《流体力学》课程教学大纲(学时)

《流体力学》课程教学大纲(88学时)英文名称：Hydraulics课程编号：203504课程类型：学科根底课程学时：88学分：5.5适应对象：给水排水专业〔本科〕先修课程：高等数学、理论力学使用教材及参考书：张鸿雁等编，《流体力学》，科学出版社，2023；严华主编，《水力学》，科技文献出版社，2023一、课程性质、目的和任务1．课程性质水排水专业工程技术人员应具有的力学根底。课程目的和任务培育在给水排水工程领域从事技术工作的适应力气和创力气打下坚实的根底。技术工作制造条件。二、课程教学内容及要求第一章绪论教学内容：水力学的争论对象；质量力和外表力的作用方式，单位质量力和应力；流淌性、惯性和重力特性、压缩性和膨胀性、粘性等流体的主要物理性质；连续介质、抱负流体及不行压缩流体模型。根本要求：本章是水力学的开篇，通过本章的学习，理解流体的根本特征，作用在流体上的力，以及流体的主要物理性质，初步生疏水力学课程。1．识记连续介质概念[1]，质量力和外表力的定义[1]，密度、容重及比重的定义[1]，压缩系数和膨胀系数的定义式[2]。2．领悟流淌性的力学含义[2]，单位质量力和应力的概念[1]，粘性的物理概念[2]。应用牛顿内摩擦定律计算粘性效应[1]；液体压缩性的计算[2]。重点：密度、容重的区分与联系，牛顿内摩擦定律。难点：粘性及粘性力计算。其次章流体静力学教学内容：流体静压强及其两个根本特性；流体平衡微分方程的建立及其物理意义；等压面及其根本特征；重力作用下流体静压强的分布：流准：确定压强和相对压强，真空度；表示压强的三种单位：应力单位、液柱单位、大气压单位及相互间的换算；液柱式测压计；作用于平面壁阿基米德原理。根本要求：和静水总压力的计算方法。[1]，流体平衡微分方程及其全微分式[2]，流体静力学根本方程[1[1]，标准大气压和工程大气压[2]，帕斯卡原理[3]，等压面的方程及外形[1]，静水总压力的计算公式[1]，压力体确实定[2]，阿基米德原理[2]。2[2]，静止和相对平衡状况下压强分布积分式的建立[2[2]，液体压力计的测压原理[1]，计算平面壁、曲面壁所受静水总压力的原理[1]。3[1]；应用液柱式测压计测量压强和压强差[1]。4[2]；计算作用于平面壁的静水总压力及其作用点[1]；计算曲面所受静水总压力的水平分力和铅垂分力[2]。重点：应用流体静力学根本方程计算点压强，静水总压力计算。难点：相对平衡时的压强分布。第三章流体动力学根底教学内容:描述流体运动的两种方法；流淌分类；流线、元流、总流、流量、断面平均流速等欧拉方法中的假设干概念；有旋流与无旋流，平面势流；连续性微分方程、总流连续性方程；抱负流体、粘性流体的运动微分方程；元流能量方程及其应用；渐变流及其性质；总流能量方程及其扩展；总流能量方程的应用；动量方程及其应用。根本要求:娴熟把握综合运用三个根本方程计算总流运动的方法。识记欧拉法描述流体运动的一般表达式[3]，恒定流、均匀流、一元流[2]，流量和断面平均流速的概念[1]，无旋流条件[2]，连续性方程的各种表达式[1[2]，元流、总流能量方程的表达式及渐变流性质、动能修正系数[1]，动量方程表达式及动量修正系数[1]。理解当地加速度和迁移加速度[2[2]，平面势流的流函数和势函数[2]，各微分方程的物理意义[3]，总流三大方程的物理意义、应用条件、方程扩展及应用留意事项[1]。3[2]；应用连续性方程计算断面平均流速和流量[1]；应用元流能量方程计算沿流线流速和压强的变化[1]，皮托管测点流速[2]。