四川大学水力学课程教学大纲.docx

四川大学水力学课程教学大纲.docx

《四川大学水力学课程教学大纲.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《四川大学水力学课程教学大纲.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

四川大学水力学课程教学大纲

水力学》教学大纲

一、课程基本信息

课程名称（中、英文）：

水力学（Hydraulics）

课程号（代码）：

30619450

课程类别：

（专业基础技术课）

学时：

水工、农水100~116学时水文97~112学时学分：

5学分

二、教学目的及要求

水力学是水利类各专业必修的一门主要专业基础课。

通过本课程的学习，使学生具有一定的理论基础，能正确区分流动类型、流动形态和局部流动现象，掌握水流运动的基本概念、基本理论与分析方法，理解不同水流的特点；学会常见水利工程中的水力计算，并具备初步的试验量测技能，为学习后续课程和专业技术工作打下基础。

同时在教学过程中加强对学生能力的培养。

教学中要注意处理好掌握知识和培养能力两者之间的辨证关系。

指导学生阅读参考书、文献和资料，培养学生自学获取知识的能力。

重视实验环节，要求学生独立操作，并分析实验成果，以培养学生的动手能力和从事科学实验研究的能力。

三、教学内容水力学是一门技术基础课，应当理论联系实际，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，不宜过分强调专业需要，以致削弱水力学基础理论的讲解。

（一）基本内容

0．绪论

（1）液体的物理力学性质

（2）理想液体和连续介质的概念及其应用。

1．水静力学

（1）静水压强的基本公式、等压面概念和作用在平面、曲面上的静水总压力，压力体图的绘制。

（2）压强的表示方法和压强单位较多，应讲解其关系，避免引起混乱；

（3）几种质量力作用下的液体平衡，应结合例题讲解，以加强压强微分方程式理解和运用。

2.水动力学基础

（1）连续性方程、能量方程、动量方程是重点，这部分应讲深讲透，结合实例分析三大基本方程的应用条件和注意的问题及解题步骤，使学生正确理解其意义，通过习题熟练地掌握这些方程；

（2）液体运动的两种方法，流线、迹线的概念及特点；流量、断面平均流速、渐变流和急变流动水压强分布的概念。

3．液流型态和水头损失

（1）达西公式、层流紊流特征、雷诺数的物理意义和流态判别、沿程阻力和局部阻力是重点；

（2）造成水头损失的原因及影响因素；

4．有压管道恒定流

（1）短管和长管水力计算和水头线绘制是重点。

（2）复杂管道的特点和基本公式解题的方法。

5．有压管中的非恒定流

（1）水击过程、管道非恒定流的基本方程是重点；

（2）应用水击连锁方程解题.

