西北農(nóng)林水力學(xué)課程教學(xué)大綱

水力學(xué)課程教學(xué)大綱一、有關(guān)本課程的說(shuō)明1.課程的性質(zhì)、目的與任務(wù)

水力學(xué)是大學(xué)水利水電類(lèi)專業(yè)必修的一門(mén)主要技術(shù)基礎(chǔ)課。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握水流運(yùn)動(dòng)的基本概念、基本理論與分析方法，理解不同水流的特點(diǎn)，學(xué)會(huì)常見(jiàn)水利工程中的水力計(jì)算，并具備初步的試驗(yàn)量測(cè)技能，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和從事專業(yè)技術(shù)工作打下基礎(chǔ)。2.教學(xué)總體要求

掌握水流運(yùn)動(dòng)的基本概念、基本定律與分析方法。通過(guò)習(xí)題練習(xí)，掌握常見(jiàn)的工程水力計(jì)算能力：水流特點(diǎn)的分析，水力荷載的確定，過(guò)水能力與過(guò)流建筑物尺寸的計(jì)算，水流銜接與消能的計(jì)算等。通過(guò)實(shí)驗(yàn)課，理解常見(jiàn)水流運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，增強(qiáng)動(dòng)手能力，掌握必要的量測(cè)技能與整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力。本課程考試方式為閉卷、120分鐘，考試時(shí)應(yīng)帶計(jì)算器及簡(jiǎn)單繪圖工具。3.適用專業(yè)與學(xué)時(shí)

本大綱適用于農(nóng)水、水工、水資專業(yè)的水力學(xué)課程教學(xué)?？倢W(xué)時(shí)80,課程教學(xué)時(shí)數(shù)分配見(jiàn)表1。4.

與其它課程的聯(lián)系

學(xué)習(xí)本課程應(yīng)具備高等數(shù)學(xué)中有關(guān)微分、積分、簡(jiǎn)單微分方程等高等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)；還應(yīng)具備理論力學(xué)、材料力學(xué)中有關(guān)靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、應(yīng)力與應(yīng)變、面積矩等方面的工程力學(xué)基礎(chǔ)。后續(xù)課程為農(nóng)田水利、水資源管理、水工建筑物、水利工程施工與水電站等課程。

5.推薦教材及參考書(shū)

推薦使用中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社出版，呂宏興，裴國(guó)霞，楊玲霞主編的《水力學(xué)》教材。文字教材是主要的教學(xué)媒體，包括主教材和實(shí)驗(yàn)教材。主要參考書(shū)目：①吳持恭主編的《水力學(xué)》第4版，北京，中國(guó)高等教育出版社，2008.1.②李家星、趙振興主編《水力學(xué)》，南京，河海大學(xué)出版社，2001.③李煒、徐孝平主編《水力學(xué)》，武漢，武漢水利電力出版社，2000.6.主要教學(xué)方法與媒體要求

本課程采用多媒體課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的方法。開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)課8學(xué)時(shí)，具體試驗(yàn)內(nèi)容與所需實(shí)驗(yàn)儀器見(jiàn)表2。二、課程教學(xué)內(nèi)容（一）緒論教學(xué)內(nèi)容：1．水力學(xué)的定義、任務(wù)及其在專業(yè)中的作用2．液體基本性質(zhì)：易流動(dòng)與不易壓縮性3．液體的主要物理力學(xué)性質(zhì)4．牛頓內(nèi)摩擦定律5．連續(xù)介質(zhì)與理想流體6．作用于流體上的兩類(lèi)力：質(zhì)量力與表面力教學(xué)要求：

表1

水力學(xué)課程教學(xué)時(shí)數(shù)分配表課程內(nèi)容講課實(shí)驗(yàn)習(xí)題小計(jì)§1緒論2

2§2水靜力學(xué)102

12§3水動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)102

12§4液流型態(tài)及水頭損失102

12§5有壓管中的恒定流6

6§6明渠均勻流4

4§7明渠非均勻流6

6§8堰流及閘孔出流62

8§9泄水建筑物下游的水流銜接與消能6

6§10有壓管中的非恒定流4

4§15液體三元流理論基礎(chǔ)4

4§18滲流4

4

表2

水力學(xué)實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容及所需設(shè)備實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí)數(shù)所需儀器、設(shè)備實(shí)驗(yàn)一、靜水壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)；孔口、管嘴；能量方程2靜水壓強(qiáng)、孔口、管嘴、能量方程實(shí)驗(yàn)儀，秒表，臺(tái)秤實(shí)驗(yàn)二、動(dòng)量方程；畢托管測(cè)流速；文丘里系數(shù)2動(dòng)量方程；畢托管測(cè)流速；文丘里實(shí)驗(yàn)儀，秒表，臺(tái)秤實(shí)驗(yàn)三、雷諾實(shí)；驗(yàn)沿程、局部阻力實(shí)驗(yàn)2雷諾、沿程、局部阻力實(shí)驗(yàn)儀，溫度計(jì)，量筒實(shí)驗(yàn)四、水躍、堰流實(shí)驗(yàn)2玻璃水槽，測(cè)針、鋼尺