4[1]；文丘里流量计测管道流量[1]；应用总流淌量方程及连续性方程、能量方程分析计算水流与周界之间的相互作用力[1]。重点：应用总流能量方程及连续性方程分析计算总流运动问题。难点：平面势流的流函数和势函数。第四章相像原理与量纲分析教学内容：力学相像的含义，几何相像、运动相像及动力相像，相应物理量的比尺；雷诺准则、弗劳德准则、欧拉准则；模型律的选择，自动模拟的概念；模型试验的设计；量纲、无量纲量、量纲和谐原理；量纲分析的瑞利方法；π根本要求：量纲和谐原理，生疏模型试验的设计和量纲分析方法。1．识记力学相像的含义[2]，各独立准则和导出准则[2]，各相像准数的表达式[1]，根本量纲和导出量纲[2]，量纲和谐原理[2]，两种量纲分析法的应用步骤[2]。[2]，模型试验完全相像的困难和模型律选择的原则[1]，自动模拟[2]，物理量的无量纲组合[1]，量纲分析法的局限性[2]。[1]；应用瑞利法或布金汉法建立物理现象的方程式构造[1]。重点：按雷诺模型律或弗劳德模型律设计模型试验。难点：π第五章流淌阻力和水头损失教学内容：流淌阻力和水头损失的两种形式；层流、紊流、雷诺数；均匀部阻力系数；边界层概念及绕流阻力。根本要求：绕流阻力。水头损失的分类和一般表达式[1]，雷诺数[1]，均匀流淌根本方程[2[2]，圆管层流的断面流速分布、断面平均流速、沿程阻力系数等结论[1]，紊流运动的掺混与脉动现象[3]，紊流阻力分区及各区沿程阻力系数的影响因素[2]，谢才公式[2]，当量直径[2[1]，绕流阻力的一般表达式[2]。层流、紊流的特征及判别[2]，圆管层流的理论分析方法[2]，紊流运动时均化的意义[3[3]，水力光滑与水力粗糙[2[2]，局部水头损失产生的缘由[2]，边界层特征及曲面边界层的分别现象[2]，绕流阻力系数的变化规律[3]。[1]；应用莫迪图或阅历公式确定紊流的沿程阻力系数[1[1]；局部水头损失计算[1]；绕流阻力计算[2]。4．沿程水头损失、局部水头损失结合能量方程的水力计算[1]。重点：计算沿程水头损失、局部水头损失。难点：紊流切应力与混合长度理论。第六章孔口管嘴出流和有压管流教学内容：孔口出流的分类、水力特点及根本公式；薄壁小孔口恒定出流的流速系数、流量系数；孔口非恒定出流；管嘴出流的水力特点、根本公式、流量系数；圆柱形外管嘴的真空现象和正常工作条件；闸孔出流的水力特点和流量公式；短管的水力特点、典型短管的水力计算；长管的水力特点；简洁管道水力计算的比阻法、流量模数法；串联管路、根本要求：理论，分析孔口管嘴出流、闸孔出流及有压管流，把握其水力特点和计算方法。了解水击现象。1[1]，长管、短管的水力特点[2[1]，沿程均匀泄流管路的水头损失计算公式[2]，水击现象和直接水击压强的计算公式[3]，离心泵的主要性能参数[2]。2．自由出流和漂移出流的比较[2]，孔口和管嘴过流力气的比较[2]，圆柱形外管嘴的真空现象和正常工作条件[1]，串联管路、并联管路的流量规律和水头损失规律[1]，枝状管网的把握点选择[2]，环状管网的根本关系式[2]，水击波的传播过程[3]。3．孔口出流的水力计算[1]；管嘴出流的水力计算[1]；闸孔出流的水力计算[1]；水击压强的计算[2]。4[1]；串联管路、并联管路的水力计算[1]；管网的水力计算[2]。重点：串联管路、并联管路的水力计算。难点：环状管网的水力计算。