大学水力学课件

水力学是研究以水为代表的液体的宏观机械运动规律，及其在工程技术中的应用。水力学包括水静力学和水动力学。

水力学课件

【开课单位】环境科学与工程学院【课程模块】学科基础

【课程编号】【课程类别】必修

【学时数】48（理论48实践0）【学分数】3

一、课程描述

本课程大纲根据20**年本科人才培养方案进行修订。

（一）教学对象：环境工程专业本科生

（二）教学目标及修读要求

1、教学目标

掌握基本概念。包括：流体的主要物理性质及作用于流体的力，静水压强及其特性，压强的测量与表示方法，恒定一元流，理想液体，微小流束，均匀流与非均匀流，非均匀渐变流与急变流，水头损失，液体运动的两种型态，管道的基本概念，明渠的类型，明渠均匀流，水力最佳断面，允许流速，明渠水流的三种流态，断面比能与临界水深，临界底坡、缓坡与陡坡，明渠恒定非均匀渐变流，水跃，共轭水深，堰流的类型，闸孔出流。

掌握基本理论。包括：静水压强的基本公式，几种质量力同时作用下的液体平衡，实际液体恒定总流的能量方程及应用，恒定总流的动量方程及应用，量纲分析与π定理，液流型态及水头损失液体运动的两种型态，谢才公式，棱柱体明渠中恒定非均匀渐变流水面曲线分析，棱柱体水平明渠的水跃方程，水跃的能量损失，堰流与闸孔出流。

掌握基本计算。一是建筑物所受的水力荷载，即所承受的静水压力、动水总作用力等的计算；二是建筑物的过水能力计算；三是水流的流动形态及水头损失计算；四是水流的能量消耗计算。

2、修读要求

水力学是力学的一个分支，通过课程学习和训练，使学生掌握水力学基本概念、基本原理、基本技能和方法；培养学生分析解决问题的能力和实验技能，并为学习专业课程和处理工程实际中的技术问题打下基础。通过课堂讲授和讨论、课后辅导、习题和练习、实验和实践教学等教学环节，运用多媒体或实验等直观教学手段，完成教学大纲要求的基本内容。由于水力学是一门技术基础课，应当理论联系实际，但应以分析水流现象，揭示水流运动规律，加强水力学的基本概念和基本原理的讲解为主，不过分强调专业需要，以致削弱水力学基础理论的讲解。

　　（三）先修课程：高等数学

二、教学内容

（一）绪论

1、主要内容：力学的基本任务及发展简史，流体的主要物理性质及作用于流体的力，水力学的研究方法。

2、教学要求：掌握流体主要物理力学性质；理解连续介质与刘翔液体的概念；了解水力学研究任务与研究对象以及水力学发展简史。

3、重点、难点：液体主要物理力学性质。

4、其它教学环节：绪论习题课。

（二）第一章水静力学

1、主要内容：水静力学的基本原理及其应用，主要有静水压强及其特性、液体的平衡微分方程及其积分、等压面重力作用下的静水压强的基本公式，几种质量力同时作用下的液体平衡、压强的测量与表示方法、作用于平面上的静水总压力、作用于曲面及物体上的静水总压力。

2、教学要求：掌握重力作用下的静水压强的基本公式，作用于平面上的静水总压力、作用于曲面及物体上的静水总压力；理解静水压强及其特性液体的平衡微分方程及其积分、等压面概念；了解几种质量力同时作用下的液体平衡、压强的测量与表示方法。

3、重点、难点：重力作用下静水压强的计算，作用于平面上的静水总压力、作用于曲面及物体上的静水总压力。

4、其它教学环节：第一章习题及讲解。

（三）第二章液体运动的流束理论

1、主要内容：从流束流轮出发，讨论液体运动所遵循的普遍规律并建立相应的方程式，主要内容有恒定一元流的连续性方程，液体恒定流微小流束的能量方程式，均匀流与非均匀流，非均匀渐变流与急变流，实际液体恒定总流的能量方程，恒定总流的动量方程，量纲分析与π定理。

