四川大學(xué) - 話題

一、水力學(xué)課程的性質(zhì)和任務(wù)

（一）課程的性質(zhì)和任務(wù)

  水力學(xué)是水利類各專業(yè)的一門主要的技術(shù)基礎(chǔ)課程。

       水力學(xué)課程的主要任務(wù)是使學(xué)生掌握液體運動的一般規(guī)律和有關(guān)的基本概念、基本理論，學(xué)會必要的分析計算方法和一定的實驗操作技術(shù)，為學(xué)習(xí)專業(yè)課程，從事專業(yè)技術(shù)工作，進行科學(xué)研究打下必要的堅實基礎(chǔ)。（二）本課程與其它有關(guān)課程的聯(lián)系和分工

學(xué)生學(xué)習(xí)水力學(xué)以前必須學(xué)完高等數(shù)學(xué)、普通物理、理論力學(xué)、材料力學(xué)和算法語言等課程。這樣，對于有關(guān)內(nèi)容，如微分、積分、矢量、偏導(dǎo)數(shù)、泰勒公式、微分方程、液體的物理特性、動能定律、動量定律、達(dá)朗貝爾原理、勢函數(shù)、應(yīng)力應(yīng)變和計算機編程具有一定的基礎(chǔ)，在水力學(xué)中主要是運用這些知識，不必詳細(xì)講解。

水力學(xué)是一門技術(shù)基礎(chǔ)課，應(yīng)當(dāng)理論聯(lián)系實際，但應(yīng)以分析水流現(xiàn)象，揭示水流運動規(guī)律，加強水力學(xué)的基本概念和基本原理的講解為主，不宜過分強調(diào)專業(yè)需要，以致削弱水力學(xué)基礎(chǔ)理論的講解。

二、課程教學(xué)基本內(nèi)容和重點

（一）基本內(nèi)容

1、緒論

（1）水力學(xué)任務(wù)和水利工程中的水力學(xué)問題；

（2）液體主要物理力學(xué)性質(zhì)，內(nèi)摩擦定律，牛頓液體與非牛頓液體；

（3）連續(xù)介質(zhì)和理想液體概念；

（4）作用在液體上的力：表面力和質(zhì)量力；

（5）水力學(xué)的研究方法。

2、水靜力學(xué)

（1）靜水壓強及其特性；

（2）重力作用下靜水壓強的基本方程式及其物理意義，等壓面的概念；

（3）壓強的表示法：絕對壓強、相對壓強和真空度；

（4）壓強的量測：測壓管、U型水銀壓力計、壓差計；

（5）作用于平面上的靜水總壓力：壓強分布圖，靜水總壓力的大小、方向和作用點；

（6）作用于曲面上的靜水總壓力：水平壓強分布圖和壓力體圖；

（7）作用于物體上的靜水總壓力，物體的浮沉；

（8）幾種質(zhì)量力作用下的液體平衡。

3、水動力學(xué)基礎(chǔ)（一元流）

（1）描述液體運動的兩種方法：拉格朗日法和歐拉法，流線和跡線；

（2）恒定流與非恒定流；

（3）水流的幾個基本概念：流管、微小流束、總流、過水?dāng)嗝妗⒘髁俊�斷面平均流速、一元流、二元流、三元流�?br />
（4）恒定一元流連續(xù)性方程；

（5）均勻流、非均勻流、漸變流與急變流；

（6）恒定一元流微小流束能量方程和總流能量方程及其應(yīng)用，畢托管、文 丘里流量計、孔口出流、管嘴出流，變水頭孔口出流時間計算；

（7）恒定一元流動量方程及其應(yīng)用舉例。

4、量綱分析和相似原理

（1）量綱的基本概念，量綱和單位；

（2）量綱合諧原理；

（3）π定理及其應(yīng)用舉例；

（4）相似概念，流動相似特征，幾何相似、運動相似、動力相似；

（5）單項力作用下的相似準(zhǔn)則：重力準(zhǔn)則（佛汝德準(zhǔn)則）、粘性準(zhǔn)則（雷諾準(zhǔn)則），簡介慣性力相似準(zhǔn)則、表面力相似準(zhǔn)則、彈性力相似準(zhǔn)則、壓力相似準(zhǔn)則；

（6）水工模型設(shè)計簡介。

5、液流型態(tài)和水頭損失

（1）水頭損失的概念和分類，沿程水頭損失和局部水頭損失；

（2）邊界條件對水頭損失的影響；

（3）均勻流沿程水頭損失與切應(yīng)力關(guān)系，沿程水頭損失的一般表達(dá)式：達(dá)西公式；

（4）液體運動的兩種型態(tài)及其判別：層流和紊流及其判別，雷諾數(shù)的物理意義；

（5）圓管中層流運動及其沿程水頭損失；

（6）紊流特征：脈動現(xiàn)象、瞬時值、時均值、脈動值、紊動強度，紊動產(chǎn)生附加切應(yīng)力，混合長度理論，粘性底層，紊流速度分布；

（7）沿程阻力系數(shù)變化規(guī)律：沿程阻力系數(shù)λ與雷諾數(shù)和相對粗糙度的關(guān)系（尼庫拉茲圖），莫迪圖，水力光滑區(qū)、過渡區(qū)和粗糙區(qū)的差別及計算各區(qū)λ值的經(jīng)驗公式；