第七章明渠均匀流教学内容：明渠流淌的特点；顺坡、平坡和逆坡渠道；棱柱形渠道和非式；水力最优断面和允许流速；明渠均匀流水力计算的三类问题：验算渠道的输水力气，求渠道底坡，设计渠道断面尺寸；无压圆管均匀流的速；复式断面明渠均匀流的水力计算。根本要求：水力计算的方法。明渠均匀流产生的条件和特征[2]，明渠均匀流的根本计算公式[1]，矩形、梯形断面水力要素的计算和水力最优条件[1]，水力最优梯形断面的水力半径[1]，不淤允许流速和不冲允许流速[2]，无压圆管均匀流的根本公式[2]。[2]；无压圆管均匀流的水力最优布满度[2[2]；复式断面明渠均匀流的水力计算方法[2]。3．明渠均匀流水力计算的三类问题：验算渠道的输水力气，求渠道底坡，设计渠道断面尺寸[1]；无压圆管均匀流的水力计算问题[2]。重点：梯形断面渠道的三类计算问题。难点：无压圆管均匀流的水力特征和水力计算问题。第八章明渠非均匀流教学内容：明渠非均匀流的特征，壅水现象和降水现象；明渠水流的三12种水面曲线型式及工程实例明渠渐变流水面曲线计算的数值积分法和分段求和法。根本要求：流水面曲线的分析和计算。识记断面比能[1]，临界水深[1]，临界坡度[2]，弗劳德数[1]，缓流、急流、临界流的特征[1[2]，水跃现12种水面曲线的外形[2]，远驱式水跃、漂移式水跃、临界式水跃连接[2]。断面比能随水深的变化[1]，临界水深的打算因素[2]，三种流态的各种判别方法[1]，水跃函数曲线[2]，明渠渐变流水面曲线的性质及定性分析方法[1[1]，水面曲线计算的数值积分法和分段求和法的原理[2]。应用各种方法判别明渠流态[1]；水跃的简洁计算[2]。应用明渠渐变流微分方程定性分析水面曲线的外形和变化趋势[1]，在给定渠道中定性绘出水面曲线[1]；应用数值积分法和分段求和法计算水面曲线[2]。重点：棱柱形渠道恒定渐变流水面曲线的分析和计算。难点：棱柱形渠道恒定渐变流水面曲线的分析。第九章堰流梯形堰的流量；有用堰流量公式及流量系数，漂移标准及漂移系数；宽顶堰流淌图形和流量根本公式，流量系数，漂移标准及漂移系数，侧收缩系数；水工建筑物下游的水流连接与消能。根本要求：通过本章的学习，理解堰流的水力特征，堰流的根本公式，以及漂移、侧收缩对过流力气的影响。把握各种堰型的应用特点和水力计算方法。1．识记堰流的水力特点和主要特征量[1]，堰流的分类[1]，堰流根本公式[1]，矩形薄壁堰的流量公式[1]，有用堰流量公式[1]，宽顶堰流动图形和流量根本公式、漂移条件[1]，水工建筑物下游的水流连接与消能方式[2]。领悟各种堰型的溢流状况[2]，流量系数的比较[2]，漂移影响和侧收缩影响[2]。应用薄壁堰测量流量[1]；有用堰、宽顶堰的水力计算[2]；消力池的水力计算[3]。重点：堰流的水力特征，堰流的根本公式。难点：消力池的水力计算。第十章渗流教学内容：渗流的水力特点、渗流模型、渗流分类；渗流达西定律及适用范围；渗透系数确实定；渐变渗流的裘皮衣公式、根本微分方程、浸润曲线分析；集水廊道、完全潜水井的浸润线方程和产水量公式；完全自流井的水头线方程和产水量公式；井群的浸润面方程。教学要求：线的计算和汲水建筑物水力计算的方法。识记孔隙率[1]，渗流模型[1]，达西定律及适用范围[1]，渗透系数确实定[2[1]，渐变渗流的根本微分方程和浸润曲线的四种形式[1[2]，完全自流井的水头线方程和产水量公式[2]。渗流模型与实际渗流的比较[2]；达西定律和裘皮衣公式的区分[2]；浸润曲线分析[2]。渐变渗流浸润线的计算[1]；集水廊道、井和井群的水力计算[2]。重点：达西定律，浸润曲线分析。难点：浸润曲线分析