水力学课程教学大纲 有关本课程的说明 1课程的性质、目的与任务水力学是大学水利水电类专业必修的一门主要技术基础课。通过本课程 的学习，使学生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 △堂风 水利工程中的水力计算，并具备初步的试验量测技能，为学习后续课程和从事专业技术工作打下基 础 2教学总体要求掌握水流运动的基本概念、基本定律与分析方法。通过习题练习，掌握常见的工程 水力计算能力：水流特点的分析，水力荷载的确定，过水能力与过流建筑物尺寸的计算，水流衔接 消能的计算等。 通过实验课，理解常见水流运动特点，增强动手能力 ,掌握必要的量测技能与整 理实验数据的能力。 本课程考试方式为闭卷、120分钟，考试时应带计算器及简单绘图工具。 3.适用专业与学时本大纲适用于农水、水工、水资专业的水力学课程教学。总学时80，课程教学时数 分配见表1。 4.与其它课程的联系学习本课程应具备高等数学中有关微分、积分、简单微分方程等高等数学基 础：还应具备理论力学、材料力学中有关静力学、动力学、应力与应变、面积矩等方面的工程力学 基础。后续课程为农田水利、水资源管理、水工建筑物、水利工程施工与水电站等课程。 5.推荐教材及参考书推荐使用中国农业出版社出版，吕宏兴，裴国霞，杨玲霞主编的《水力学》教 材。文字教材是主要的教学媒体，包括主教材和实验教材。 主要参考书目 ①吴持恭主编的《水力学》第4版，北京，中国高等教育出版社，2008.1. ②李家星、赵振兴主编《水力学》，南京，河海大学出版社，2001. ③李炜、徐孝平主编《水力学》，武汉，武汉水利电力出版社，2000. 6.主要教学方法与媒体要求本课程采用多媒体课堂教学与实验教学相结合的方法。开设实验课8学 时，具体试 金内容与所需实验仪器见表2。 课程内容 (一)绪论 教学内容： 水力学的定义、任务及其在专业中的作用 2 液体基本性质： 易流动 不易压缩性 3. 液体的主要物理力学性 4. 牛顿内摩擦定律 5.连续介质与理想流体 作用于流体上的两类力：质量力与表面力 教学要求 表1水力学课程教学时数分配表 课程内容 讲课 实验 习题 小计 S1绪论 2 2 S2水静力学 10 S3水动力学基础 10 §4液流型态及水头损失 10 2 S5有压管中的恒定流 6 6 $6明渠均匀流 4 g §7明渠非均匀流 6 6 S8堰流及闸孔出流 6
水力学课程教学大纲 一、有关本课程的说明 1.课程的性质、目的与任务 水力学是大学水利水电类专业必修的一门主要技术基础课。通过本课程 的学习，使学生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，为学习后续课程和从事专业技术工作打下基 础。 2.教学总体要求 掌握水流运动的基本概念、基本定律与分析方法。通过习题练习，掌握常见的工程 水力计算能力：水流特点的分析，水力荷载的确定，过水能力与过流建筑物尺寸的计算，水流衔接 与消能的计算等。 通过实验课，理解常见水流运动特点，增强动手能力，掌握必要的量测技能与整 理实验数据的能力。 本课程考试方式为闭卷、120分钟，考试时应带计算器及简单绘图工具。 3.适用专业与学时 本大纲适用于农水、水工、水资专业的水力学课程教学。总学时80,课程教学时数 分配见表1。 4. 与其它课程的联系 学习本课程应具备高等数学中有关微分、积分、简单微分方程等高等数学基 础；还应具备理论力学、材料力学中有关静力学、动力学、应力与应变、面积矩等方面的工程力学 基础。