出流、非恒定

13、孔口管嘴出流的基本計(jì)算方法，了解閘孔出流、堰流的計(jì)算方法。重點(diǎn)：恒定薄壁孔口出流，恒定管嘴出流，非恒定孔口、管嘴出流，閘孔出流，堰流。難點(diǎn)：閘孔出流，堰流的水力計(jì)算。第一節(jié)堰流的分類及水力計(jì)算基本公式1、堰流的分類2、堰流水力計(jì)算的基本公式第二節(jié)薄壁堰流的水力計(jì)算1、矩形薄壁堰流2、直角三角形薄壁堰流第三節(jié)實(shí)用堰流的水力計(jì)算1、曲線型實(shí)用堰的剖面形狀2、WE舟ij面型實(shí)用堰的流量系數(shù)3、側(cè)收縮系數(shù)4、淹沒系數(shù)5、折線型實(shí)用堰6、低實(shí)用堰簡介第四節(jié)寬頂堰流的水力計(jì)算1、流量系數(shù)m2、側(cè)收縮系數(shù)3、淹沒系數(shù)4、無坎寬頂堰流的水力計(jì)算第五節(jié)閘孔出流的水力計(jì)算1、閘孔出流的水力特征2、閘孔出流的基本計(jì)

14、算公式3、閘孔出流的流量系數(shù)第九章泄水建筑物下游的水流銜接與消能基本要求了解建筑物下游水流特點(diǎn)及銜接、消能方式，掌握底流型消力池的校核與設(shè)計(jì)。重點(diǎn)底流型消力池的設(shè)計(jì)必須滿足的條件和計(jì)算步驟。難點(diǎn)底流型消力池的設(shè)計(jì)。第一節(jié)概述第二節(jié)泄水建筑物下游水流的銜接形式與消能方式第三節(jié)收縮斷面水深的計(jì)算第四節(jié)底流型銜接與消能1、降低護(hù)坦式消能池2、護(hù)坦末端加筑消能坎形成的消能池3、消能池的設(shè)計(jì)流量4、綜合式消能池的水力計(jì)算5、輔助效能工第五節(jié)挑流型銜接與消能1、挑流射程計(jì)算2、沖刷坑深度的估算3、挑流鼻坎的形式與尺寸第十三章滲流基本要求：理解滲流模型與達(dá)西滲透定律，了解地下水的均勻滲流和非均勻滲流的基本方程，能進(jìn)行井出水量的基本計(jì)算和浸潤曲線的分析。重點(diǎn)：滲流模型，達(dá)西定律。難點(diǎn)：地下水的均勻滲流和非均勻漸變滲流，棱柱體地下明渠中恒定漸變滲流浸潤曲線分析與計(jì)算。第一節(jié)滲流的基本概念1、水在土壤中存在的形式2、土壤的滲流特性及分類3、滲流模型第二節(jié)滲流的基本定律達(dá)西定律1、達(dá)西定律2、達(dá)西定律的適用范圍3、滲透系數(shù)第三節(jié)恒定無壓均勻流和非均勻漸變流1、均勻滲流2、漸變滲流的基本公式3、