【水力學(xué)】-水力學(xué)-揚(yáng)州大學(xué)

PAGEPAGE5《水力學(xué)》課程教學(xué)大綱課程編號：306405課程類別：專業(yè)基礎(chǔ)課適用專業(yè)：水利水電工程專業(yè)專升本函授先修課程：高等數(shù)學(xué)、物理學(xué)、理論力學(xué)等后續(xù)課程：水工建筑物、水泵及水泵站等教學(xué)時數(shù)：100306010教學(xué)目的與要求：通過對本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生達(dá)到：1.掌握液流運(yùn)動的基本概念，如連續(xù)介質(zhì)的假說、理想液體模型、液流的各種分類、表征液流運(yùn)動的各種特征值（雷諾數(shù)、佛汝德數(shù)）等。2.掌握液流運(yùn)動的基本理論，如恒定總流的連續(xù)性方程、能量方程、動量方程、水頭損失理論等。3.能對本專業(yè)中常見的水力學(xué)問題進(jìn)行分析與計算。4.掌握利用常規(guī)儀器設(shè)備量測水位、壓強(qiáng)、流速、流量等水力要素的操作技能，并且具有分析實驗資料和整理實驗報告的能力。課程的地位和作用：《水力學(xué)》課程是農(nóng)田水利專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課。它運(yùn)用理論力學(xué)的基本原理和試驗研究相結(jié)合的方法，探討液流的基本規(guī)律及其在水利工程中的實際問題，是一門既有系統(tǒng)理論，又有較強(qiáng)實踐性的課程。本專業(yè)設(shè)置水力學(xué)課程的目的，是使學(xué)生掌握液流的基本理論與分析研究方法，為學(xué)習(xí)各種專業(yè)課和今后從事專業(yè)工作打下基礎(chǔ)，以便解決本專業(yè)工程中的有關(guān)液流問題。序號章節(jié)名稱序號章節(jié)名稱學(xué)時分配面授實驗自學(xué)1第一章緒論242第二章水靜力學(xué)62103第三章液流運(yùn)動的流束理論64104第四章液流型態(tài)及水頭損失42105第五章有壓管中的恒定流236第六章明渠恒定均勻流20.537第七章明渠恒定非均勻流20.568第八章堰流與閘孔出流20.549第九章泄水建筑物下游的消能20.5610第十章滲流24301060第一章緒論1.教學(xué)內(nèi)容（1）水力學(xué)的任務(wù)及其在水利工程中的應(yīng)用（2）液體的主要物理性質(zhì)：密度、容重、粘滯性、壓縮性等（3）作用在液體上的力2.本章重點：液體的物理性質(zhì)：密度、容重、粘滯性等本章難點：液體的粘滯性及粘滯系數(shù)等。教學(xué)基本要求：（1）了解水力學(xué)的任務(wù)及其在水利工程中的應(yīng)用；（2）理解液體的主要物理性質(zhì)：密度、容重、壓縮性等，掌握粘滯性及牛頓內(nèi)摩擦定律；（3）理解連續(xù)介質(zhì)的假說、理想液體、不可壓縮液體、牛頓液體等概念；（4）了解作用在液體上的兩種力：表面力與質(zhì)量力。第二章水靜力學(xué)教學(xué)內(nèi)容（1）靜學(xué)壓強(qiáng)及其特性（2）液體的平衡微分方程（3）等壓面（4）重力作用下的靜水壓強(qiáng)的基本公式（5）絕對壓強(qiáng)與相對壓強(qiáng)（6）壓強(qiáng)的量測（7）壓強(qiáng)的液柱表示法，水頭與單位勢能（8）作用在平面壁上的靜水總壓力（9）作用在曲面壁上的靜水總壓力本章重點：靜力學(xué)基本方程、絕對壓強(qiáng)與相對壓強(qiáng)、等壓面、水頭與單位勢能等概念，平面與曲面壁上靜水總壓力的計算。本章難點：表征曲面上靜水總壓力鉛垂分力的壓力體的分析與繪制。