水力学教学大纲.doc

水力学教学大纲：01057课程名称：水力学 英文名称：Fluid Mechanics学 时：68（60+8） 学 分：4适用专业：给水排水工程 课程组别：专业大类A组先修课程：高等数学、大学物理、理论力学、材料力学一、课程教学目标水力学的任务是通过各种教学环节，使学生掌握水力学的基本理论、水力计算方法和水力实验的基本操作技能，为学习专业课程，从事专业工作和进行科学研究打下一定的基础。它的基本要求是：1、具有本专业的理论基础，包括：（1）正确理解水力学的基本概念，如层流和紊流、急流和缓流、雷诺数和佛汝德数等。（2）掌握总流的连续性方程、能量方程和动量方程及其应用。（3）掌握分析水流运动的总流分析法，对量纲分析和实验相结合的方法也有一定的理解。2、对一般较简单的、本专业常见的水流问题，具有分析和计算能力，主要包括：静水压力的计算；管道及明渠的断面尺寸和过流能力的确定；孔口、涵洞和堰流过流能力以及井和集水廊道的渗流计算等。3、具有正确使用水力计算中的基本图表和正确进行数字计算能力，掌握测量水位、压强、流速和流量的操作技能，具有分析实验数据和编写报告的能力。二、 课程内容第一章 绪论1、水力学的定义、任务和研究方法。2、水力学的发展概况。3、液体作为连续介质的概念。4、液体的主要物理性质。内摩擦定律。5、作用于液体的两种力：质量力和表面力。6、理想液体和实际液体。第二章水静力学1、静水压强及其特性。2、液体的平衡微分方程及其积分。等压面。3、重力作用下的静水压强基本公式。压强分布图。压强的计量单位及其换算，绝对压强和相对压强，真空度。4、静水压强基本公式的几何意义：位置水头和位能、压强水头和压能、测压管水头和势能。5、压强的测量。6、几种质量力同时作用下的液体平衡。7、作用于平面上的静水总压力。压力中心。8、作用于曲面上的静水总压力。压力体。9、浮力。*浮体的稳定第三章水动力学理论基础1、液体运动的两种方法：拉格朗日法和欧拉法。2、流场，流线，质点加速度。恒定流和非恒定流。均匀流和非均匀流。总流，过水断面。流量。断面平均速度。3、不可压缩液体的连续性微分方程。4、总流的连续性方程。5、理想液体的运动微分方程（欧拉方程）。6、运动微分方程沿流线的积分：伯努利方程及其几何意义和能量意义，伯努利方程的应用举例。7、渐变流和急变流，恒定总流的能量方程及其应用条件和举例。8、恒定总流的动量方程及其举例。9、有势流动。*有涡流动的概念。第四章 水流阻力和水头损失1、实际流动的两种形态：层流和紊流。流动形态的判别。2、水流阻力于水头损失的两种形式：沿程阻力和沿程水头损失，局部阻力和局部水头损失。3、均匀流阻力和水头损失的关系，过水断面的水力要素：湿周和水力半径。沿程水头损失的一般表示（达西魏斯巴赫公式）。4、圆管中的层流运动。过水断面上的流速分布。圆管层流的沿程水头损失。沿程阻力系数与雷诺数的关系。5、紊流的脉动现象。运动要素的瞬时值，时均值和脉动值。紊流的附加切应力。6、圆管中的紊流运动。边壁粗糙。水力光滑和水力粗糙。7、过水断面上的流速分布。沿程阻力系数与雷诺数和相对粗糙的关系。尼古拉兹试验。确定实际管道沿程阻力系数的公式或曲线图。8、谢才公式、曼宁公式。粗糙系数（糙数）.9、绕流阻力。边界层的分离。10、局部阻力和局部水头损失。圆管中突然扩大的水头损失。第五章 孔口、管嘴出流和有压管流1、孔口恒定自由出流基本公式。收缩现象和影响因素。淹没出流。管嘴出流特征。2、短管的水力计算。测压管水头线和总水头线的绘制。3、长管的水水计算。简单管路。串联管路。沿程均匀泄流管路。4、水击现象。直接水击压强计算。第六章 明渠水流1、明渠均匀流的水力特征和基本计算公式。正常水深，糙率n值的确定。渠道的水力最优断面。允许流速。明渠均匀流水力计算的基本问题。无压圆管均匀流的水力计算。2、棱柱形渠道和非棱柱形渠道，断面单位能量。临界水深。急流、缓流和临界流。3、水跃现象。水跃的基本方程。水跃函数。共扼水深。水跃长度。水跃能量损失。4、明渠非均匀流的微分方程。明渠渐变流水面曲线的定性分析。明渠渐变流水面曲线的计算：分段试算法。第七章 堰流1、堰的形式：薄壁堰，实用堰，宽顶堰。2、堰流的基本公式。流量系数及其影响因素：堰孔和堰顶的形状、侧收缩和下游水位等。3、*宽顶堰理论在计算小桥孔和无压涵洞的应用。4、堰的流量系数。5、*跌水的水力计算（包括衔接削能）。第八章 渗流1、渗流现象。达西定律及其适用范围。渗流系数。2、恒定渐变渗流的裘皮幼公式。3、集水廊道的水力计算。4、普通井。自流井和大口井的水利计算。5、*势流叠加原理在井群计算中的应用。6、*流网简介第九章 相似性原理和量纲分析1、原型和模型的力学相似。2、相似准数：欧拉数，佛汝德数，雷诺数，韦伯数，决定性准数和非决定性准数。3、模型律。普遍相似和部分相似，佛汝德模型律，雷诺模型律。4、雷利因次分析法，定律。三、 实验及演示1、静水压强测定2、液体相对平衡测定3、流线演示4、文丘里流量计流量系数测定5、液体动量方程测定6、流态测定7、管流沿程阻力系数测定8、管流突然扩大局部阻力系数测定9、虹吸管水力性能演示10、孔口、管嘴系数测定11、水击演示12、水跃测定13、矩形薄壁堰流量系数测定14、宽顶堰流量系数测定15、渗流测定四、教学安排与方式水力学是一门技术基础课，其教学以课内讲授为主，配合实验等多种教学方式。学生课内与课外所用时间之比为1：1.5。教学安排如下表。课程主要内容讲课时数课内外学时之比作业量及批改要求绪论31：1.5每章布置一次作业，习题总量不少于70题，全部批改。作为平时成绩的一部分。水静力学9水动力学理论基础10水流阻力和能水头损失10孔口、管嘴出流和管压流6明渠水流10堰流4渗流4相似性原理和量纲分析4合计60注：带*为学生选学或自学内容。五、考核方式本课程通过多方面进行考核：作业、考勤，10；实验，10；期末闭卷考试，80。六、推荐教材和参考资料1、水力学王烽、金建华，湖南大学出版社。2、水力学西南交大水力