水力学
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spContent=水力学是水利类各专业的一门主要技术基础课。通过本课程的学习,使学生掌握液体运动的一般规律和有关的基本概念与基本理论,学会必要的分析计算方法和一定的实验技术,为专业课的学习、解决工程中水力学问题、获取新知识和进行科学研究打下必要的基础。
—— 课程团队
课程概述

水力学是水利类各专业的一门主要技术基础课。通过本课程的学习,使学生掌握液体运动的一般规律和有关的基本概念与基本理论,学会必要的分析计算方法和一定的实验技术,为专业课的学习、解决工程中水力学问题、获取新知识和进行科学研究打下必要的基础。

授课目标
水力学是水利类各专业的一门主要技术基础课。通过本课程的学习,使学生掌握液体运动的一般规律和有关的基本概念与基本理论,学会必要的分析计算方法和一定的实验技术,为专业课的学习、解决工程中水力学问题、获取新知识和进行科学研究打下必要的基础。
课程大纲

水力学”教学大纲

一、课程名称:水力学

                 Hydraulics

二、学分学时4.5学分 /72学时

三、使用教材:水力学

              水力学 赵振兴 何建京,《水力学》第二版,清华大学出版社,出版时间:2011年

四、课程属性学科基础课、专业主干课/ 必修

五、教学对象:水文、资环、水务、水工、港航、给排水、环境、农水、设农等专业本科生业

六、开课单位:力学与材料学院

七、先修课程高等数学、大学物理、理论力学

八、教学目标:

水力学是水利类各专业的一门主要技术基础课。通过本课程的学习,使学生掌握液体运动的一般规律和有关的基本概念与基本理论,学会必要的分析计算方法和一定的实验技术,为专业课的学习、解决工程中水力学问题、获取新知识和进行科学研究打下必要的基础。

加强学生能力的培养。教学中要注意处理好掌握知识和培养能力两者之间的辨证关系。建议从以下几方面加强对学生能力的培养:课堂教学应贯彻启发式,互动式。着重讲清基本概念、基本理论、分析问题的思路和方法,并配以适当讨论,逐步培养学生具有分析问题和解决问题的能力。

指导学生阅读参考书、文献和资料,培养学生自学获取知识的能力。重视实验环节,要求学生独立操作,并分析实验成果,以培养学生的动手能力和从事科学实验研究的能力。精选具有一定数量的习题,建议不少于120题。充分利用现代化的教学手段,如多媒体课件、网络课件等进行教学。为学生创造应用计算机进行水力学问题计算的条件,以培养学生使用现代计算工具解决问题的能力。具体包括水力学基础理论与基本应用。

1.  理论基础

1)正确区分流动类型,流动形态和局部流动现象,并了解它们的联系,明确发生这些现象的场合及相互转化的条件。如:恒定流和非恒定流,均匀流和非均匀流,渐变流和急变流,一元流,二元流和三元流,层流和紊流,有旋运动与无旋运动,急流,缓流和临界流,水跃和水跌等。

2)正确理解水力学中的一些基本概念及其物理意义。如:液体质点,连续介质,粘滞性,牛顿流体与非牛顿流体;等压面,绝对压强,相对压强,真空度,水头;欧拉法与拉格朗日法,欧拉法质点的加速度,流线,迹线,元流,总流,过水断面,流量,断面平均流速,湿周,水力半径,动能校正系数,动量校正系数;弗劳德数,雷诺数;瞬时值,时均值和脉动值,混掺长度,紊流附加切应力,边界层,粘性底层,水力光滑和水力粗糙,糙率;线变形,角变形,旋转角速度,流函数和势函数,流网;正常水深,临界水深,比能,临界底坡;流速系数,收缩系数,流量系数,淹没系数等。