教學(xué)基本要求：（1）了解靜水壓力、靜水壓強(qiáng)的定義，理解靜水壓強(qiáng)的基本特性；（2）了解液體的平衡微分方程式；（3）掌握壓強(qiáng)的計示、單位、等壓面等概念，掌握靜力學(xué)基本方程式并能熟練進(jìn)行點壓強(qiáng)、兩點壓差的計算；（4）掌握平面壁上靜水壓力的計算，能熟練畫出平面上靜水壓強(qiáng)分布圖；（5）掌握曲面壁上靜水壓力的計算，能熟練畫出曲面的壓力體圖。第三章液流運(yùn)動的基本原理教學(xué)內(nèi)容（1）描述液體運(yùn)動的兩種方法（2）歐拉法的幾個基本概念（3）恒定一元流的連續(xù)性方程（4）實際液體恒定總流的能量方程（5）實際液體恒定總流的動量方程本章重點：流線、過水?dāng)嗝?、流量與斷面平均流速、水流的分類等概念；恒定總流的連續(xù)性方程、能量方程和動量方程的推導(dǎo)、適用條件、應(yīng)用注意點及實際工程應(yīng)用。本章難點：流線、水流的分類等概念以及能量方程與動量方程的實際應(yīng)用。教學(xué)基本要求：（1）了解描述液體運(yùn)動的兩種方法；（2）理解流線、元流、總流、過水?dāng)嗝妗⒘髁?、斷面平均流速等概念，掌握水流類型（恒定流與非恒定流、均勻流與非均勻流、急變流與漸變流等）的判別方法；（3）理解恒定一元流的連續(xù)性方程式的建立條件、物理意義，掌握其實際應(yīng)用；（4）理解恒定一元流的能量方程式的建立條件、物理意義，掌握其實際應(yīng)用；（5）了解總水頭線、測壓管水頭線、水力坡度、測壓管坡度的概念；（6）理解恒定一元流的動量方程式的建立條件、物理意義，掌握其實際應(yīng)用。第四章液流形態(tài)及水頭損失教學(xué)內(nèi)容（1）水頭損失的分類（2）均勻流沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系（3）液體運(yùn)動的兩種型態(tài)（4）層、紊流的特性（5）沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律（6）謝才公式（7）局部水頭損失本章重點：水頭損失的分類及計算，層流和紊流的主要特征及其判別、阻力系數(shù)的變化規(guī)律。本章難點：紊流的形成及其特征、沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律。教學(xué)基本要求：（1）了解水流阻力的類型及水頭損失的分類；（2）了解均勻流沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系建立過程，掌握沿程水頭損失的通用計算公式（或達(dá)西—魏斯巴赫公式；（3）掌握層流和紊流的判別，理解層、紊流的特征；（4）掌握沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律及沿程水頭損失的計算；（5）了解局部水頭損失的產(chǎn)生機(jī)理，掌握局部水頭損失的計算公式。第五章有壓管中的恒定流教學(xué)內(nèi)容（1）簡單管道水力計算的基本公式（2）簡單管道水力計算的基本類型（3）簡單管道水力計算特例（4）復(fù)雜管道的水力計算本章重點：恒定總流的基本方程式在簡單管道及復(fù)雜管道水力計算中的應(yīng)用。本章難點：管道中各斷面壓強(qiáng)沿程變化的定性分析。教學(xué)基本要求：（1）了解簡單管道與復(fù)雜管道、自由出流與淹沒出流、長管與短管等概念；（2）了解簡單管道水力計算的基本公式的建立過程；（3）掌握簡單管道的水力計算類型及方法；（4）了解串聯(lián)、并聯(lián)管道水流特征及水力計算。第六章 明渠恒定均勻流教學(xué)內(nèi)容（1）明渠的幾何特征及分類（2）明渠均勻流的特性及其產(chǎn)生條件（3）明渠均勻流的基本公式及水力計算（4）水力最佳斷面及允許流速（5）復(fù)式斷面明渠的水力計算本章重點：明渠均勻流的特性、水力計算的基本公式及類型。本章難點：明渠斷面形狀的設(shè)計（正常水深或底寬的計算。教學(xué)基本要求：（1）了解明渠的幾何特征，按幾何特性對明渠進(jìn)行分類；（2）理解明渠均勻流的產(chǎn)生、特性及發(fā)生條件；（3）掌握明渠均勻流的基本公式、水力計算類型；（4）了解復(fù)式斷面明渠及其水力計算。