大學水力學課件
大學水力學課件
水力學是研究以水為代表的液體的宏觀機械運動規律，及其在工程技術中的應用。水力學包括水靜力學和水動力學。
水力學課件
【開課單位】環境科學與工程學院【課程模組】學科基礎
【課程編號】【課程類別】必修
【學時數】48（理論48實踐0）【學分數】3
一、課程描述
本課程大綱根據20**年本科人才培養方案進行修訂。
（一）教學物件：環境工程專業本科生
（二）教學目標及修讀要求
1、教學目標
掌握基本概念。包括：流體的主要物理性質及作用於流體的力，靜水壓強及其特性，壓強的測量與表示方法，恆定一元流，理想液體，微小流束，均勻流與非均勻流，非均勻漸變流與急變流，水頭損失，液體運動的兩種型態，管道的基本概念，明渠的型別，明渠均勻流，水力最佳斷面，允許流速，明渠水流的三種流態，斷面比能與臨界水深，臨界底坡、緩坡與陡坡，明渠恆定非均勻漸變流，水躍，共軛水深，堰流的型別，閘孔出流。
掌握基本理論。包括：靜水壓強的基本公式，幾種質量力同時作用下的液體平衡，實際液體恆定總流的能量方程及應用，恆定總流的動量方程及應用，量綱分析與π定理，液流型態及水頭損失液體運動的兩種型態，謝才公式，稜柱體明渠中恆定非均勻漸變流水面曲線分析，稜柱體水平明渠的水躍方程，水躍的能量損失，堰流與閘孔出流。
掌握基本計算。一是建築物所受的水力荷載，即所承受的靜水壓力、動水總作用力等的計算；二是建築物的過水能力計算；三是水流的流動形態及水頭損失計算；四是水流的能量消耗計算。
2、修讀要求
水力學是力學的一個分支，透過課程學習和訓練，使學生掌握水力學基本概念、基本原理、基本技能和方法；培養學生分析解決問題的能力和實驗技能，併為學習專業課程和處理工程實際中的技術問題打下基礎。透過課堂講授和討論、課後輔導、習題和練習、實驗和實踐教學等教學環節，運用多媒體或實驗等直觀教學手段，完成教學大綱要求的基本內容。由於水力學是一門技術基礎課，應當理論聯絡實際，但應以分析水流現象，揭示水流運動規律，加強水力學的基本概念和基本原理的講解為主，不過分強調專業需要，以致削弱水力學基礎理論的講解。
（三）先修課程：高等數學
二、教學內容
（一）緒論
1、主要內容：力學的基本任務及發展簡史，流體的主要物理性質及作用於流體的力，水力學的研究方法。
2、教學要求：掌握流體主要物理力學性質；理解連續介質與劉翔液體的概念；瞭解水力學研究任務與研究物件以及水力學發展簡史。
3、重點、難點：液體主要物理力學性質。
4、其它教學環節：緒論習題課。
（二）第一章水靜力學
1、主要內容：水靜力學的基本原理及其應用，主要有靜水壓強及其特性、液體的平衡微分方程及其積分、等壓面重力作用下的靜水壓強的基本公式，幾種質量力同時作用下的液體平衡、壓強的測量與表示方法、作用於平面上的靜水總壓力、作用於曲面及物體上的靜水總壓力。
2、教學要求：掌握重力作用下的靜水壓強的基本公式，作用於平面上的靜水總壓力、作用於曲面及物體上的靜水總壓力；理解靜水壓強及其特性液體的平衡微分方程及其積分、等壓面概念；瞭解幾種質量力同時作用下的液體平衡、壓強的測量與表示方法。
3、重點、難點：重力作用下靜水壓強的計算，作用於平面上的靜水總壓力、作用於曲面及物體上的靜水總壓力。
4、其它教學環節：第一章習題及講解。
（三）第二章液體運動的流束理論
