水力学基础知识
主讲教师:张晓雷
| 学校: | 华北水利水电大学 |
| 开课院系: | 水利学院 |
| 专业大类: | 水利工程 |
| 开课专业: | 水利水电工程 |
| 课程英文名称: | Hydraulics |
| 学分: | 5 |
| 课时: | 80 |
水力学是水利水电工程专业的必修专业基础课程,是研究以水为代表的液体机械运动规律及其在工程中应用的一门科学。主要讲述水力学基本概念,水力学三大基本方程,管流、明渠水流、堰流、闸孔出流及渗流等一般水力学计算问题。 (一)主要内容 第一章 水力学基础知识 1、教学内容: 介绍水力学的基本任务及发展简史,液体的主要物理性质及作用于流体的力,水力学的研究方法。 2、教学要求: (1)知识方面:掌握液体的基本特征和主要物理力学性质,连续介质、理想液体、作用在液体上的两种力。 (2)能力与素质方面:培养利用牛顿内摩擦定律解决工程实际问题的能力。 3、重点: (1)液体的基本特性及主要物理力学性质 (2)理想液体、液体的粘滞性、牛顿内摩擦定律及连续介质概念 (3)质量力与表面力的概念 4、难点: (1)牛顿内摩擦定律 (2)作用于液体上的力 第二章 水静力学 1、教学内容: 水静力学的基本原理及其应用,主要有静水压强及其特性、液体的平衡微分方程及其积分、等压面、重力作用下的静水压强的基本公式,压强的测量与表示方法、作用于平面上的静水总压力、作用于曲面及物体上的静水总压力。 2、教学要求: (1)知识方面:掌握重力作用下的静水压强的基本公式,压强的测量,作用于平面上、曲面上的静水总压力求解方法。 (2)能力与素质方面:培养利用水静力学规律解决工程实际问题的能力。 3、重点: (1)重力作用下的静水压强的基本公式 (2)压强的测量与表示方法 (3)作用于平面上的静水总压力 (4)作用于曲面及物体上的静水总压力 4、难点: (1)作用于平面上的静水总压力 (2)作用于曲面及物体上的静水总压力 第三章液体一元恒定总流的基本原理 1、教学内容: 从流束理论出发,讨论液体运动所遵循的普遍规律并建立相应的方程式,主要内容有恒定一元流的连续性方程,液体恒定元流的能量方程式,均匀流与非均匀流,非均匀渐变流与急变流,恒定总流的连续性方程,实际液体恒定总流的能量方程及其应用,恒定总流的动量方程及其应用。 2、教学要求: (1)知识方面:掌握恒定总流的连续性方程,实际液体恒定总流的能量方程及其应用,恒定总流的动量方程及其应用。 (2)能力与素质方面:培养利用水动力学基本方程解决工程实际问题的能力。 3、重点: (1)均匀流与非均匀流,非均匀渐变流与急变流 (2)恒定总流的连续性方程 (3)实际液体恒定总流的能量方程及其应用 (4)恒定总流的动量方程及其应用 (四)难点: (1)实际液体恒定总流的能量方程及其应用 (2)恒定总流的动量方程及其应用 第四章 水流形态及水头损失 1、教学内容: 水头损失分类、均匀流沿程水头损失与水流阻力的关系、计算沿程水头损失的基本公式、实际液体运动的两种型态与判别、雷诺数的物理意义、圆管层流运动过水断面上的流速分布和沿程水头损失计算、层流运动的沿程水头损失系数与雷诺数的关系、紊流的特征和附加切应力、尼古拉兹实验和沿程水头损失系数的变化规律及计算、计算沿程水头损失的经验公式、局部水头损失的特点和计算。 2、教学要求: (1)知识方面:掌握沿程水头损失的计算、局部水头损失计算。 (2)能力与素质方面:培养利用水头损失计算解决能量方程在工程实践当中运用的能力。 3、重点: (1)均匀流沿程水头损失与水流阻力的关系 (2)计算沿程水头损失的基本公式 (3)实际液体运动的两种型态与判别 (4)圆管层流运动过水断面上的流速分布和沿程水头损失计算 (5)紊流的特征和附加切应力 (6)尼古拉兹实验和沿程水头损失系数的变化规律及计算 (7)计算沿程水头损失的经验公式 (8)局部水头损失的特点和计算 4、难点: (1)实际液体运动的两种型态与判别 (2)尼古拉兹实验和沿程水头损失系数的变化规律及计算 第五章 有压管道流动 1、教学内容: 有压管道流动的特点及分类、简单管道水力计算和管流水头线的绘制、孔口出流、管嘴出流、有压管道中的非恒定流、水击波传播过程、水击分类、水击波波速和直接水击计算。 2、教学要求: (1)知识方面:掌握有压简单管道水力计算和管流水头线的绘制、孔口出流、管嘴出流的计算 (2)能力与素质方面:培养利用水动力学基本方程解决工程实际问题的能力。 3、重点: (1)简单管道水力计算和管流水头线的绘制 (2)孔口出流、管嘴出流 (3)有压管道中的非恒定流-水击波传播过程、水击分类、直接水击压强计算。 4、难点: (1)简单管道水力计算和管流水头线的绘制 (2)管嘴出流 (3)有压管道中的非恒定流-水击波传播过程、直接水击压强计算。 第六章 恒定明渠水流 (一)教学内容: 明渠水流的特点和分类、明渠断面的水力要素、明渠均匀流的特性及产生条件、明渠均匀流基本公式、水力最佳断面、允许流速和糙率的确定、正常水深和明渠均匀流水力计算、明渠非均匀渐变流的流动特点、明渠水流三种运动状态及其判别、佛汝德数的物理意义、断面比能、临界水深、临界底坡的概念、变化规律及计算、明渠非均匀急变流的两种现象、明渠恒定非均匀渐变流的微分方程、棱柱体明渠水面曲线分析与衔接、明渠恒定非均匀渐变流的水面曲线、弯道水流特征、水跃方程和共轭水深计算、棱柱体水平明渠中水跃计算。 2、教学要求: (1)知识方面:掌握明渠均匀流计算、棱柱体明渠水面曲线分析与衔接、棱柱体水平明渠中水跃计算。 (2)能力与素质方面:培养利用明渠流动的知识解决工程实际问题的能力。 3、重点: (1)明渠均匀流的特性及产生条件 (2)正常水深和明渠均匀流水力计算 (3)明渠水流三种运动状态及其判别 (4)断面比能、临界水深、临界底坡的计算 (5)明渠非均匀急变流的两种现象 (6)明渠恒定非均匀渐变流的微分方程、棱柱体明渠水面曲线分析与衔接 (7)水跃方程和共轭水深计算、棱柱体水平明渠中水跃计算。 4、难点: (1)明渠水流三种运动状态及其判别 (2)断面比能、临界水深、临界底坡的计算 (3)棱柱体明渠水面曲线分析与衔接 (4)水跃方程和共轭水深计算 第七章 过流建筑物的水力计算 1、教学内容: 堰闸出流的分类与特点、堰流的类型和基本公式、薄壁堰、实用堰和宽顶堰的水力计算、曲线型实用堰剖面形状的确定、闸孔出流基本公式和水力计算、水工建筑物下游水流衔接与消能的方式、底流消能水力设计、消力池池深和长度的确定、挑流消能水力设计。 2、教学要求: (1)知识方面:掌握堰流、闸孔出流计算公式,底流消能水力设计 (2)能力与素质方面:培养利用堰闸泄流的知识,水工建筑物下游水流衔接与消能的知识解决工程实际问题的能力。 