6．明渠恒定流

（1）明渠均匀流的特性、佛汝德数物理概念及缓流、急流、临界流的判别，棱

柱体明渠水面曲线分析，水跃共轭水深计算是重点；

（2）明渠均匀流水力计算；

（3）逐段试算法进行水面曲线计算；

（4）河道水面曲线计算对水文专业学生要求掌握；

7．堰流及闸孔出流

（1）堰流、闸孔出流的判别和过流能力的计算是重点；

（2）堰闸的流量系数、侧收缩系数和淹没系数的选取；

（3）WES剖面。

8．泄水建筑物下游水流的衔接和消能

（1）底流式消能的水力计算是重点；

（2）迭代法进行溢流坝下游收缩断面水深计算；

（3）挑流式消能主要分析挑流长度的挑坎尺寸，简提冲刷坑深度；12．液体运动的流场理论

（1）重点是液体运动的连续性方程、实际液体运动的微分方程及其物理意义；

（2）液体微团运动的基本形式，要使学生有一个正确的理解。

讲授时以说明物理概念和数学表达式的物理意义为主；

（3）讲清理想液体和实际液体动水压强的区别及关系，可以不必详细推导；

（4）欧拉方程和纳维埃---斯托克斯方程是流体力学中的基本方程，应使学生能正确地理解和分析应用。

讲解中应与前面恒定流基本方程联系起来。

13．恒定平面势流

（1）流网原理和绘制是重点；

（2）说明势函数和流函数的物理概念及其关系，使学生有一个正确的理解。

14．渗流

（1）渗流的达西定律和电拟法是本章重点；

（2）通过习题要求学生初步绘制流网和掌握用流网法求解渗流场的方法；

（3）电拟法中着重原理，配合实验使学生初步掌握电拟法的操作；

（4）土坝渗流可以简提，不必详细讲解。

4．量纲分析和相似原理

（1）定理应用和相似准则是重点；

（2）着重指出无量纲数在表达普遍的水流规律中的重要意义；

（3）使学生正确理解量纲合谐是分析流动的一个重要手段，说明相似的重要性。

这部分内容头绪繁多，讲授中要点明各部分内容之明的关系，彼此紧密衔接，上下呼应，做到条理分明。

讲完后应总结，使学生明确问题的提出、发展和结论，构成一个有机的整体；

5、液流型态和水头损失

（1）水头损失的概念和分类，沿程水头损失和局部水头损失；

（2）边界条件对水头损失的影响；

（3）均匀流沿程水头损失与切应力关系，沿程水头损失的一般表达式：

达西公式；

（4）液体运动的两种型态及其判别：

层流和紊流及其判别，雷诺数的物理意义；

（5）圆管中层流运动及其沿程水头损失；

（6）紊流特征：

脉动现象、瞬时值、时均值、脉动值、紊动强度，紊动产生附加切应力，混合长度理论，粘性底层，紊流速度分布；

（7）沿程阻力系数变化规律：

沿程阻力系数入与雷诺数和相对粗糙度的关系

（尼库拉兹图），莫迪图，水力光滑区、过渡区和粗糙区的差别及计算各区入值

的经验公式；

（8）沿程水头损失的经验公式：

谢才公式、曼宁公式；

（9）局部水头损失：

局部水头损失的一般表达式，圆管突然放大的局部水头损失，局部阻力系数。

6、恒定有压管流

（1）管道类型；

（2）简单管道水力计算的基本公式；

（3）简单管道水力计算的基本类型和实例；

（4）复杂管道的水力计算：

串联管道、并联管道、分岔管道、沿程均匀泄流管道（农水）管网（给排水）；

（5）测压管水头线和总水头线绘制；

（6）变水头管道泄流时间的计算。

7、非恒定有压管流

（1）阀门突然关闭和逐渐关闭时管道中的水击：

水击现象，水击波传播速度，直接水击和间接水击；

（2）管道非恒定流的基本方程：

连续性方程和运动方程；

（3）水击的基本微分方程组：

水击连续性方程、水击运动方程，水击连锁方程及其应用；

（4）调压井水面振荡简介。

8、明渠恒定水流

（1）明渠恒定均匀流

1明渠类型；

2②明渠均匀流的特性及产生的条件；

3明渠均匀流计算公式；

4水力最佳断面和允许流速；

5明渠均匀流水力计算类型；

6粗糙度不同的明渠和复式断面明渠的水力计算。

（2）明渠恒定非均匀流

1明渠水流的三种流态及判别，佛汝德数的物理意义；

2断面比能及比能曲线的特性；

3临界水深计算及实例；

4缓坡、陡坡和临界坡度；

5明渠非均匀渐变流的微分方程式：

基本方程式、水深、断面比能和水位沿程变化的微分方程；

6棱柱体渠道恒定渐变流水面曲线的分析；

7棱柱体及非棱柱体渠道水面曲线计算：

逐段试算法；

8恒定非均匀流流量和糙率计算；

9河道水面曲线的计算：

试算法和图解法。

（3）水跃

1棱柱体水平明渠水跃方程；

2水平明渠水跃共轭水深的计算；

3水跃方程的实验验证；