后续课程为农田水利、水资源管理、水工建筑物、水利工程施工与水电站等课程。 5. 推荐教材及参考书 推荐使用中国农业出版社出版，吕宏兴，裴国霞，杨玲霞主编的《水力学》教 材。文字教材是主要的教学媒体，包括主教材和实验教材。 主要参考书目： ①吴持恭主编的《水力学》第4版，北京，中国高等教育出版社，2008.1. ②李家星、赵振兴主编《水力学》，南京，河海大学出版社，2001. ③李炜、徐孝平主编《水力学》，武汉，武汉水利电力出版社，2000. 6.主要教学方法与媒体要求 本课程采用多媒体课堂教学与实验教学相结合的方法。开设实验课8学 时，具体试验内容与所需实验仪器见表2。 二、课程内容 （一）绪论 教学内容： 1． 水力学的定义、任务及其在专业中的作用 2． 液体基本性质：易流动与不易压缩性 3． 液体的主要物理力学性质 4． 牛顿内摩擦定律 5． 连续介质与理想流体 6． 作用于流体上的两类力：质量力与表面力 教学要求： 表1 水力学课程教学时数分配表 课程内容 讲课 实验 习题 小计 §1 绪论 2 2 §2 水静力学 10 2 12 §3 水动力学基础 10 2 12 §4 液流型态及水头损失 10 2 12 §5 有压管中的恒定流 6 6 §6 明渠均匀流 4 4 §7 明渠非均匀流 6 6 §8 堰流及闸孔出流 6 2 8
S9泄水建筑物下游的水流衔接与消能 6 6 §10有压管中的非恒定流 S15液体三元流理论基础 S18渗流 表2水力学实验课内容及所需设备 实验内容 时数 所需仪器、设备 实验一、静水压强实验；孔 2 静水压强、孔口、管嘴、能量方 口、管嘴：能量方程 程实验仪，秒表，台秤 实验二、动量方程；毕托管 动量方程；毕托管测流速；文丘 测流速；文里系数 里实验仪，秒表，台秤 实验三、雷诺实；验沿程 2 雷诺、沿程、局部阻力实验仪， 局部阻力实验 温度十，量筒 实验四、水跃、堰流实验 玻璃水槽，测针、钢尺 使学生明确水力学研究的对像、特点以及其重要性；理解液体的惯性、重力特性与粘滞性；了解压 缩性与表面张力特性： 了解两类作用力的特点；掌握容重与密度间、粘滞性系数与粘滞力间的关系 教学建议： 1.液体的主要物理力学性质是本章重点 2. 强调讲清液体粘性产生原因及作用 3. 讲清水力学学习的重要性与学习的特点 (二)水静力学 教学内容： 1.静水压强及其特性 2 重力作用下的静压基本方程 3. 静压方程的几何意义与能量意义 4. 静压的度量与量测 5. 静水压强分布图 6. 平面壁静水总压力 7 曲面壁静水总玉十 教学要求 理解静压特性，了解静压基本方程的意义；掌握静压的度量与计算，会画压强分布图和压力体图， 熟练掌握平面与曲面壁的静水总压力计算，会确定总压力的位置；知道相对平衡的概念。 教学建议： 本章重点是点压强的确定与边壁总压力的计算 要强调真空的概念与作用 3. 讲清压强分布图与压力体图的绘制 (三 水动力学基础 教学内容： 表示水流运动的要素 2. 水流运动的分类 总流连续方程 4.元流与总流能量方程及其应用