第七章明渠恒定非均勻流教學(xué)內(nèi)容（1）明渠水流的三種流態(tài)（2）斷面比能、臨界水深及臨界底坡（3）水跌與水躍現(xiàn)象（4）明渠恒定非均勻漸變流的微分方程式（5）棱柱體明渠中恒定非均勻漸變流水面曲線分析（6）明渠恒定非均勻漸變流水面曲線的計算——分段求和法本章重點：明渠水流的緩流與急流流態(tài)、斷面比能、臨界水深、臨界底坡等概念，以及棱柱體明渠水面曲線的定性分析。本章難點：水面曲線的定性分析。教學(xué)基本要求：（1）理解明渠水流的三種流態(tài)：緩流、急流、臨界流及其判別；（2）理解斷面比能、臨界水深、臨界底坡、佛汝德數(shù)等概念；（3）了解水跌與水躍現(xiàn)象，掌握平底棱柱體明渠中水躍方程式及水躍共軛水深、躍長的計算；（4）理解棱柱體明渠非均勻漸變流水面線的定性分析，掌握十二條水面線的規(guī)律；（5）了解明渠恒定非均勻漸變流水面曲線的計算方法及計算類型。第八章堰流與閘孔出流教學(xué)內(nèi)容（1）堰流的分類及計算公式（2）薄壁堰流的水力計算（3）實用堰流的水力計算（4）寬頂堰流的水力計算（5）閘孔出流的水力計算本章重點：堰、閘水流現(xiàn)象與水力計算。本章難點：各種系數(shù)的確定。教學(xué)基本要求：（1）了解堰的分類及堰流計算公式的建立；（2）掌握各種堰型系數(shù)的確定，并能進(jìn)行各種類型的水力計算；（3）掌握閘孔出流公式，并能進(jìn)行水力計算；第九章泄水建筑物下游的消能教學(xué)內(nèi)容（1）幾種消能方式（2）底流式消能的水力計算：收縮斷面水深的計算、水躍位置的判別、消力池尺寸計算本章重點：底流式消能的水力計算。本章難點：消力池池深的計算、消力池設(shè)計流量的確定。教學(xué)基本要求：（1）了解幾種消能方式：底流式消能、面流式消能、挑流式消能、消能戽等（2）掌握泄水建筑物下游收縮斷面水深的計算、水躍位置的判別（3）掌握消力池深及池長的計算第十章 滲流教學(xué)內(nèi)容（1）滲流的有關(guān)概念（2）達(dá)西定律（3）恒定無壓滲流（4）井的滲流（5）土壩滲流本章重點：滲流模型、滲流的達(dá)西定律及杜比公式。本章難點：滲流模型。教學(xué)基本要求：（1）了解水在土壤中存在形式、土壤的分類，理解滲流模型；（2）掌握達(dá)西定律及其適用范圍，掌握滲透系數(shù)的概念及其數(shù)值的確定方法；（3）掌握恒定無壓漸變滲流的杜比公式，了解漸變滲流的浸潤線；（4）了解井、土壩滲流；主要教材及參考書：1《水力學(xué)（上、下冊（第四版）成都科技大學(xué)吳持恭主編 高等教育出版社 2008.12《水力學(xué)（上、下冊）河海大學(xué)李家星、趙振興主編 河海大學(xué)出版社2001.13《水力學(xué)教程（第四版）黃儒欽主編 西南交通大學(xué)出版社2010.9本課程大綱撰寫人基本情況：熊亞南，副教授，揚(yáng)州大學(xué)2014年11月環(huán)境水力學(xué)水庫的污染指標(biāo)：化學(xué)需氧量、總磷和五日生化需氧量。海域的污染指標(biāo)：無機(jī)氮和活性磷酸鹽。有哪些為特為河口區(qū)“避” 能舉例。三種凈化：物理凈化：稀釋、擴(kuò)散、沉積化學(xué)凈化：氧化分解、凝聚（懸浮物沉淀，淤泥吸附）生物凈化：微生物的氧化分解相互關(guān)系：交織在一起。外來物質(zhì)；對環(huán)境造成非預(yù)期的影響，或影響資源的質(zhì)量外來物質(zhì)進(jìn)入水體、且造成了水質(zhì)的破壞污染分類： Pointsource(點源)；Nonpointsource 瞬時源、持續(xù)源（恒定、非恒定） III 毒？有機(jī)？金屬？放射性？細(xì)菌？熱?