4棱柱体水平明渠水跃能量损失和跃长的计算。

*9、明渠非恒定流

（1）明渠非恒定流的特性和波的分类；

（2）明渠非恒定渐变流基本方程式：

连续性方程和运动方程；

（3）初始条件和边界条件；

（4）明渠非恒定流的计算方法：

特征线法和瞬态法；

（5）明渠非恒定急变流：

波额流段的连续性方程和动量方程，波额流量。

10、堰流和闸孔出流

（1）堰流类型：

薄壁堰、实用堰、宽顶堰；

（2）堰流的基本公式；

（3）薄壁堰、实用堰和宽顶堰的水力计算，流量系数、侧收缩系数、流速系数和淹没系数，实用堰剖面设计原则简介；

（4）闸孔出流的水力计算：

底坎为宽顶堰型和曲线型实用堰的闸孔出流。

11、泄水建筑物下游水流衔接和消能

（1）底流式消能的水力计算，溢流坝下游收缩断面水深的计算，降低护坦及建消能坝形成消能池的水力计算；

△

（2）挑流式消能的水力计算：

△（3）面流消能及消能戽消能水流特性简介。

12、液体运动的流场理论

（1）流场、速度、加速度；

（2）流线、迹线及其微分方程；

（3）液体微团运动的基本形式：

平移、线变形、角变形和旋转；

（4）无涡流、有涡流、速度环量和涡通量；

（5）液体运动的连续性方程式；

（6）理想液体运动微分方程式及其积分，动水压强特性，欧拉方程式，葛罗米柯方程式及其积分；

（7）实际液体运动微分方程式：

纳维埃一斯托克斯方程；

（8）边界层概念。

13、恒定平面势流

（1）恒定平面势流的流速势及流函数；

（2）流网法解平面势流：

流网原理，流网的绘制和应用。

14、渗流

（1）渗流基本概念和渗流模型；

（2）达西定律及其应用条件，渗透系数；

（3）恒定均匀渗流和非均匀渐变渗流，杜比公式；

（4）棱柱体地下河槽恒定渐变流浸润线的分析和计算；

（5）普通井及井群渗流计算；

（6）渗流场的基本微分方程式及其解法简介；

（7）用流网法解平面渗流；

（8）水电比拟法绘流网。

注：

有符号△者，水工、农水、施工讲，水文、水资源、给排水不讲；有符号*者，水文、水资源讲，水工、农水、施工、给排水不讲。

三.习题、实验及学习分配

（一）习题作业

习题作业的基本要求是：

巩固和加深理解所学的基本概念和基本理论，培养学生分析问题、解决问题和灵活运用知识的能力，提高计算技能，培养严肃认真的科学作风和独自获取知识的能力。

习题作业也是理论联系实际的一个途径。

习题包括思考题和计算题。

习题作业应与讲课密切配合。

讲课中讲解必要的例题，课后布置习题作业，利用课外时间完成。

辅导课可用来分析总结习题中的错误和问题，在教师的引导下进行课堂讨论，解决有关要领或原理中的疑难问题。

水力学课外学时为课内学时的1.5倍，除了复习、阅读参考书外，可用来完成习题作业。

完成习题作业的数量为130~200题，针对具体情况，可以布置必作题和选作题，既要避免学生负担过重，又要做到因材施教，使能力较强的学生获得较多的训练。

水文、水资源学生应作明渠非恒定流大作业

课外习题作业，按课程内容的分配，见下表:

表1各章习题分布表

课程内容

习题数

课程内容

习题数

1.绪论

4~6

8.明渠恒定水流

20~32

2.水静力学

15~22

9.明渠非恒定流

1~2

3.水动力学基础

18~30

10.堰流和闸孔出流

10~15

4.量纲分析和相似原理

4~6

11.泄水建筑物下游水流衔接和消能

5~8

5.液流型态和水头损失

14~20

12.液体运动的流场理论

14~20

6.恒定有压管流

10~15

13.恒定平面势流

4~6

7.非恒定有压管流

5~8

14.渗流

6~10

习题数总计

130~200

注:

有*号者为大作业

（二）实验

1.实验要求

实验单独设课考试记分，实验内容应和课程内容紧密衔接。

实验的基本要求是：

观察水流现象，验证所学理论，使学生掌握进行科学试验的方法和操作技能，训练学生整理实验资料，编写实验报告的能力，培养学生严格的科学作风。

实验包括演示实验和量测实验两种。

在条件允许的情况下，可增加一些演示实验，以增加学生的感性认识，也可组织学生参观国家实验室的先进设备，扩大视野。

每个操作实验，要求学生2~4人一组，使每个学生都有动手进行操作，观测水流现象的机会。

实验数据要求用微机处理、学生能独立整理分析实验成果，受到实验技能的基本训练。

实验课学时20~25学时。

2.实验内容

（1）操作实验

1静水压强测定；

2能量方程的验证；

3文丘里管流量系数测定