3、重点: (1)堰流的类型和基本公式 (2)薄壁堰、实用堰和宽顶堰的水力计算 (3)闸孔出流基本公式和水力计算 (4)水工建筑物下游水流衔接与消能的方式 (5)底流消能水力设计、消力池池深和长度的确定 4、难点: (1)实用堰和宽顶堰的水力计算 (2)闸孔出流基本公式和水力计算 (3)水工建筑物下游水流衔接与消能的方式 (4)底流消能水力设计 第八章 渗流 1、教学内容: 渗流基本概念和渗流模型、达西定律及其应用条件、渗透系数、地下河槽均匀渗流和非均匀渐变渗流的基本公式、井的类型及计算公式。 2、教学要求: (1)知识方面:掌握达西定律及其应用条件 (2)能力与素质方面:培养利用地下水渗流方程解决工程实际渗流问题的能力。 3、重点: (1)渗流基本概念和渗流模型 (2)达西定律及其应用条件 (3)地下河槽均匀渗流和非均匀渐变渗流的基本公式 4、难点:达西定律及其应用条件。 (二)教学目的 通过本课程的学习,使学生掌握水流运动的基本概念,基本理论和分析方法,理解不同水流的特点,学会常见水利水电工程中的水力计算,为学习专业课程、从事专业技术工作打下一定的基础。 (三)教学目标 通过本课程的理论教学和实验训练,使学生具备以下能力: 课程目标1:熟练掌握液体平衡、运动的一般规律和有关的基本概念及基本理论,了解水力学在生产实践中的任务和作用。 课程目标2:学会对水力学问题分析、计算方法,具有水力学实验基本技能; 课程目标3:具备利用水力学规律分析解决工程实际问题的能力。 课程目标4:具有将数据整理、结果分析等以图、表及报告的形式进行呈现的能力。
| 课程章节 | | 文件类型 | | 修改时间 | | 大小 | | 备注 | |
| 1.1 水力学简介 |
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| 1.2 液体的基本特征及其物理力学性质 |
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| 1.3 作用于液体上的力 |
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| 1.4 量纲及量纲分析方法 |
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| 1.5 水力学的研究方法 |
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| 2.1 静水压强及其特性 |
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| 2.2 液体平衡微分方程及其积分 |
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| 2.3 重力作用下静水压强的基本方程 |
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| 2.4 静水压强的量测与静水压强分布图 |
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| 2.5 作用在平面上的静水总压力 |
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| 2.6 作用在曲面上的静水总压力 |
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| 3.1 描述液体运动的方法 |
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| 3.2 液体运动的基本概念 |
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2020-03-07 | 83.49MB | ||
| 3.3 液体运动的分类 |
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| 3.4 恒定总流的连续性方程 |
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| 3.5 恒定总流的能量方程 |
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| 3.6 恒定总流的动量方程 |
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| 4.1 水头损失及其分类 |
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| 4.2 均匀流沿程水头损失的基本方程 |
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2020-04-17 | 70.04MB | ||
| 4.3 水流的流动型态 |
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2020-04-10 | 77.27MB | ||
| 4.4 层流运动及其沿程水头损失计算 |
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| 4.5 紊流的运动特性 |
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| 4.6 紊流沿程水头损失的计算 |
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| 4.7 计算沿程水头损失的经验公式——舍齐公式 |
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| 4.8 局部水头损失 |
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| 4.9 边界层与绕流阻力 |
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| 5.1 习题课1 |
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| 5.2 习题课2 |
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