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1、水力学教学大纲英文名称：Hydraulics课程编号：62000210学时数：66其中实验学时数：10 课外学时数：0学分数：5.5适用专业：给水排水工程一、课程的目的、性质和任务水力学是高等学校给水排水工程专业的一门专业技术基础课，通过本课程的学习 的使学生掌握水静力学、水动力学的基本概念、基本原理、基本计算方法，理解相似理论 与量纲分析的一般原理，掌握流动阻力与水头损失以及有压管路、孔口、管嘴的分析与计 算方法，掌握明渠均匀流的计算方法，了解堰流、闸孔出流、渗流、紊流与紊流扩散的基 本概念与原理，并使同学掌握一定的水力学实验技术，学会分析、解决实际问题的方法， 为学习专业课、从事技术工作，
2、获取新知识和进行科学研究打下基础。二、课程教学内容的基本要求、重点和难点第1章序论1.1 工程流体力学的任务和发展简史了解工程流体力学的主要任务和发展简史。1.2 流体的连续介质模型了解流体的连续介质模型假设，理解连续介质模型的意义。1.3 流体的主要物理性质了解流体的主要物理性质：密度和重度、粘性、压缩性、表面张力、汽化压强。 掌握牛顿内摩擦定律及相关计算。重点：牛顿内摩擦定律的应用难点：牛顿内摩擦定律的应用，流体压缩性的相关计算1.4 作用在流体上的力理解作用在流体上的两种力：表面力和质量力。1.5 水力学的研究方法了解水力学的研究方法：实验研究、理论分析、数值模拟。第2章流体静力学2.1
3、 流体静压强及其特性了解流体静压强的定义，理解流体静压强的两个特性：流体静压强的方向沿作用 面的内法线方向、平衡流体中任一点的静压强大小与其作用面的方位无关。2.2 流体平衡的微分方程及其积分了解流体平衡的微分方程的推导过程，理解流体平衡的微分方程及其积分式，理 解帕斯卡定律、等压面和等势面。重点：流体平衡微分方程难点：流体平衡微分方程的推导2.3 重力作用下流体静压强的分布规律掌握流体静力学的基本方程，了解绝对压强、相对压强、真空值的含义，理解绝 对压强、相对压强、真空值相互之间的关系，会画流体静压强分布图，理解测压管高 度、测压管水头及真空度。2.4 流体静压强的测量掌握测量压强的几种常用
4、方法，会读取和计算流体测压计的数据。重点：U型管差压计的计算2.5 液体的相对平衡掌握液体平衡微分方程的应用，理解液体的相对平衡的两种情况，掌握等角速度 旋转、匀加速直线运动的计算。重点：等角速度旋转、匀加速直线运动的计算。难点：等角速度旋转、匀加速直线运动的计算。2.6 静止液体作用在平面上的总压力掌握用解析法确定静止液体作用在平面上的总压力及其作用点的方法，理解用图 算法确定静止液体作用在平面上的总压力及其作用点的方法。重点：用解析法确定静止液体作用在平面上的总压力及其作用点的相关计算。难点：图算法确定静止液体作用在平面上的总压力及其作用点。2.7 静止液体作用在曲面上的总压力掌握静止液体
5、作用在曲面上的总压力及其作用点的计算方法，理解压力体的概念, 会画简单的压力体图。重点：静止液体作用在曲面上的总压力及其作用点的计算难点：画压力体图2.8 潜体及浮体的平衡与稳定性了解潜体及浮体的平衡与稳定性。第3章 流体动力学理论基础本章重点掌握恒定总流的连续方程、伯努利方程、动量方程的应用和联合应用各 方程进行流速、动水压强、动水作用力的计算。3.1 描述流体运动的方法了解描述流体运动的两种方法：拉格朗日法和欧拉法。3.2 研究流体运动的若干基本概念了解流体运动的几个基本概念：恒定流与非恒定流，一元流、二元流和三元流， 流线与迹线，有压流与无压流，流量与断面平均流速，均匀流与非均匀流，渐变