（8）沿程水頭損失的經(jīng)驗公式：謝才公式、曼寧公式；

（9）局部水頭損失：局部水頭損失的一般表達(dá)式，圓管突然放大的局部水頭損失，局部阻力系數(shù)。

6、恒定有壓管流

（1）管道類型；

（2）簡單管道水力計算的基本公式；

（3）簡單管道水力計算的基本類型和實例；

（4）復(fù)雜管道的水力計算：串聯(lián)管道、并聯(lián)管道、分岔管道、沿程均勻泄流管道（農(nóng)水）管網(wǎng)（給排水）；

（5）測壓管水頭線和總水頭線繪制；

（6）變水頭管道泄流時間的計算。

7、非恒定有壓管流

（1）閥門突然關(guān)閉和逐漸關(guān)閉時管道中的水擊：水擊現(xiàn)象，水擊波傳播速度，直接水擊和間接水擊；

（2）管道非恒定流的基本方程：連續(xù)性方程和運動方程；

（3）水擊的基本微分方程組：水擊連續(xù)性方程、水擊運動方程，水擊連鎖方程及其應(yīng)用；

（4）調(diào)壓井水面振蕩簡介。

8、明渠恒定水流

（1）明渠恒定均勻流

①明渠類型；

②明渠均勻流的特性及產(chǎn)生的條件；

③明渠均勻流計算公式；

④水力最佳斷面和允許流速；

⑤明渠均勻流水力計算類型；

⑥粗糙度不同的明渠和復(fù)式斷面明渠的水力計算。

（2）明渠恒定非均勻流

①明渠水流的三種流態(tài)及判別，佛汝德數(shù)的物理意義；

②斷面比能及比能曲線的特性；

③臨界水深計算及實例；

④緩坡、陡坡和臨界坡度；

⑤明渠非均勻漸變流的微分方程式：基本方程式、水深、斷面比能和水位沿程變化的微分方程；

⑥棱柱體渠道恒定漸變流水面曲線的分析；

⑦棱柱體及非棱柱體渠道水面曲線計算：逐段試算法；

⑧恒定非均勻流流量和糙率計算；

⑨河道水面曲線的計算：試算法和圖解法。

（3）水躍

①棱柱體水平明渠水躍方程；

②水平明渠水躍共軛水深的計算；

③水躍方程的實驗驗證；

④棱柱體水平明渠水躍能量損失和躍長的計算。

*9、明渠非恒定流

（1）明渠非恒定流的特性和波的分類；

（2）明渠非恒定漸變流基本方程式：連續(xù)性方程和運動方程；

（3）初始條件和邊界條件；

（4）明渠非恒定流的計算方法：特征線法和瞬態(tài)法；

（5）明渠非恒定急變流：波額流段的連續(xù)性方程和動量方程，波額流量。

10、堰流和閘孔出流

（1）堰流類型：薄壁堰、實用堰、寬頂堰；

（2）堰流的基本公式；

（3）薄壁堰、實用堰和寬頂堰的水力計算，流量系數(shù)、側(cè)收縮系數(shù)、流速系數(shù)和淹沒系數(shù)，實用堰剖面設(shè)計原則簡介；