§9 泄水建筑物下游的水流衔接与消能 6 6 §10 有压管中的非恒定流 4 4 §15 液体三元流理论基础 4 4 §18渗流 4 4 表2 水力学实验课内容及所需设备 实验内容 时数 所需仪器、设备 实验一、静水压强实验；孔 口、管嘴；能量方程 2 静水压强、孔口、管嘴、能量方 程实验仪，秒表，台秤 实验二、动量方程；毕托管 测流速；文丘里系数 2 动量方程；毕托管测流速；文丘 里实验仪，秒表，台秤 实验三、雷诺实；验沿程、 局部阻力实验 2 雷诺、沿程、局部阻力实验仪， 温度计，量筒 实验四、水跃、堰流实验 2 玻璃水槽，测针、钢尺 使学生明确水力学研究的对象、特点以及其重要性；理解液体的惯性、重力特性与粘滞性；了解压 缩性与表面张力特性；了解两类作用力的特点；掌握容重与密度间、粘滞性系数与粘滞力间的关系 式。 教学建议： 1. 液体的主要物理力学性质是本章重点 2. 强调讲清液体粘性产生原因及作用 3. 讲清水力学学习的重要性与学习的特点 （二） 水静力学 教学内容: 1. 静水压强及其特性 2. 重力作用下的静压基本方程 3. 静压方程的几何意义与能量意义 4. 静压的度量与量测 5. 静水压强分布图 6. 平面壁静水总压力 7. 曲面壁静水总压力 教学要求: 理解静压特性，了解静压基本方程的意义；掌握静压的度量与计算，会画压强分布图和压力体图， 熟练掌握平面与曲面壁的静水总压力计算，会确定总压力的位置；知道相对平衡的概念。 教学建议： 1． 本章重点是点压强的确定与边壁总压力的计算 2． 要强调真空的概念与作用 3． 讲清压强分布图与压力体图的绘制 （三） 水动力学基础 教学内容： 1． 表示水流运动的要素 2． 水流运动的分类 3． 总流连续方程 4． 元流与总流能量方程及其应用
5.总流动量方程及其应用 6.相对运动的能量方程简介 教学要求 了解流线 微小流束、总流 流量、断面平均流速、 水力半径等重要基本概念了解各种流动的基 本特征及相互联系；熟练掌握连续方程、能量方程、动量方程并能应用解决实际工程问题。理解测 压管水头线、总水头线、水力坡度的概念以及测压管水头、流速水头、总水头三者间的关系。知道 相对运动水流能量特点。 教学建议： 连续方程、能量方程、动量方程是对各种水流问题分析、计算的基础，是本章重点， 2.应反复说明、强调能量方程应用的方法、适用条件与范围。 3.动量方程应讲清方程的矢量性，应用时注意隔离体的选定与矢量投影关系。 (四) 液流流态与水头损失 教学内容 实际流动的两种流态：层流与紊流的特点及判别 2. 水流阻力与水头损失的分类 3.沿程水头损失的确定：沿程阻力系数的变化规律及确定，沿程水头损失计算的经验公式 局部水头失的特点及确定 教学要 求： 理解层流与紊流的特点，紊流的产生原因，理解沿程阻力系数在不同流区的变化特点，理解水头损 失产生原因。 掌握两种流态的判别，沿程阻力系数与R数、边界条件的关系；熟练掌握计算沿程水头损失的达西 威斯巴哈公式和经验的Chezy2公式和Maning公式，熟练掌握局部水头损失的计算；知道紊流的应力 及流速分布特征。 教学建议： 1,重点是流态判别与水头损失的计算 2.处理好紊流特征的讲授与沿程阻力系数确定间的衔接关系。 五) 有压管道恒流与非恒定流 教学内容 1. 管流的特点与分类：长管、短管 2. 短管的水力计算 3 长管的水力计值（管网）】 管流测压管水头线和总水头线的绘制 5. 有压管道的水击 教学要求 理解管流基本特点，水击波传播规律，了解管流分类方法，知道间接水击的特点；熟练掌握短管、 长管水力计算，掌握管道测压管水头线和总水头线的绘制：掌握水击分类，会进行简单水击压强的 计算；能动手进行沿程与局部阻力系数的测试实验 教学建议 1. 长管、短管的水力计算和测压管水头线的绘制是本章重点 2.应使学生熟练掌握虹吸管和水泵的水力计算 3. 水击强调物理现象、基本分类 (六) 明渠恒定均匀流与非均匀流 教学内容 1. 明渠流的特点及分类 2.明渠均匀流：特点及产生条件，明渠均匀流的水力计算，水力最佳断面，允许流速 3. 明渠非均匀渐变流的流动特点，明渠流的三种运动状态及判别，断面单位能量，临界流方程与临 界 4 两种明渠非均匀急变流现象：水跌与水跃 .明渠非均匀渐变流的基本运动方程，棱柱体渠道水面线的定性分析与定量计算