6、流与 急变流，系统与控制体。3.3 流体运动的连续性方程了解流体连续性微分方程和恒定不可压缩总流的连续性方程的推导过程，熟练应 用流体的连续性方程。3.4 理想流体的运动微分方程及其积分了解欧拉运动微分方程，理解欧拉运动微分方程的积分式，即伯努利积分式。3.5 伯努利方程理解理想流体恒定元流的伯努利方程、实际流体恒定元流的伯努利方程，掌握流 体总流的伯努利方程及其物理、几何意义，理解水头线与水力坡度，熟练掌握实际流 体总流的伯努利方程及其应用。重点：伯努利方程及其应用难点：伯努利方程及其应用3.6 动量方程了解欧拉积分形式的动量方程，理解恒定不可压缩总流的动量方程的推导，熟练 掌握恒定总流动量
7、方程的应用条件及应用实例。重点：恒定总流动量方程的应用难点：不可压缩总流的动量方程的推导3.7 流体微团运动的分析了解流体微团运动的速度分解公式及其物理意义，了解无旋流动与有旋流动。3.8 恒定平面势流简介简单了解流速势函数、流函数、流网和势流叠加原理。第4章量纲分析4.1 量纲分析的概念和原理相似原理与量纲分析了解量纲、无量纲量、基本量，理解物理方程的量纲一致性。难点：基本量的判定4.2 量纲分析法理解瑞利量纲分析法、布金汉弘定理量纲分析法。重点：布金汉冗定理量纲分析法难点：布金汉弘定理量纲分析法4.3 流动相似性原理理解流动相似性原理：几何相似、运动相似、动力相似、初始条件和边界条件相 似
8、。4.4 相似准则理解弗劳德准则、雷诺准则、欧拉准则，了解其它相似准则。重点：弗劳德准则4.5 模型试验设计了解模型律的选择，理解模型的设计方法。第5章流动阻力与水头损失5.1 流动阻力与水头损失的两种形式了解流动阻力产生的原因及其分类，了解沿程水头损失、局部水头损失和总水头 损失。5.2 实际流体流动的两种型态掌握雷诺试验及其意义，理解雷诺数、临界雷诺数的意义，会求雷诺数。重点：雷诺实验及其意义5.3 均匀流动的沿程水头损失和基本方程式了解均匀流动的沿程水头损失，理解均匀流基本方程式。5.4 圆管中的层流运动理解圆管中层流运动的速度分布及速度分布方程式，理解达西公式。5.5 圆管中的紊流运动
9、了解紊流运动各要素的脉动和时均化，了解紊流切应力和普兰特混合长度理论， 理解圆管中紊流流核与粘性底层的概念和意义，了解圆管中紊流运动的流速分布，理 解紊流运动沿程水头损失的计算公式：谢才公式。重点：谢才公式难点：普兰特混合长度理论5.6 沿程阻力系数的变化规律及影响因素理解尼古拉兹实验及其重要意义，了解沿程阻力系数的计算公式，会读莫迪图， 理解曼宁公式及其应用。重点：尼古拉兹实验及其重要意义、曼宁公式难点：曼宁公式的推导及其应用5.7 边界层理论简介了解边界层的基本概念、理解边界层分离的原因及其影响。5.8 局部水头损失了解局部水头损失发生的原因，理解各种情况下圆管局部水头损失的计算，会求 各
10、种情况下圆管局部阻力系数。重点：圆管突括局部水头损失系数的计算公式及其推导难点：计算各种情况下的圆管局部水头损失5.9 紊流扩散了解紊流扩散的基本方程式及其意义。第6章 孔口、管嘴核有压管道流动6.1 孔口及管嘴恒定出流掌握薄壁小孔口计算公式及其应用，了解小孔口的收缩系数及流量系数的确定， 掌握管嘴出流的计算公式及其应用，理解管嘴出流特性。重点：薄壁小孔口及管嘴出流的计算6.2 短管的水力计算掌握短管的水力计算，理解虹吸与倒虹吸，了解气体管路的计算。重点：短管的水力计算难点：虹吸与倒虹吸6.3 长管的水力计算。了解长管的水力计算原则，掌握简单管路、串并联管路的水力计算，理解沿程均 匀泄流管路水