（4）閘孔出流的水力計算：底坎為寬頂堰型和曲線型實用堰的閘孔出流。

11、泄水建筑物下游水流銜接和消能

（1）底流式消能的水力計算，溢流壩下游收縮斷面水深的計算，降低護坦及建消能壩形成消能池的水力計算；

Δ（2）挑流式消能的水力計算：

Δ（3）面流消能及消能戽消能水流特性簡介。

12、液體運動的流場理論

（1）流場、速度、加速度；

（2）流線、跡線及其微分方程；

（3）液體微團運動的基本形式：平移、線變形、角變形和旋轉(zhuǎn)；

（4）無渦流、有渦流、速度環(huán)量和渦通量；

（5）液體運動的連續(xù)性方程式；

（6）理想液體運動微分方程式及其積分，動水壓強特性，歐拉方程式，葛羅米柯方程式及其積分；

（7）實際液體運動微分方程式：納維埃一斯托克斯方程；

（8）邊界層概念。

13、恒定平面勢流

（1）恒定平面勢流的流速勢及流函數(shù)；

（2）流網(wǎng)法解平面勢流：流網(wǎng)原理，流網(wǎng)的繪制和應(yīng)用。

14、滲流

（1）滲流基本概念和滲流模型；

（2）達(dá)西定律及其應(yīng)用條件，滲透系數(shù)；

（3）恒定均勻滲流和非均勻漸變滲流，杜比公式；

（4）棱柱體地下河槽恒定漸變流浸潤線的分析和計算；

（5）普通井及井群滲流計算；

（6）滲流場的基本微分方程式及其解法簡介；

（7）用流網(wǎng)法解平面滲流；

（8）水電比擬法繪流網(wǎng)。

注：有符號Δ者，水工、農(nóng)水、施工講，水文、水資源、給排水不講；有符號*者，水文、水資源講，水工、農(nóng)水、施工、給排水不講。

（二）各部分內(nèi)容的重點、深度和廣度

1、緒論

（1）液體的物理力學(xué)性質(zhì)是重點，對液體的粘滯性，牛頓內(nèi)摩擦定律要講深講透，使學(xué)生掌握；

（2）水力學(xué)任務(wù)和水利工程中的水力學(xué)問題，水力學(xué)研究方法只需作簡單扼要介紹；

（3）學(xué)生能正確理解理想液體和連續(xù)介質(zhì)的概念及其應(yīng)用。

2、水靜力學(xué)

（1）重點是靜水壓強的基本公式、等壓面概念和作用在平面、曲面上的靜 水總壓力，能正確熟練地繪出壓力體圖。本章應(yīng)配合一定數(shù)量的習(xí)題，使學(xué)生熟練地掌握：

（2）壓強的表示方法和壓強單位較多，應(yīng)講解其關(guān)系，避免引起混亂；

（3）幾種質(zhì)量力作用下的液體平衡，應(yīng)結(jié)合例題講解，如圓柱盛水容器等角速度旋轉(zhuǎn)和小車勻加速運動，以加強壓強微分方程式理解和運用。

3、水動力學(xué)基礎(chǔ)

（1）這部分內(nèi)容頭緒較多，講授時要注意系統(tǒng)性，做到承上啟下，前后連貫；

（2）連續(xù)性方程、能量方程、動量方程是重點，這部分應(yīng)講深講透，結(jié)合實例分析三大基本方程的應(yīng)用條件和注意的問題及解題步驟，使學(xué)生正確理解其意義，通過習(xí)題熟練地掌握這些方程：

（3）液體運動的兩種方法，主要使學(xué)生理解歐拉法，由歐拉法引出流線的概念，講清楚流線的特點；

（4）應(yīng)使學(xué)生正確理解流量、斷面平均流速、漸變流和急變流動水壓強分布的概念和應(yīng)用。

4、量綱分析和相似原理

（1）π定理的應(yīng)用和相似準(zhǔn)則是重點；

（2）著重指出無量綱數(shù)在表達(dá)普遍的水流規(guī)律中的重要意義；

（3）使學(xué)生正確理解量綱合諧是分析流動的一個重要手段，說明相似的重要性。

5、液流型態(tài)和水頭損失

（1）這部分內(nèi)容頭緒繁多，講授中要點明各部分內(nèi)容之間的關(guān)系，彼此緊密銜接，上下呼應(yīng)，做到條理分明。講完后應(yīng)總結(jié)，使學(xué)生明確問題的提出、發(fā)展和結(jié)論，構(gòu)成一個有機的整體；

（2）達(dá)西公式、層流紊流特征、雷諾數(shù)、沿程阻力和局部阻力是重點；

（3）使學(xué)生清晰理解造成水頭損失的原因及影響因素；

（4）著重講述雷諾數(shù)的物理意義和流態(tài)判別；

（5）對紊流各區(qū)的沿程阻力系數(shù)λ值的經(jīng)驗公式只提出不必作深入講解。

6、有壓管道恒定流

（1）短管和長管水力計算和水頭線繪制是重點。通過習(xí)題使學(xué)生掌握計算方法和總水頭線、測壓管水頭線的繪制；

（2）管道水力計算類型可總結(jié)式講述，使學(xué)生有一個完整概念；

（3）復(fù)雜管道著重講述各種管道的特點和用基本公式解題的方法。

7、有壓管中的非恒定流

（1）水擊過程、管道非恒定流的基本方程是重點，著重使學(xué)生掌握其物理概念；

（2）通過習(xí)題作業(yè)使學(xué)生能夠會應(yīng)用水擊連鎖方程解題，不必過多地結(jié)合專業(yè)講述管道非恒定流的計算；

（3）調(diào)壓井只簡單介紹，得出調(diào)壓井計算的基本微分方程，不必講述求解過程。

8、明渠恒定流

（1）明渠均勻流的特性、佛汝德數(shù)物理概念及緩流、急流、臨界流的判別，棱柱體明渠水面曲線分析，水躍的共軛水深計算是重點；

（2）明渠均勻流水力計算，學(xué)生應(yīng)掌握試算法和圖解法；

（3）水面曲線只著重分析底坡i＞0、i＜ik的棱柱體渠道，其它底坡的水面曲線只列出結(jié)論。水面曲線的定性分析要多布置一定的習(xí)題使學(xué)生熟練掌握；