 (3) 了解水流能量转化和能量损失的原因,理解水流阻力(摩擦阻力和压强阻力)的成因,明确影响沿程阻力系数及局部阻力系数的因素,掌握计算水头损失的途径和方法。

 (4)正确掌握水流运动的总流分析法,对恒定总流的连续方程,能量方程,动量方程的物理意义有正确理解,会在具体流动条件下联合运用三个方程求解问题。

5)正确运用三元运动的基本理论求解平面势流问题。

2.基本应用

(1) 水力荷载的确定。能计算平面和曲面上的静水压力,会应用动量方程求动水对边壁的总作用力。

(2) 过流能力的确定。会计算管道、明渠和堰闸的泄流量和相关的建筑物尺寸。

(3) 各种水头损失的分析和计算。

(4) 常见工程水力学问题的综合分析计算能力,如管道系统的水力计算,明渠水面线的分析计算等。

九、课程要求:

本课程采用以课堂教学为主、课后练习、研讨和答疑为辅的教学模式,开展研究式、问题式、启发式和应用式等多形式教学方式,实行互动式研究型教学。课堂上结合水利背景重点讲授水力学基本概念、基本理论和基本研究方法,寓问题于课程教学过程中,重点培养学生获取知识和应用水力学基本原理解决问题的能力,同时提升学生的基本素质。因此,本课程要求做好课前预习和课后复习,可以到课程网站上下载课程课件和与课程相关的资料,主动参与课程教学过程,课后按时完成布置的作业。

本课程教学环节的具体要求为:

  课间问题讨论和课堂作业;

  课外作业不少于8次,部分作业要求用计算机完成;

  课程答疑;

  课外进课程网站学习不少于8个小时;

  一次期末考试。

学生必须按时上课,独立完成作业,遵守学术诚信原则。如果出现缺课学时超过课程总学时数的1/3或缺交作业达1/3以上等情况,将取消参加期末考试资格。

十、教学内容:

本课程主要由以下内容组成:

第一章 绪论(4学时)

  知识要点:连续介质模型、液体的粘滞性、牛顿内摩擦定律

  重点难点:重点是牛顿内摩擦定律,难点是液体的粘滞性

  教学方法:学生自学预习,教师课堂讲解,结合研讨性问题开展研究型教学,课后答疑和讲解习题,布置习题练习等。

第二章 水静力学(8学时)

  知识要点:静水压强、平衡微分方程、重力作用下的压强分布、作用于平面上的静水总压力、作用于曲面上的静水总压力

  重点难点:重点难点在作用于平面上的静水总压力与作用于曲面上的静水总压力的计算。

  教学方法:学生自学预习,教师课堂讲解,结合研讨性问题开展研究型教学,课后答疑和讲解习题,布置习题练习等。

第三章 液体一元恒定总流基本原理(12学时)

  知识要点:基本概念、基本方程、连续方程、能量方程、动量方程、基本方程的应用

  重点难点:重点难点在基本方程的理解与应用。

  教学方法:学生自学预习,教师课堂讲解,结合研讨性问题开展研究型教学,课后答疑和讲解习题,布置习题练习等。

第四章 层流和紊流、液流阻力和水头损失(8学时)

  知识要点:雷诺实验、层流紊流、雷诺数、均匀流基本方程、层流运动、紊流运动、沿程水头损失系数、谢才公式、局部水头损失

  重点难点:重点难点在层流紊流的理解与应用、沿程水头损失,局部水头损失的计算。

  教学方法:学生自学预习,教师课堂讲解,结合研讨性问题开展研究型教学,课后答疑和讲解习题,布置习题练习等。

第五章 液体三元流动基本原理(8学时)

  知识要点:流线方程、迹线方程、三元流动的连续性方程、有旋运动、无旋运动、恒定平面势流、液体运动微分方程

  重点难点:重点难点在势函数、流函数、无旋运动。

  教学方法:学生自学预习,教师课堂讲解,结合研讨性问题开展研究型教学,课后答疑和讲解习题,布置习题练习等。

第六章 有压管流(4学时)

  知识要点:长管与短管的水力计算、管网、管道非恒定流简介、水击 

  重点难点:重点难点在长管与短管的水力计算。

  教学方法:学生自学预习,教师课堂讲解,结合研讨性问题开展研究型教学,课后答疑和讲解习题,布置习题练习等。

第七章 明渠均匀流(4学时)