5． 总流动量方程及其应用 6． 相对运动的能量方程简介 教学要求： 了解流线、微小流束、总流、流量、断面平均流速、水力半径等重要基本概念；了解各种流动的基 本特征及相互联系；熟练掌握连续方程、能量方程、动量方程并能应用解决实际工程问题。理解测 压管水头线、总水头线、水力坡度的概念以及测压管水头、流速水头、总水头三者间的关系。知道 相对运动水流能量特点。 教学建议： 1． 连续方程、能量方程、动量方程是对各种水流问题分析、计算的基础，是本章重点。 2． 应反复说明、强调能量方程应用的方法、适用条件与范围。 3． 动量方程应讲清方程的矢量性，应用时注意隔离体的选定与矢量投影关系。 （四） 液流流态与水头损失 教学内容 1． 实际流动的两种流态：层流与紊流的特点及判别 2． 水流阻力与水头损失的分类 3． 沿程水头损失的确定：沿程阻力系数的变化规律及确定，沿程水头损失计算的经验公式 4． 局部水头损失的特点及确定 教学要求： 理解层流与紊流的特点，紊流的产生原因，理解沿程阻力系数在不同流区的变化特点，理解水头损 失产生原因。 掌握两种流态的判别,沿程阻力系数与Re数、边界条件的关系；熟练掌握计算沿程水头损失的达西－ 威斯巴哈公式和经验的Chezy公式和Maning公式，熟练掌握局部水头损失的计算；知道紊流的应力 及流速分布特征。 教学建议： 1． 重点是流态判别与水头损失的计算 2． 处理好紊流特征的讲授与沿程阻力系数确定间的衔接关系。 （五） 有压管道恒定流与非恒定流 教学内容： 1． 管流的特点与分类：长管、短管 2． 短管的水力计算 3． 长管的水力计算（管网） 4． 管流测压管水头线和总水头线的绘制 5． 有压管道的水击 教学要求： 理解管流基本特点，水击波传播规律，了解管流分类方法，知道间接水击的特点；熟练掌握短管、 长管水力计算，掌握管道测压管水头线和总水头线的绘制；掌握水击分类，会进行简单水击压强的 计算；能动手进行沿程与局部阻力系数的测试实验 教学建议： 1． 长管、短管的水力计算和测压管水头线的绘制是本章重点 2． 应使学生熟练掌握虹吸管和水泵的水力计算 3． 水击强调物理现象、基本分类 （六） 明渠恒定均匀流与非均匀流 教学内容： 1． 明渠流的特点及分类 2． 明渠均匀流：特点及产生条件，明渠均匀流的水力计算，水力最佳断面，允许流速 3． 明渠非均匀渐变流的流动特点，明渠流的三种运动状态及判别，断面单位能量，临界流方程与临 界水深 4． 两种明渠非均匀急变流现象：水跌与水跃 5． 明渠非均匀渐变流的基本运动方程，棱柱体渠道水面线的定性分析与定量计算
6.弯道水流与河道洪水特点 教学要求： 了解明渠流的特点，理解明渠均匀流的力学实质，了解明渠非均匀渐变流运动方程的特点和水面线 变化的原因会进行水面线定性分析，了解明渠流中三种流态的比能变化特点，了解水跌与弯道水流 特点： 熟练掌握明渠三种流态的判别；掌握明渠均匀流的水力计算与渠道设计；掌握临界水深〔矩形断面 渠道)的确定和水跃的水力计算；会进行水力最佳断面的判定和棱柱体渠道水面线的定量计算。 教学建议， 明渠均匀流与水跃的水力计算是本章重点 2.明渠水面线的定性分析为本章难点，要讲清水面线的衔接原因与控制条件 3.