污染物分類：無毒有機(jī)物 (降解消耗溶解氧 水體富營養(yǎng)化)無毒無機(jī)物 (鹽水入侵)有毒有機(jī)物 (農(nóng)藥/化工產(chǎn)品 難分解 在生物體累計)有毒無機(jī)物 (劇毒無機(jī)鹽，氧化分解)重金屬(微量即有毒)放射性物質(zhì)(各種射線，危害顯然)細(xì)菌(動物排泄物)熱污染(熱廢水-破壞水生生物生態(tài)環(huán)境)濃度（描述水體污染程度的指標(biāo)）定義為：在單位體積的水中含有的污染物質(zhì)量常用單位（mg/l、ppm）S稀釋度樣品總體積與樣品中所含污水體積之比、相對濃度：P=1/S，樣品內(nèi)的污水體積率分子擴(kuò)散、隨流輸運(yùn)、紊動擴(kuò)散、剪切擴(kuò)散的定義與區(qū)別。分子擴(kuò)散：分子的布朗運(yùn)動引起的物質(zhì)遷移。污染物由于分子擴(kuò)散作用，在單位時間內(nèi)按一定方向通過一定面積的污染物質(zhì)量與該方向的濃度梯度成正比。條件：物質(zhì)有濃度梯度，從濃度高向濃度低的地方移動。特點：分子擴(kuò)散與溫度和壓力也有一定的關(guān)系；分子擴(kuò)散不可逆隨流輸運(yùn)：含有物質(zhì)隨水流質(zhì)點的流動而產(chǎn)生的遷移。條件：紊態(tài)水流特點：紊動擴(kuò)散強(qiáng)弱與水流旋渦運(yùn)動有關(guān)。紊動能夠傳遞物質(zhì)與其能夠傳遞能量和動量的原理類似。剪切分散：由于流速在空間分布的不均勻，導(dǎo)致污染物質(zhì)點之間相對位置的變化，從而導(dǎo)致的污染物在空間的重新分配！剪切分散本質(zhì)上是一種隨流輸運(yùn)!c分子擴(kuò)散系數(shù)的估算：12、矩法單位m

2/s

qDxEyy *Eyy *uh如果能求得k和e能求解，從而知道我們的紊動擴(kuò)散系數(shù)?？v向紊動擴(kuò)散系數(shù)K=5.86u*h剪切離散系數(shù)的估算：理解下面這段話：1：理論推導(dǎo)2K=5.93hu*（hu*為剪切流速）方法3；矩法v2221K 2tt2t t12 1 （時間二次矩，第一種矩法是空間二次矩）對圓管層流的縱向分散系數(shù)（4.24-2-3）的理解—單純記憶無效，只有理解才能正確答題！方程4-2-1中：瞬時值u，c等于時均值—層流；無紊動擴(kuò)散；D為分子擴(kuò)散系數(shù)。4-2-1c=cb+Cm;u=ub+V4-2-1經(jīng)過一番推導(dǎo)到了4-2-5。對方程4-2-5的理解極為重要。請看，該方程有左右兩項。b00右端：分子擴(kuò)散導(dǎo)致的在橫截面上的污染物通量度=0；位置保持不變；污染物柱體向圓管下游整體保持移動。（即剪切分散。由于縱向剪切分散，橫截面上出現(xiàn)污染物梯度出4-2-524-2-5cb向上的解析表達(dá)式。cbK幸運(yùn)的是，對于圓管層流，我們知道其速度在橫向分布，即方程4-2-9。于是，通過推導(dǎo)，能最終得到方程4-2-13，即圓管層流條件下縱向分散系數(shù)K的理論表達(dá)式。c

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z的證明推導(dǎo)過程。各項物理意義。各個局部的物理意義。適應(yīng)范圍：所有水流UCEX、EY、EZ為何書本上沒有S?如何使之出現(xiàn)。上式為何沒有剪切分散項，如何使之出現(xiàn)。zbhuc zbh zh z dz ucdz( b )uc ( b)uc x x

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( b)(uc)x zb bzb一般假設(shè)：

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CC。b理解：x=0x=L把這個空間，劃分成Ndx；則dx=L/N；控i，i=1,2,3，NiiABii+-*/數(shù)學(xué)表達(dá)式欲計算i控制體未來時刻濃度的值（即 ，上式中其他變量必須為已知。這就叫做：i控制體未來時刻的值的解能定下來。稱之為定解條件；包括如下幾個部分。dtdxD+E+K必須知道—可以用經(jīng)驗公式算，稱之為閉合經(jīng)驗關(guān)系式—后面有專門章節(jié)介紹。Ci+1Ci-1Cit(UC)A