课程概述

    1、我为什么要学习这门课？

    《工程流体力学（水力学）》是环境类专业和给水排水工程专业的主干专业基础课，是《环境工程原理》，《泵与泵站》，《建筑给水排水工程》，《给水排水管道系统》等后续课程的重要基础，是很多学校环境与市政，学科研究生入学考试的指定专业课， 也是相关专业注册工程师考试基础课和专业基础课的考试内容。

    2、这门课的主题是关于什么？

    流体力学研究流体静止以及运动状态下的力学规律，及其在工程中的应用。本课程的主要内容包括：绪论、静力学、运动学与动力学基础、量纲分析和相似原理、流动阻力与能量损失、边界层理论基础和绕流运动、有压管流、明渠流、孔口管嘴闸孔出流及堰流、渗流。

    3、学习这门课可以获得什么？特别是对自己有什么帮助和应用

    通过课程教学，使学生系统地了解以水为代表的流体在静止及运动状态下的典型力学现象；掌握水力学基本概念、基本理论、基本计算方法；具备一定的分析和解决水力学问题的能力，并为后续专业课程学习做必要的知识准备；通过实验教学使学生初步具备水力学实验技能及工程中理论联系实际的能力。 

    4、这门课有什么特色和亮点？

    本课特色是注重物理概念的讲解和突出工程应用，并通过练习和“电子习题课”讲解，力图使学员快速掌握基本理论，并在此基础上理解工程应用，达成对实践问题的“识别、分析、解决、表达”，最终为解决复杂工程问题提供理论支撑。


证书要求

通过本课学习者，可获得校内平时成绩加分。

预备知识

先修课程：

1、高等数学

2、普通物理

3、工程力学

授课大纲

绪论

了解：流体力学定义、任务、单位制；流体力学模型掌握：流体的各种力学性质牢固掌握：牛顿内摩擦定律，动力粘度和运动粘度

课时

  • 1.1流体力学定义、任务、单位制。
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  • 1.2流体的主要力学性质：惯性、重力特性、压缩性和热胀性、粘性等。
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  • 1.3作用于流体的表面力和质量力。
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  • 1.4流体力学模型：连续介质、不可压缩流体、理想流体等。
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流体静力学

了解：流体平衡微分方程及积分掌握：流体静压强特性牢固掌握：静止流体的压强分布规律及压强的计算，运用此规律计算和测定压强；位置水头、压强水头测压管水头的概念，平面及简单曲面计算总压力；压力体、压强分布图的绘制

课时

  • 2.1流体静压强特性
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  • 2.2流体平衡微分方程及积分，等压面。
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  • 2.3静止流体的等压面，重力作用下流体静压强分布。
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  • 2.4压强计算基础、量度单位、压强测定。
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  • 2.5作用于平面上
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  • 2.6作用在曲面上的液体压力。
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流体运动学与动力学基础

了解：描述流体运动的两种方法及欧拉法的基本概念，欧拉运动微分方程掌握：恒定气流的能量方程牢固掌握：恒定元流的能量方程，恒定总流的能量方程；恒定总流的动量方程

课时

  • 3.1描述流体运动的两种方法及欧拉法的基本概念。
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  • 3.2流体力学基本方程：欧拉运动微分方程，连续性方程。
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  • 3.3恒定元流的能量方程，恒定总流的能量方程，恒定气流的能量方程。
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  • 3.4恒定总流的动量方程
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相似原理与量纲分析

了解：准数方程 掌握：理解力学相似概念，相似准数及其物理意义，能应用量纲分析法对一般函数关系无因次化牢固掌握：瑞利法与布金汉定理，模型律的选用及原型和模型流动的换算

课时

  • 4.1量纲分析的意义与量纲和谐原理
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  • 4.2量纲分析原理：瑞利法与π定理法
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  • 4.3流动相似概念及流动相似条件
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  • 4.4相似准则与模型实验
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流动阻力与水头损失

了解： 紊流理论基本知识掌握：圆管层流的运动规律，掌握层流和紊流的特征及其判别，阻力变化规律，阻力系数分区，沿程阻力系数的变化规律以及影响因素牢固掌握：沿程水头损失及局部水头损失的计算方法

课时

  • 5.1基本知识流动阻力与水头损失的两种形式。
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  • 5.2 雷诺实验及流体流动的两种形态。
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  • 5.3均匀流动基本方程及圆管中的层流运动
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  • 5.4紊流理论初步
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  • 5.5 圆管的沿程损失及管道的局部损失
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绕流运动基础

了解：边界层基本概念，边界层分离与卡门涡街，绕流升力及阻力的基本概念掌握：绕流阻力计算的基本方法 牢固掌握：悬浮速度概念及颗粒物沉降速度计算方法

课时

  • 6.1边界层基本概念
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  • 6.2边界层分离与卡门涡街
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  • 6.3绕流的升力与阻力
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  • 6.4悬浮速度与颗粒物沉降
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有压管流及孔口管嘴出流

了解： 管路水击的基本概念，管网计算基本概念掌握：长管的流动计算 牢固掌握：有压管流的短管出流计算，孔口、管嘴出流的流量流速计算，管路串并联计算

课时

  • 7.1短管、长管出流特点
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  • 7.2简单管路与串并联管路
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  • 7.3管网计算基础
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  • 7.4有压管路的水击
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  • 7.5孔口自由出流及淹没出流
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  • 7.6管嘴自由出流及淹没出流
    • ,

无压明渠流和堰流

了解： 明渠非均匀流微分方程及物理意义，堰流的分类掌握：急流缓流判断方法，明渠非均匀流水力现象，水跃和跌水，水面曲线的定性绘制，各类堰流的基本特征和基本公式牢固掌握： 明渠均匀流的基本计算方法，堰流计算方法

课时

  • 8.1明渠均匀流的水力特征与基本公式，明渠均匀流水力计算的基本问题。
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  • 8.2梯形断面渠道的水力最优断面，无压圆管的水力计算
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  • 8.3明渠非均匀流水力现象，水面曲线
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  • 8.4堰流及其分类，堰流的基本公式
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渗流

了解：了解井和集水廊道的概念和取水量计算原理和方法掌握：渗流定律、渗流模型及渐变渗流的基本概念牢固掌握： 渗流定律相关计算

课时

  • 9.1渗流现象与渗流模型
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  • 9.2达西渗流定律与渗透系数
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  • 9.3恒定渐变渗流的裘布依公式
    • ,
  • 9.4井和集水廊道
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射流与扩散理论基础

了解：射流的概念及其分类 ，扩散运动的基本概念掌握：射流基本特征，运动分析，圆断面和平面等温射流计算方法

课时

  • 10.1射流的分类和紊流淹没射流特性
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  • 10.2圆断面淹没射流
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  • 10.3平面淹没射流
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  • 10.4扩散的基本概念
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参考资料

（一）教材（或建议教材）

闻德荪主编. 工程流体力学（水力学）. 第3版. 下册. 北京：高等教育出版社，2010年


（二）参考书目

1、刘鹤年主编. 流体力学. 第2版. 北京：中国建筑工业出版社，2004

2、蔡增基、龙天渝主编. 流体力学泵与风机. 第4版. 北京：中国建筑工业出版社，1999（泵与风机部分）