水面线的计算要求掌握基本原则和方法 (七) 堰流与闸孔出流水力计算 教学内容 1.堰流水力计算 2.闸孔出流的水力计算 教学要求： 理解堰流、闸孔出流的特点与区别，了解堰流类型，熟练掌握堰流与闸孔出流的水力计算，会进行 各类堰剖面的设计。 教学建议： 1.闸孔和堰的过流能力是本章重点 (八)泄水建筑物下游水流衔接与消能 教学内容 收缩水深的计算 2.底流型衔接与消能 3.面流、挑流型衔接与消能 教学要求 解建筑物下游水流特点及衔接、消能方式；掌握消力池的校核与设计 教学建议 底流型衔接与消能是重点，消力池的设计要讲清必须满足的条件知计算步 (九)液体三元流理论基础 教学内容及要求： 了解流体微团运动的基本形式 理解有势流动和有旋流动。 理解速度势函数、流涵数和流网。了解势流叠加原理。 了解纳维斯托克斯方程及其各项的物理意义。 渗流 教 学内容 渗流的基本概念及渗流模型 2. 渗流的达西定律：达西公式，渗透系数 3.地下河段均匀与非均匀渐变渗流：杜比公式，浸润线的分析与计算 渗流流网简介 教学要求 了解渗流特点及渗流模型建立的条件，掌握达西定律并了解其适用范围和渗透系数的确定方法：掌 握非均匀渐变渗流浸润线的分析与计算 教学建议： 达西定律是本章重点，非均匀渐变渗流浸润线的分析与计算是本章难点， 要讲清达西公式与杜比公式的联系与区别
6． 弯道水流与河道洪水特点 教学要求： 了解明渠流的特点，理解明渠均匀流的力学实质，了解明渠非均匀渐变流运动方程的特点和水面线 变化的原因会进行水面线定性分析，了解明渠流中三种流态的比能变化特点，了解水跌与弯道水流 特点； 熟练掌握明渠三种流态的判别；掌握明渠均匀流的水力计算与渠道设计；掌握临界水深〔矩形断面 渠道〕的确定和水跃的水力计算；会进行水力最佳断面的判定和棱柱体渠道水面线的定量计算。 教学建议： 1． 明渠均匀流与水跃的水力计算是本章重点 2． 明渠水面线的定性分析为本章难点，要讲清水面线的衔接原因与控制条件 3． 水面线的计算要求掌握基本原则和方法 （七） 堰流与闸孔出流水力计算 教学内容： 1． 堰流水力计算 2． 闸孔出流的水力计算 教学要求： 理解堰流、闸孔出流的特点与区别，了解堰流类型，熟练掌握堰流与闸孔出流的水力计算，会进行 各类堰剖面的设计。 教学建议： 1． 闸孔和堰的过流能力是本章重点 （八） 泄水建筑物下游水流衔接与消能 教学内容： 1．收缩水深的计算 2．底流型衔接与消能 3．面流、挑流型衔接与消能 教学要求： 了解建筑物下游水流特点及衔接、消能方式；掌握消力池的校核与设计。 教学建议： 底流型衔接与消能是重点，消力池的设计要讲清必须满足的条件和计算步骤 （九） 液体三元流理论基础 教学内容及要求： 了解流体微团运动的基本形式。 理解有势流动和有旋流动。 理解速度势函数、流函数和流网。了解势流叠加原理。 了解纳维-斯托克斯方程及其各项的物理意义。 （十） 渗流 教学内容： 1． 渗流的基本概念及渗流模型 2． 渗流的达西定律：达西公式，渗透系数 3． 地下河段均匀与非均匀渐变渗流：杜比公式，浸润线的分析与计算 4． 渗流流网简介 教学要求： 了解渗流特点及渗流模型建立的条件，掌握达西定律并了解其适用范围和渗透系数的确定方法；掌 握非均匀渐变渗流浸润线的分析与计算 教学建议： 1． 达西定律是本章重点，非均匀渐变渗流浸润线的分析与计算是本章难点； 2． 要讲清达西公式与杜比公式的联系与区别
编写：吕宏兴 2010年10月
编写：吕宏兴 2010年10月