使學(xué)生明確水力學(xué)研究的對(duì)象、特點(diǎn)以及其重要性；理解液體的慣性、重力特性與粘滯性；了解壓縮性與表面張力特性；了解兩類(lèi)作用力的特點(diǎn)；掌握容重與密度間、粘滯性系數(shù)與粘滯力間的關(guān)系式。教學(xué)建議：1.

液體的主要物理力學(xué)性質(zhì)是本章重點(diǎn)2.

強(qiáng)調(diào)講清液體粘性產(chǎn)生原因及作用3.

講清水力學(xué)學(xué)習(xí)的重要性與學(xué)習(xí)的特點(diǎn)（二）水靜力學(xué)教學(xué)內(nèi)容:1.

靜水壓強(qiáng)及其特性2.

重力作用下的靜壓基本方程3.

靜壓方程的幾何意義與能量意義4.

靜壓的度量與量測(cè)5.

靜水壓強(qiáng)分布圖6.

平面壁靜水總壓力7.

曲面壁靜水總壓力教學(xué)要求:理解靜壓特性，了解靜壓基本方程的意義；掌握靜壓的度量與計(jì)算，會(huì)畫(huà)壓強(qiáng)分布圖和壓力體圖，熟練掌握平面與曲面壁的靜水總壓力計(jì)算，會(huì)確定總壓力的位置；知道相對(duì)平衡的概念。教學(xué)建議：1．本章重點(diǎn)是點(diǎn)壓強(qiáng)的確定與邊壁總壓力的計(jì)算2．要強(qiáng)調(diào)真空的概念與作用3．講清壓強(qiáng)分布圖與壓力體圖的繪制（三）

水動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容：1．表示水流運(yùn)動(dòng)的要素2．水流運(yùn)動(dòng)的分類(lèi)3．總流連續(xù)方程4．元流與總流能量方程及其應(yīng)用5．總流動(dòng)量方程及其應(yīng)用6．相對(duì)運(yùn)動(dòng)的能量方程簡(jiǎn)介教學(xué)要求：了解流線、微小流束、總流、流量、斷面平均流速、水力半徑等重要基本概念；了解各種流動(dòng)的基本特征及相互聯(lián)系；熟練掌握連續(xù)方程、能量方程、動(dòng)量方程并能應(yīng)用解決實(shí)際工程問(wèn)題。理解測(cè)壓管水頭線、總水頭線、水力坡度的概念以及測(cè)壓管水頭、流速水頭、總水頭三者間的關(guān)系。知道相對(duì)運(yùn)動(dòng)水流能量特點(diǎn)。教學(xué)建議：1．連續(xù)方程、能量方程、動(dòng)量方程是對(duì)各種水流問(wèn)題分析、計(jì)算的基礎(chǔ)，是本章重點(diǎn)。2．應(yīng)反復(fù)說(shuō)明、強(qiáng)調(diào)能量方程應(yīng)用的方法、適用條件與范圍。3．動(dòng)量方程應(yīng)講清方程的矢量性，應(yīng)用時(shí)注意隔離體的選定與矢量投影關(guān)系。（四）

液流流態(tài)與水頭損失教學(xué)內(nèi)容1．實(shí)際流動(dòng)的兩種流態(tài)：層流與紊流的特點(diǎn)及判別2．水流阻力與水頭損失的分類(lèi)3．沿程水頭損失的確定：沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律及確定，沿程水頭損失計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式4．局部水頭損失的特點(diǎn)及確定教學(xué)要求：理解層流與紊流的特點(diǎn)，紊流的產(chǎn)生原因，理解沿程阻力系數(shù)在不同流區(qū)的變化特點(diǎn)，理解水頭損失產(chǎn)生原因。掌握兩種流態(tài)的判別,沿程阻力系數(shù)與Re數(shù)、邊界條件的關(guān)系；熟練掌握計(jì)算沿程水頭損失的達(dá)西－威斯巴哈公式和經(jīng)驗(yàn)的Chezy公式和Maning公式，熟練掌握局部水頭損失的計(jì)算；知道紊流的應(yīng)力及流速分布特征。教學(xué)建議：1．重點(diǎn)是流態(tài)判別與水頭損失的計(jì)算2．處理好紊流特征的講授與沿程阻力系數(shù)確定間的銜接關(guān)系。（五）

