Hydraulics
课程编码：21A42005 学分：3.5 课程类别：专业基础课（必修课）
计划学时：56 其中讲课：56 实验或实践：0 上机：0
适用专业：水文与水资源工程、地下水科学与工程
推荐教材：赵振兴、何建京，《水力学》,清华大学出版社，2010年。
参考书目：黄儒钦主编，《水力学教程》，西南交通大学出版社，2009年。
吴持恭主编，《水力学》(第4版)，高等教育出版社，2011年。
课程的教学目的与任务
本课程的教学目的是使学生掌握水力学的理论和规律，理解液体的两大规律—液体的平衡和机械运动的规律及其实际应用。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，构建流体力学基础知识体系，提高解决问题的能力，学会常见水利工程中的水力计算，为学习后续课程和从事专业技术工作打下基础。
课程的基本要求
1、使学生理解静水压强的特性，压强的表示方法及计量单位，掌握液体平衡微分方程与水静力学的基本方程，掌握液柱式测压仪的基本原理，能熟练计算作用在平面、曲面上的静水总压力。
2、使学生掌握恒定总流连续性方程、连续性微分方程、理想液体元流的能量方程与实际液体总流的能量方程、恒定总流动量方程。理解恒定流动量方程。
3、使学生理解实际液体的两种流动型态—层流与紊流，掌握均匀流的基本方程、圆管层流与紊流沿程阻力及沿程水头损失的计算方法，掌握局部阻力及局部损失的分析与计算。
4、使学生掌握简单管道，串联、并联管道的水力计算；掌握明渠均匀流各类问题的水力计算方法及复式断面计算；掌握梯形断面正常水深、矩形断面临界水深的计算。理解棱柱体渠道非均匀渐变流水面曲线的计算，水跃与跌水。掌握堰流、闸孔出流的水力学计算原理
各章节授课内容、教学方法及学时分配建议
第一章 绪论 建议学时：4
[教学目的与要求] 了解液体运动的基本规律及研究液体运动规律的一般方法，掌握液体的主要物理性质。
[教学重点与难点] 液体的主要物理性质。
[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。
[授 课 内 容]
第一节水力学的定义、任务和发展简史
第二节液体的连续介质模型
第三节液体的主要物理性质
第四节 作用于液体的力
第二章 水静力学 建议学时：6
[教学目的与要求]掌握静水压强的特性，压强的表示方法及计量单位，掌握液体平衡微分方程与水静力学的基本方程，掌握液柱式测压仪的基本原理，能熟练计算作用在平面、曲面上的静水总压力。理解潜浮体的平衡与稳定。
[教学重点与难点] 重点：静水压强的特性，液体平衡微分方程，水静力学的基本方程，绝对压强、相对压强、真空度，测量压强的仪器，静水压强分布图。
难点：液体的相对平衡，作用在平面、曲面上的力。
[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。
[授 课 内 容]
第一节 静水压强及其特性
第二节液体平衡微分方程及其积分
第三节重力作用下静水压强的分布规律
第四节作用于平面上的静水总压力
第五节作用于曲面上的静水总压力
第三章 一元恒定总流原理（水动力学基础） 建议学时：6
[教学目的与要求] 理解液体运动的两种方法—拉格朗日法和欧拉法，掌握恒定总流连续性方程、连续性微分方程、理想液体元流的能量方程与实际液体总流的能量方程、恒定总流动量方程。
[教学重点与难点] 重点：实际液体的运动微分方程，恒定总流伯诺里方程，恒定总流动量方程。
难点：实际液体的运动微分方程，恒定总流伯诺里方程，恒定总流动量方程。
[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。
[授 课 内 容]
第一节描述液体运动的两种方法
第二节液体运动的几个基本概念
第三节恒定流动的连续方程
第四节恒定流能量方程
第五节恒定总流动量方程
第四章 层流和紊流，液流阻力和水头损失 建议学时：6
[教学目的与要求] 理解实际液体的两种流动型态—层流与紊流，掌握均匀流的基本方程、圆管层流与紊流沿程阻力及沿程水头损失的计算方法，掌握局部阻力及局部损失的分析与计算。了解紊流的基础理论。