2、教学要求：掌握水动力学三大基本方程及其物理意义，理解流体运动的分类及基本概念；了解量纲分析与π定理。

3、重点、难点：恒定总流的连续性方程、能量方程及动量方程

4、其它教学环节：第二章习题及讲解。

（四）第三章液流型态及水头损失

1、主要内容：水头损失的物理概念，从液体运动的两种型态出发，研究水头损失的变化规律及其计算方法。

2、教学要求：掌握液体运动的两种液流型态，水头损失的变化规律及其计算方法；理解水头损失的物理概念，液流边界几何条件对水头损失的影响，均匀流沿程水头损失与切应力的关系。

3、重点、难点：沿程水头和局部水头损失的计算方法，谢才公式。

4、其它教学环节：第三章习题及讲解。

　　（五）第四章有压管中的恒定流

1、主要内容：管道的分类，虹吸管及水泵装置的水力计算，简单管道、串联管道、并联管道、分叉管道的水力计算，沿程均匀泄流管道的水力计算。

2、教学要求：掌握简单管道、串联管道、并联管道、分叉管道的水力计算、沿程均匀泄流管道的'水力计算；理解管道的基本概念和理论；了解虹吸管及水泵装置的水力计算。

3、重点、难点：简单管道及复杂管道的水力计算。

4、其它教学环节：第四章习题及讲解。

（六）第五章明渠恒定均匀流

1、主要内容：明渠的类型及其对水流运动的影响，明渠均匀流的特性及其产生条件，明渠均匀流的计算，水力最佳断面及允许流速，粗糙度不同的明渠及复式断面明渠的水力计算。

2、教学要求：掌握明渠均匀流的水力计算；理解水利最佳断面及允许流速；了解粗糙度不同的明渠及复式断面明渠的水力计算。

3、重点、难点：明渠恒定均匀流的水力计算。

4、其它教学环节：第五章习题及讲解。

（七）第六章明渠恒定非均匀流

1、主要内容：明渠水流的三种流态，断面比能与临界水深，临界底坡、缓坡与陡坡等概念，明渠恒定非均匀渐变流的微分方程式，棱柱体明渠中恒定非均匀渐变流水面曲线分析。

2、教学要求：掌握明渠恒定非均匀渐变流的微分方程式，棱柱体明渠中恒定非均匀渐变流水面曲线分析。理解明渠水流的三种流态，断面比能与临界水深，临界底坡、缓坡与陡坡等基本概念。

3、重点、难点：明渠恒定非均匀渐变流的微分方程式，棱柱体明渠中恒定非均匀渐变流水面曲线分析。

4、其它教学环节：第六章习题及讲解。

（八）第七章水跃

1、主要内容：棱柱体水平明渠的水跃方程推导，棱柱体水平明渠中水跃共轭水深的计算，水跃的能量损失和跃长计算，非棱柱体明渠中的水跃计算。

2、教学要求：掌握棱柱体水平明渠中水跃共轭水深的计算，水跃的能量损失和跃长的计算；理解棱柱体水平明渠的水跃方程推导过程，了解非棱柱体明渠中的水跃。

3、重点、难点：柱体水平明渠中水跃共轭水深的计算。

4、其它教学环节：第七章习题及讲解。

（九）第八章堰流及闸孔出流

1、主要内容：堰流的类型及计算公式，薄壁堰流的水力计算，实用堰流的水力计算，宽顶堰流的水力计算，窄深堰流的水力计算，闸孔出流的水力计算。

2、教学要求：掌握堰流的类型及基本计算、闸孔出流的水力计算；了解薄壁堰流的水力计算，实用堰流的水力计算，宽顶堰流的水力计算，窄深堰流的水力计算。

3、重点、难点：堰流的类型及基本计算。

4、其它教学环节：第八章习题及讲解。