11、力计算。重点：简单管路、串并联管路的水力计算难点：并联管路的水力计算、沿程均匀泄流管路水力计算6.5 管网水力计算基础了解枝状、环状管网的概念，理解枝状、环状管网的水力计算方法。难点：环状管网的水力计算方法。6.6 离心式水泵及其水力计算了解离心式水泵的工作原理、性能参数，掌握离心泵的水力计算。重点：离心泵的水力计算难点：离心泵的水力计算6.7 水击了解水击现象及其产生原因、危害，了解水击压强计算和水击波传播速度的计算。难点：水击压强的经计算和水击波的传播速度计算第7章明渠流动7.1 明渠的分类了解明渠的分类。7.2 明渠均匀流了解明渠均匀流的特征及形成条件，理解明渠均匀流的计算公式，理解水力
12、最优 断面的含义，了解不冲允许流速、不淤允许流速，掌握简单的梯形水力最优断面的计 算，理解无压圆管均匀流水力计算，了解复式断面明渠均匀流水力计算。重点：梯形水力最优断面的计算、无压圆管均匀流的水力计算难点：梯形水力最优断面的计算、无压圆管均匀流的水力计算7.3 明渠恒定非均匀流动的若干基本概念了解明渠恒定非均匀流动断面单位能量、临界水深、临界坡度的意义及其作用， 掌握缓流、急流和临界流的判别方法。重点：缓流、急流和临界流的判别方法难点：临界水深、临界坡度的计算7.4 水跃和跌水了解水跃现象、水跃的基本方程式、共轨水深的计算、水跃的能量损失、水跃长 度，跌水现象。难点：共筑水深的计算，水跃的能量
13、损失与水跃长度的计算7.5 明渠非均匀流渐变流的基本方程了解明渠恒定非均匀渐变流微分方程及其推导过程。难点：明渠恒定非均匀渐变流微分方程的推导过程7.6 棱柱形渠道中恒定非均匀渐变流的水面曲线分析理解棱柱形渠道中恒定非均匀渐变流水面曲线的变化规律，掌握水面曲线分析原 则和分析方法。重点：棱柱形渠道中恒定非均匀渐变流的水面曲线分析原则和分析方法7.7 棱柱形渠道中恒定非均匀渐变流的水面曲线的计算了解棱柱形渠道中恒定非均匀渐变流的水面曲线的计算方法。第8章堰流8.1 堰流的定义及分类了解堰流的定义及分类。8.2 堰流基本公式理解堰流的基本公式及其推导。难点：堰流基本公式的推导8.3 薄壁堰了解淹没
14、式堰流含义及淹没标准，理解矩形、三角形和梯形薄壁堰的水力计算。矩形、三角形和梯形薄壁堰的水力计算。难点：薄壁堰的淹没标准8.4 宽顶堰了解宽顶堰的水流特征、流量系数、淹没式宽顶堰的判别标准，了解自由式无侧 收缩宽顶堰、淹没式无侧收缩宽顶堰及侧收缩宽顶堰的计算。难点：淹没式宽顶堰的判别标准侧收缩宽顶堰的计算8.5 小桥孔径水利计算了解小桥孔径的水力计算公式及计算原则，理解小桥孔径的水力计算原则。8.6 消水池水力计算了解消水池的水力计算。第9章渗流9.1 渗流基本定律了解渗流的概念，理解渗流模型、达西渗流定律以及渗流系数的确定。重点：渗流模型，达西渗流定律9.2 地下水的均匀流和非均匀流了解恒定
15、均匀流和非均匀渐变流流速在过流断面上的分布，理解渐变渗流的基本 方程、浸润曲线。难点：渐变渗流的基本方程、浸润曲线9.3 集水廊道和井了解集水廊道、潜水井、自流井、大口井，理解集水廊道、潜水井、自流井、大 口井的计算公式。9.4 井群了解井群的概念、应用及井群总水量的确定。难点：井群的水力计算三、教学方式及学时分配序 号主要内容主要教学方式学时分配辅导答疑比例1第1章序论讲授42： 12第2章流体静力学讲授82： 13第3章 流体动力学理论基础讲授122： 14第4章量岗分析与相似理论讲授42： 15第5章流动阻力与水头损失讲授82： 16第6章 孔口管嘴和有压管道流动讲授62： 17第7章明渠流动讲授82： 18第8章堰流讲授42： 19第9章渗流讲