  知识要点:明渠的几何特征,均匀流的特性与形成条件,明渠均匀流的计算

  重点难点:重点难点在明渠均匀流的计算

  教学方法:学生自学预习,教师课堂讲解,结合研讨性问题开展研究型教学,课后答疑和讲解习题,布置习题练习等。

第八章 明渠非均匀流 (6学时)

  知识要点:两种流态及其转换,棱柱体明渠水面曲线形状分析、分段求和法

  重点难点:重点难点在两种流态及其转换,棱柱体明渠水面曲线形状分析的理解与应用。

  教学方法:学生自学预习,教师课堂讲解,结合研讨性问题开展研究型教学,课后答疑和讲解习题,布置习题练习等。

第九章 堰流和闸孔出流 (4学时)

  知识要点:堰的分类、堰流的基本公式、各种堰的水力计算、闸孔出流

  重点难点:重点难点在堰的分类、堰流的基本公式的理解与应用。

  教学方法:学生自学预习,教师课堂讲解,结合研讨性问题开展研究型教学,课后答疑和讲解习题,布置习题练习等。

第十章 泄水建筑物下游水流的衔接与消能基本原理 (4学时)

  知识要点:底流消能、挑流消能、面流消能

  重点难点:重点为底流消能、挑流消能、面流消能的理解与应用。

  教学方法:学生自学预习,教师课堂讲解,结合研讨性问题开展研究型教学,课后答疑和讲解习题,布置习题练习等。

第十一章 渗流 (6学时)

  知识要点:渗流模型、达西定律、恒定无压渗流、土坝渗流、渗流的基本微分方程、流函数、速度势函数、恒定平面渗流的流网解法

  重点难点:重点难点在达西定律、恒定平面渗流的流网解法的理解与应用。

  教学方法:学生自学预习,教师课堂讲解,结合研讨性问题开展研究型教学,课后答疑和讲解习题,布置习题练习等。

第十二章 水力模型试验基本原理 (4学时)

  知识要点:量纲、量纲和谐原理、水力相似基本原理、牛顿相似定律、重力相似准则

  重点难点:重点难点在水力相似基本原理的理解与应用。

  教学方法:学生自学预习,教师课堂讲解,课后答疑和讲解习题,布置习题练习等。

十一、考核方式:

考试或考查方式:考试为闭卷笔试或半开卷笔试,课程总成绩由平时成绩(到课情况、作业情况、课程研讨情况等)考试成绩综合评定。课程总成绩为100分,其中:平时成绩占30%,期末考试成绩占70%

十二、课程说明:

  水力学是水利类各专业的一门主要技术基础课。水利类各专业学生研究生入学的考试课程。

本课程为国家精品课程、精品资源共享课。

本课程为河海大学研究性教学示范课程。





预备知识

高等数学

理论力学

证书要求

参考资料

   1.参考教材

  成都科学技术大学水力学教研室编1979《水力学》 人民教育出版社

  清华大学水力学教研室编《水力学》1980年修订版 人民教育出版社

  李家星,赵振兴主编 2001《水力学》河海大学出版社

2.参考文献

  赵振兴等编2002《水力学提要与习题详解》 河海大学出版社

  赵振兴等编2000《消能》、《明渠水流》 水力学多媒体录象片 高等教育出版社

  赵振兴主编2002《水力学多媒体课堂教学系统》 高教出版社

  清华大学水力学教研室编《水力学》1980年修订版 人民教育出版社。

  成都科学技术大学水力学教研室编1979《水力学》 人民教育出版社。

3.网络资源

  http://course.jingpinke.com/details?uuid=8a833996-18ac928d-0118-ac929207-0682 国家精品课程河海大学“水力学”网站;

  http://www.icourses.cn/coursestatic/course_2879.html  国家精品资源共享课“水力学”网站;

  http://202.194.14.194/ltlx  山东大学国家级精品课程 工程流体力学    

  http://jpkc.zju.edu.cn/k/405 浙江大学国家级精品课程 工程流体力学