有壓管道恒定流與非恒定流教學(xué)內(nèi)容：1．管流的特點(diǎn)與分類(lèi)：長(zhǎng)管、短管2．短管的水力計(jì)算3．長(zhǎng)管的水力計(jì)算（管網(wǎng)）4．管流測(cè)壓管水頭線和總水頭線的繪制5．有壓管道的水擊教學(xué)要求：理解管流基本特點(diǎn)，水擊波傳播規(guī)律，了解管流分類(lèi)方法，知道間接水擊的特點(diǎn)；熟練掌握短管、長(zhǎng)管水力計(jì)算，掌握管道測(cè)壓管水頭線和總水頭線的繪制；掌握水擊分類(lèi)，會(huì)進(jìn)行簡(jiǎn)單水擊壓強(qiáng)的計(jì)算；能動(dòng)手進(jìn)行沿程與局部阻力系數(shù)的測(cè)試實(shí)驗(yàn)教學(xué)建議：1．長(zhǎng)管、短管的水力計(jì)算和測(cè)壓管水頭線的繪制是本章重點(diǎn)2．應(yīng)使學(xué)生熟練掌握虹吸管和水泵的水力計(jì)算3．水擊強(qiáng)調(diào)物理現(xiàn)象、基本分類(lèi)（六）

明渠恒定均勻流與非均勻流教學(xué)內(nèi)容：1．明渠流的特點(diǎn)及分類(lèi)2．明渠均勻流：特點(diǎn)及產(chǎn)生條件，明渠均勻流的水力計(jì)算，水力最佳斷面，允許流速3．明渠非均勻漸變流的流動(dòng)特點(diǎn)，明渠流的三種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及判別，斷面單位能量，臨界流方程與臨界水深4．兩種明渠非均勻急變流現(xiàn)象：水跌與水躍5．明渠非均勻漸變流的基本運(yùn)動(dòng)方程，棱柱體渠道水面線的定性分析與定量計(jì)算6．彎道水流與河道洪水特點(diǎn)教學(xué)要求：了解明渠流的特點(diǎn)，理解明渠均勻流的力學(xué)實(shí)質(zhì)，了解明渠非均勻漸變流運(yùn)動(dòng)方程的特點(diǎn)和水面線變化的原因會(huì)進(jìn)行水面線定性分析，了解明渠流中三種流態(tài)的比能變化特點(diǎn)，了解水跌與彎道水流特點(diǎn)；熟練掌握明渠三種流態(tài)的判別；掌握明渠均勻流的水力計(jì)算與渠道設(shè)計(jì)；掌握臨界水深〔矩形斷面渠道〕的確定和水躍的水力計(jì)算；會(huì)進(jìn)行水力最佳斷面的判定和棱柱體渠道水面線的定量計(jì)算。教學(xué)建議：1．明渠均勻流與水躍的水力計(jì)算是本章重點(diǎn)2．明渠水面線的定性分析為本章難點(diǎn)，要講清水面線的銜接原因與控制條件3．水面線的計(jì)算要求掌握基本原則和方法（七）

堰流與閘孔出流水力計(jì)算教學(xué)內(nèi)容：1．堰流水力計(jì)算2．閘孔出流的水力計(jì)算教學(xué)要求：理解堰流、閘孔出流的特點(diǎn)與區(qū)別，了解堰流類(lèi)型，熟練掌握堰流與閘孔出流的水力計(jì)算，會(huì)進(jìn)行各類(lèi)堰剖面的設(shè)計(jì)。教學(xué)建議：1．閘孔和堰的過(guò)流能力是本章重點(diǎn)（八）

泄水建筑物下游水流銜接與消能教學(xué)內(nèi)容：1．收縮水深的計(jì)算2．底流型銜接與消能3．面流、挑流型銜接與消能教學(xué)要求：了解建筑物下游水流特點(diǎn)及銜接、消能方式；掌握消力池的校核與設(shè)計(jì)。教學(xué)建議：底流型銜接與消能是重點(diǎn)，消力池的設(shè)計(jì)要講清必須滿足的條件和計(jì)算步驟（九）

液體三元流理論基礎(chǔ)

教學(xué)內(nèi)容及要求：了解流體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)的基本形式。理解有勢(shì)流動(dòng)和有旋流動(dòng)。理解速度勢(shì)函數(shù)、流函數(shù)和流網(wǎng)。了解勢(shì)流疊加原理。了解納維-斯托克斯方程及其各項(xiàng)的物理意義。（十）

滲流教學(xué)內(nèi)容：1．滲流的基本概念及滲流模型2．滲流的達(dá)