四川大学水力学课程教学大纲.docx

1、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 100116 学时 水文 97112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

2、。 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。

3、(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

4、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)

5、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

6、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，

7、 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、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

9、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；2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

10、：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

11、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

12、，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、

13、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

14、成习题作业的数量为 130200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468.明渠恒定水流20322.水静力学15229.明渠非恒定流123.水动力学基础183010.堰流和闸孔出流10154.量纲分析和相似原理4611.泄水建筑物下游水流衔接和消能585.液流型态和水头损失142012.液体运动的流场理论14206.恒定有压管流101513. 恒定平面势流467.非恒定有压管

15、流5814.渗流610习题数总计130200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24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 2025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