Basic Hydraulics

课程编码：21A62026 学分：2.0 课程类别：专业基础课（必修）

计划学时：32 其中讲课：32 实验或实践：0 上机：0

适用专业：环境工程环境科学

推荐教材：黄儒钦.《水力学教程》，第四版.成都：西南交通大学出版社，2013年

参考书目：吴持恭.《水力学》，第四版.北京：高等教育出版社，2016年

课程的教学目的与任务

水力学课程的主要目标是使学生掌握水流运动的一般规律和与之有关的基本概念、基本理论、水力计算的基本方法与科学实验的基本技能，为学习后续专业课程、从事专业技术工作和进行科学研究奠定基础。

课程的基本要求

通过该课程的教学要求达到：正确理解水力学的基本概念；牢固掌握水静力学基本方程，恒定总流的连续性方程，伯诺里方程和动量方程及其应用；了解水力计算中基本图表的使用方法和正确进行数字计算的能力；掌握基本水力参数测量的操作技能等。

各章节授课内容、教学方法及学时分配建议（含课内实验）

第一章绪论 建议学时：2

[教学目的与要求]掌握水力学研究内容，及其水力学基础知识。

[教学重点与难点]水力学基本概念的理解。

[授 课 方 法]以课堂讲授为主，课堂讨论为辅。

[授 课 内 容]

第一节水力学的研究内容

一、课程性质与任务

二、水力学的研究对象

三、水力学的研究内容

第二节液体的主要物理性质

一、连续介质模型

二、密度与容重

三、黏滞性和压缩性

第三节作用在液体上的力

一、表面力

二、质量力

第二章水静力学 建议学时：6

[教学目的与要求]掌握水静力学基础知识及重力作用下静水压强的分布规律；熟悉平面及曲面静水

压力的求解。

[教学重点与难点]重力作用下静水压强分布图的绘制，静水压力的计算。

[授 课 方 法]以课堂讲授为主，课堂讨论为辅。

[授 课 内 容]

第一节静水压强定义及其特性

一、静水压强定义

二、静水压强特性

第二节液体平衡的微分方程及其积分

一、液体平衡的微分方程

二、液体平衡微分方程的积分

三、等压面

第三节重力作用下静水压强的分布规律

一、水静力学的基本方程

二、绝对压强、相对压强、真空值

三、静水压强图示

四、测压管高度、测压管水头及真空度

第四节几种质量力作用下液体的相对平衡

一、直线等加速器皿中液体的相对平衡

二、等角速旋转器皿中液体的相对平衡

第五节作用在平面上的静水总压力

一、静水总压力的大小和方向

二、总压力的作用点

第六节作用在曲面上的静水总压力

一、总压力的大小

二、总压力的作用点

第三章 水动力学基础 建议学时：4

[教学目的与要求]掌握描述液体运动的两种方法及水动力学基本概念；掌握可压缩实际液体一元恒

定总流的连续性方程、能量方程、动量方程。

[教学重点与难点]三大动力学方程的理解和应用。

[授 课 方 法]以课堂讲授为主，课堂讨论为辅。

[授 课 内 容]

第一节描述液体运动的两种方法

一、拉格朗日法

二、欧拉法

第二节研究流体运动的若干基本概念

一、流线与迹线

二、流管、元流、总流、过水断面

三、均匀流与非均匀流

四、渐变流与急变流

第三节恒定总流的连续性方程

一、恒定元流的连续性方程

二、恒定总流的连续性方程

第四节恒定总流的能量方程

一、恒定元流的能量方程

二、恒定总流的能量方程

第五节恒定总流的动量方程

一、恒定总流动量方程的推导

二、恒定总流动量方程的应用举例

第四章 水头损失 建议学时：4

[教学目的与要求]掌握水头损失的物理概念及其分类；掌握沿程阻力系数的变化规律及计算恒定均

匀流沿程及局部水头损失的经验公式。

[教学重点与难点]沿程和局部水头损失的理解与计算。

[授 课 方 法]以课堂讲授为主，课堂讨论为辅。

[授 课 内 容]

第一节沿程水头损失及局部水头损失

一、沿程阻力和沿程水头损失

二、局部阻力和局部水头损失

第二节层流和紊流两种型态

一、雷诺实验

二、紊流脉动和紊流切应力

三、层流、紊流的判别标准

第三节恒定均匀流沿程水头损失与切应力的关系

一、恒定均匀流沿程水头损失与切应力的计算

二、恒定均匀流沿程水头损失与切应力的关系

第四节沿程水头损失

一、达西公式与尼古拉兹实验

二、沿程阻力系数的计算公式

第五节局部水头损失

一、局部水头损失的计算

第五章 有压管道的恒定流动 建议学时：6

[教学目的与要求]掌握简单管道水力计算的基本公式及简单管道水力计算的基本类型；掌握短管及

长管的水力计算；了解离心水泵的水力计算。

[教学重点与难点]管道水力计算，短管与长管的概念。

[授 课 方 法]以课堂讲授为主，课堂讨论为辅。

[授 课 内 容]

第一节液体经薄壁孔口的恒定出流

一、小孔口的自由出流

二、大孔口的自由出流

第二节液体经营嘴的恒定出流

一、圆柱形外管嘴的恒定出流

二、圆柱形外管嘴的真空

第三节短管的水力计算

一、短管水力计算的基本公式

二、短管水力计算的问题

第四节长管的水力计算

一、简单管路

二、串联与并联管路

三、枝状管路

第五节离心水泵的水力计算

一、基本原理

二、泵的性能曲线与工作点的确定

第六章 明渠恒定流 建议学时：8

[教学目的与要求]掌握明渠水流的三种流态；掌握简单管道及明渠均匀流的基本水力计算。

[教学重点与难点]明渠均匀流的水力计算。

[授 课 方 法]以课堂讲授为主，课堂讨论为辅。

[授 课 内 容]

第一节明渠的分类

一、棱柱形渠道与非棱柱形渠道

二、顺坡、平坡和逆坡渠道

第二节明渠均匀流的特征

一、水力特征

二、形成条件

第三节明渠均匀流的基本关系式

一、明渠均匀流的基本关系式

第四节明渠水力最优新断面和允许流速

一、水力最优断面

二、渠道的允许流速

第五节明渠均匀流水力计算的基本问题

一、验算渠道的输水能力

二、决定渠道底坡与断面尺寸

第六节无压圆管均匀流的水力计算

一、无压圆管的水力要素

二、无压圆管的计算问题

第七节明渠非均匀流的产生条件及特征

一、明渠非均匀流的产生

二、明渠非均匀流的特征

第八节明渠非均匀流的水力计算

一、明渠非均匀流的基本概念

二、明渠非均匀流的水力计算

第九节明渠恒定均匀流的产生条件及特征

一、明渠恒定均匀流的产生条件

二、明渠恒定均匀流的特征

第十节明渠非均匀流水面曲线的计算

一、分段求和法的思路

二、分段求和法的计算式

第七章 水头损失 建议学时：2

[教学目的与要求]掌握堰流的定义及堰流的水力计算。

[教学重点与难点]堰流水力计算。

[授 课 方 法]以课堂讲授为主，课堂讨论为辅。

[授 课 内 容]

第一节堰流的定义及分类

一、堰流的定义

二、堰流的分类

第二节堰流基本公式

一、堰流水力计算的基本公式

第三节薄壁堰

一、矩形堰

二、三角堰

三、梯形堰

第四节宽顶堰

一、自由式无侧收缩宽顶堰

二、淹没式无侧收缩宽顶堰

撰稿人：卫静 审核人：国伟林