1、主要內容：從流束流輪出發，討論液體運動所遵循的普遍規律並建立相應的方程式，主要內容有恆定一元流的連續性方程，液體恆定流微小流束的能量方程式，均勻流與非均勻流，非均勻漸變流與急變流，實際液體恆定總流的能量方程，恆定總流的動量方程，量綱分析與π定理。
2、教學要求：掌握水動力學三大基本方程及其物理意義，理解流體運動的分類及基本概念；瞭解量綱分析與π定理。
3、重點、難點：恆定總流的連續性方程、能量方程及動量方程
4、其它教學環節：第二章習題及講解。
（四）第三章液流型態及水頭損失
1、主要內容：水頭損失的物理概念，從液體運動的兩種型態出發，研究水頭損失的變化規律及其計算方法。
2、教學要求：掌握液體運動的兩種液流型態，水頭損失的變化規律及其計算方法；理解水頭損失的物理概念，液流邊界幾何條件對水頭損失的影響，均勻流沿程水頭損失與切應力的關係。
3、重點、難點：沿程水頭和區域性水頭損失的計算方法，謝才公式。
4、其它教學環節：第三章習題及講解。
（五）第四章有壓管中的恆定流
1、主要內容：管道的分類，虹吸管及水泵裝置的水力計算，簡單管道、串聯管道、並聯管道、分叉管道的水力計算，沿程均勻洩流管道的水力計算。
2、教學要求：掌握簡單管道、串聯管道、並聯管道、分叉管道的水力計算、沿程均勻洩流管道的'水力計算；理解管道的基本概念和理論；瞭解虹吸管及水泵裝置的水力計算。
3、重點、難點：簡單管道及複雜管道的水力計算。
4、其它教學環節：第四章習題及講解。
（六）第五章明渠恆定均勻流
1、主要內容：明渠的型別及其對水流運動的影響，明渠均勻流的特性及其產生條件，明渠均勻流的計算，水力最佳斷面及允許流速，粗糙度不同的明渠及複式斷面明渠的水力計算。
2、教學要求：掌握明渠均勻流的水力計算；理解水利最佳斷面及允許流速；瞭解粗糙度不同的明渠及複式斷面明渠的水力計算。
3、重點、難點：明渠恆定均勻流的水力計算。
4、其它教學環節：第五章習題及講解。
（七）第六章明渠恆定非均勻流
1、主要內容：明渠水流的三種流態，斷面比能與臨界水深，臨界底坡、緩坡與陡坡等概念，明渠恆定非均勻漸變流的微分方程式，稜柱體明渠中恆定非均勻漸變流水面曲線分析。
2、教學要求：掌握明渠恆定非均勻漸變流的微分方程式，稜柱體明渠中恆定非均勻漸變流水面曲線分析。理解明渠水流的三種流態，斷面比能與臨界水深，臨界底坡、緩坡與陡坡等基本概念。
3、重點、難點：明渠恆定非均勻漸變流的微分方程式，稜柱體明渠中恆定非均勻漸變流水面曲線分析。
4、其它教學環節：第六章習題及講解。
（八）第七章水躍
1、主要內容：稜柱體水平明渠的水躍方程推導，稜柱體水平明渠中水躍共軛水深的計算，水躍的能量損失和躍長計算，非稜柱體明渠中的水躍計算。
2、教學要求：掌握稜柱體水平明渠中水躍共軛水深的計算，水躍的能量損失和躍長的計算；理解稜柱體水平明渠的水躍方程推導過程，瞭解非稜柱體明渠中的水躍。
3、重點、難點：柱體水平明渠中水躍共軛水深的計算。
4、其它教學環節：第七章習題及講解。
（九）第八章堰流及閘孔出流
1、主要內容：堰流的型別及計算公式，薄壁堰流的水力計算，實用堰流的水力計算，寬頂堰流的水力計算，窄深堰流的水力計算，閘孔出流的水力計算。
2、教學要求：掌握堰流的型別及基本計算、閘孔出流的水力計算；瞭解薄壁堰流的水力計算，實用堰流的水力計算，寬頂堰流的水力計算，窄深堰流的水力計算。
3、重點、難點：堰流的型別及基本計算。
4、其它教學環節：第八章習題及講解。