（4）水面曲線計算方法較多，主要講逐段試算法，學(xué)生會編程序計算，其它方法可以簡要介紹或不講；

（5）河道水面曲線計算對水文專業(yè)學(xué)生要求掌握；

（6）水躍主要講解棱柱體水平底坡明渠中的水躍，對底坡i＞0的棱柱體或非棱柱體渠道只作簡介或省略。

9、明渠非恒定流

（1）連續(xù)性方程和運動方程是重點；

（2）學(xué)生應(yīng)掌握特征線法和瞬態(tài)法計算水面曲線，結(jié)合大作業(yè)加深和鞏固基本方程的理解；

（3）明渠非恒定急變流只扼要講解，潰壩水流可以不講。

10、堰流閘孔出流

（1）堰流、閘孔出流的判別和過流能力的計算是重點；

（2）學(xué)生應(yīng)正確理解堰閘的流量系數(shù)、側(cè)收縮系數(shù)和淹沒系數(shù)，會根據(jù)不同類型堰閘選用各種系數(shù)，對各種系數(shù)不必過多講解。寬頂堰最大流量系數(shù)小于0.385應(yīng)使學(xué)生掌握：

（3）實用堰剖面設(shè)計只介紹WES剖面，其它類型剖面可以不講。講解的目的在于說明剖面對流量系數(shù)的影響。

11、 泄水建筑物下游水流的銜接和消能

（1）底流式消能的水力計算是重點；

（2）溢流壩下游收縮斷面水深計算著重講迭代法，簡單講試算法和查圖法；

（3）挑流式消能主要分析挑流長度的挑坎尺寸，簡介沖刷坑深度；

（4）面流消能簡介水流特點。

12、液體運動的流場理論

（1）重點是液體運動的連續(xù)性方程、實際液體運動的微分方程及其物理意義；

（2）液體微團運動的基本形式，要使學(xué)生有一個正確的理解。講授時以說明物理概念和數(shù)學(xué)表達(dá)式的物理意義為主；

（3）講清理想液體和實際液體動水壓強的區(qū)別及關(guān)系，可以不必詳細(xì)推導(dǎo)；

（4）歐拉方程和納維埃一斯托克斯方程是流體力學(xué)中的基本方程，應(yīng)使學(xué)生能正確地理解和分析應(yīng)用。講解中應(yīng)與前面恒定流基本方程聯(lián)系起來。

l3、恒定平面勢流

（1）流網(wǎng)原理和流網(wǎng)繪制是重點；

（2）說明勢函數(shù)和流函數(shù)的物理概念及其關(guān)系，使學(xué)生有一個正確的理解。

14、滲流

（1）滲流的達(dá)西定律和電擬法是本章重點；

（2）通過習(xí)題要求學(xué)生初步繪制流網(wǎng)和掌握用流網(wǎng)法求解滲流場的方法；

（3）電比擬法中著重講原理，配合實驗使學(xué)生初步掌握電擬法的操作；

（4）土壩滲流可以簡介，不必詳細(xì)講解。

三、習(xí)題、實驗及學(xué)習(xí)分配

（一）習(xí)題作業(yè)

習(xí)題作業(yè)的基本要求是：鞏固和加深理解所學(xué)的基本概念和基本理論，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題和靈活運用知識的能力，提高計算技能，培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)作風(fēng)和獨自獲取知識的能力。習(xí)題作業(yè)也是理論聯(lián)系實際的一個途徑。習(xí)題包括思考題和計算題。

習(xí)題作業(yè)應(yīng)與講課密切配合。講課中講解必要的例題，課后布置習(xí)題作業(yè)，利用課外時間完成。輔導(dǎo)課可用來分析總結(jié)習(xí)題中的錯誤和問題，在教師的引導(dǎo)下進行課堂討論，解決有關(guān)概念或原理中的疑難問題。

水力學(xué)課外學(xué)時為課內(nèi)學(xué)時的1.5倍，除了復(fù)習(xí)、閱讀參考書外，可用來完成習(xí)題作業(yè)。完成習(xí)題作業(yè)的數(shù)量為130~200題，針對具體情況，可以布置必作題和選作題，既要避免學(xué)生負(fù)擔(dān)過重，又要做到因材施教，使能力較強的學(xué)生獲得較多的訓(xùn)練。

水文、水資源學(xué)生應(yīng)作明渠非恒定流大作業(yè)。

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