[教学重点与难点] 重点：流动阻力与水头损失的概念与产生原因，实际液体的两种流动型态—层流与紊流，均匀流的基本方程、圆管层流与紊流沿程阻力及沿程水头损失的计算方法，局部阻力及局部损失的分析与计算。难点：沿程阻力系数的变化规律
[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。
[授 课 内 容]
第一节水头损失的分类
第二节液体运动的两种流态—层流和紊流
第三节切应力与沿程水头损失的关系——均匀流基本方程
第四节层流运动
第五节沿程水头损失的一般公式
第六节紊流概述
第七节沿程水头损失系数λ的试验研究——尼古拉兹试验
第八节谢才公式
第九节局部水头损失
第五章 有压管流 建议学时：6
[教学目的与要求] 掌握长管、短管的概念；能熟练进行短管、简单长管、串联并联长管、沿程泄流、枝状管网的水力计算。
[教学重点与难点] 重点：短管的水力计算，简单长管的水力计算。难点：复杂长管的水力计算，管网的水力计算。
[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。
[授 课 内 容]
第一节概述
第二节短管的水力计算
第三节长管的水力计算
第四节有压管道的水击
第六章 明渠均匀流 建议学时：8
[教学目的与要求] 理解水力最优断面及允许流速的基本概念，熟练地进行明渠均匀流各类问题的水力计算方法及复式断面、无压圆管的水力计算。理解明渠均匀流、非均匀流、渐变流、急变流的概念。
[教学重点与难点] 重点：明渠均匀流的计算，水力最优断面及允许流速，明渠均匀流水力计算的基本问题。难点：无压圆管均匀流水力计算，复式断面明渠均匀流水力计算。
[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。
[授 课 内 容]
第一节明渠的纵横断面
第二节明渠均匀流的特性和形成条件
第三节明渠均匀流的水力计算
第四节明渠均匀流水力计算的其他问题
第七章 明渠非均匀流 建议学时：10
[教学目的与要求] 理解明渠非均匀流中断面单位能量、临界水深等的基本概念，掌握恒定明渠流动的流动型态的判别方法，理解非均匀渐变流微分方程、水跃与跌水的概念及水跃的基本方程，并能进行水面曲线的分析与绘制。
[教学重点与难点] 重点：明渠非均匀流，断面单位能量、临界水深，恒定明渠流动的流动型态及判别标准，明渠非均匀渐变流微分方程，棱柱体渠道非均匀渐变流水面曲线的计算，水跃与跌水。难点：断面单位能量、临界水深，恒定明渠流动的流动型态及判别标准，明渠非均匀渐变流微分方程，棱柱体渠道非均匀渐变流水面曲线的计算。
[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。
[授 课 内 容]
第一节概述
第二节明渠水流的几种流态
第三节断面比能、临界水深
第四节临界底坡、缓坡与陡坡
第五节水跃与水跌
第六节棱柱体明渠水面曲线微分方程
第七节棱柱体明渠水面曲线形状分析
第八节明渠水面曲线计算（逐段试算法）
第九节明渠弯道水流
第十节明渠非恒定流
第八章 堰流和闸孔出流 建议学时：8
[教学目的与要求] 理解恒定孔口出流、管嘴出流、非恒定孔口管嘴出流的基本计算方法，了解闸孔出流、堰流的计算方法。
[教学重点与难点] 重点：恒定薄壁孔口出流，恒定管嘴出流，非恒定孔口、管嘴出流，闸孔出流，堰流。难点：闸孔出流，堰流的水力计算。
[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。
[授 课 内 容]
第一节概述
第二节堰的分类
第三节堰流的基本公式
第四节薄壁堰的水力计算
第五节宽顶堰的水力学计算
第六节实用堰的水力学计算
第七节闸孔出流的水力学计算
第八节泄水建筑物下游水流的衔接和消能
第九章 渗流 建议学时：2
[教学目的与要求] 掌握土壤的水力特性、渗流模型、达西定律，了解地下明槽中的恒定渗流。
[教学重点与难点] 土壤的水力特性、渗流模型、达西定律。
[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。
[授 课 内 容]
第一节概述
第二节土壤的水力特性，渗流模型
第三节达西定律
第四节地下明槽中的恒定渗流
撰稿人：韩延成 审核人： 桑国庆
