工程水力学教案

第一篇：工程水力学教案

前言 导读与解答

第一章 工程水力学概论(2学时)第一节 工程水力学的定义、用途、简史

第二节 液体的物理力学性质

第三节 连续介质和理想液体的概念

第四节 作用在液体上的力

第五节 工程水力学的研究方法

本章考试内容

技能训练题

第二章 静水压力计算(10学时)第一节 静水压强及其特性 第二节 静水压强的基本规律 第三节 静水压强的表示方法及测算 第四节 作用于平面壁上的静水总压力 第五节 作用于曲面壁上的静水总压力 第六节 浮力、浮体的平衡与稳定 本章考试内容 技能训练题

第三章 水流运动的基本原理(8学时)第一节 描述水流运动的两种方法

第二节 恒定总流连续性方程

第三节 恒定总流的能量方程

第四节 能量方程的应用

第五节 恒定总流的动量方程

本章考试内容

技能训练题

第四章 水流型态与水头损失计算(10学时)第一节 水头损失根源、分类及边界影响 第二节 水流两流态及hf随v的变化规律

第三节 均匀流层流的切应力和流速分布规律

第四节 均匀流紊流过水断面垂线上的切应力及流速分布

第五节 沿程水头损失分析与计算

第六节 局部水头损失的分析与计算

第七节 绕流阻力与升力

本章考试内容

技能洲练题

第五章 管流水力计算(10学时)第一节 概述

第二节 简单管道的水力计算

第三节 复杂管路水力计算 第四节 压力管道中的水击 本章考试内容 技能训练题

第六章 明渠恒定均匀流水力计算(6学时)第一节 概述

第二节 明渠均匀流的特性及其产生条件

第三节 明渠均匀流的计算公式及有关问题

第四节 明渠水力计算类型

本章考试内容

技能训练题

第七章 明渠恒定非均匀流水力计算(12学时)第一节 概述

第二节 明渠非均匀流的一些基本概念

第三节 缓流、急流的转换现象——水跌与水跃

第四节 明渠恒定非均匀渐变流基本方程 水力学的性质任务及其发展沿革

水力学是研究水的平衡和运动规律及其应用的一门科学,它既是自然科学,又与工程应用密切结合[1].水力学是研究水的平衡和运动规律及其应用的门科学,它是在人类与水、旱灾害作斗争的过程,伴随着水利工程的发展而发展的。远在几千年,古埃及就开始修建灌溉渠系,我国广为流传的大禹治水”的传说记载了古人与洪水作斗争的故,这些历史记载表明,古人对水流运动已有了朴素认识。18世纪以后,随着经典力学的发展,水力学始形成自己的理论体系,20世纪初,随着现代工技术的进步,水力学实验迅速发展,提供了大量水学理论计算所需要的经验系数,从而为水力学的程应用开辟了广阔的天地。近几十年来,我国修建数万座水库、大坝和水电站。工程建设极大地促进水力学的发展,水力学在我国取得了长足的进步水力学学科的提高、完善和走向现代化又为工程建的顺利进行并取得辉煌成就打下了坚实的基础。

在探索知识的过程中,自然科学以宇宙中的自然现象为研究客体,重在认识自然现象的客观本质和运动规律.作为流体力学的一门分支学科,水力学属于物理学范畴.数学、物理学、化学、生物学是自然科学的四大主要门类,习惯上被称为纯理论学科或基础学科.自然科学的发展史以物理学为开端,物理学则以力学为开端.公元1594年,意大利物理学家伽利略(Domino Galileo Galilei)出版了首本力学专著《Della Scienza Meccanica》,经典力学从此开始建立其知识体系,在大量观察实验的基础上形成了一套完善的定律、原理、定理、方程及其数学方法.到十九世纪末期,经典力学已经发展成为一门相当成熟的学科.该知识体系传承至今,仍是工程应用的理论基础[2,3].水力学既与基础研究有关,又与水利、土木、机械等工程活动密切结合,它在基础理论和工程应用两个领域起双重作用,就此而言,水力学属于应用科学.然而,工程不仅限于对自然科学知识的应用,工程的全过程包含研究、设计、建造、运行、维修、以及产品销售等,其中每一环节无不直接或间接受到社会中人类活动要素的影响,如安全、经济、环境、传统、法律等.换句话说,工程应用包括了自然科学和社会科学两个领域,学习现代水力学,必须建立工程应用的概念.水力学的应用范围十分广泛,除水利工程外,土建、交通、能源、机械等行业都需要水力学知识.针对不同的专门问题,水力学学科又形成许多具有相对独立知识体系的分支学科,如高速水力学,明渠水力学,施工水力学,道桥水力学,环境水力学,等等.以水利水电工程为主要应用对象的水工水力学,主要是解决水利水电枢纽中的泄洪和输水建筑物的水力学问题,如高坝大流量泄洪消能,高速水流的冲刷、空蚀、掺气、雾化等.水力学是一门历史悠久的学科.几千年前古埃及就开始修建灌溉渠系,二千年前阿基米德就提出了著名的浮力定理.两千多年前我国人民就修建了都江堰工程,建成的“鱼嘴”及“飞沙堰”,巧妙地利用了近代水力学中所阐明的弯道环流及堰流的理论,将洪水按一定比例分别泄入内江和外江,洪水中的泥沙则通过“飞沙堰”排入外江,为防洪及灌溉起到了良好的控制作用.这些事例说明,古代人民对水流运动规律已有了相当深入的了解.十六世纪以后,随着经典力学的发展,水力学开始创立自己的理论体系,十八世纪以后开始形成一门独立的学科,并沿着以应用严格的数学工具而发展的经典流体力学及以实验为主的实验水力学两个方向发展.二十世纪初,随着现代工业技术的进步,水力学实验迅速发展,提供了大量水力学理论计算所需要的经验系数,从而为水力学的工程应用开辟了广阔的天地.1904年普朗特提出了边界层理论,开创了认识真实流体运动与边界间相互作用的新篇张.相似理论及量纲分析理论的发展,以及现代量测仪器的研制,使水力学实验技术有了长足的进步.近几十年来,我国修建了数万座水库、大坝和水电站.工程建设极大地促进了水力学的发展,而水力学的提高和现代化又为工程建设的大发展打下了坚实的基础[4].现代水力学是以现代科学技术为基础的.二十世纪六十年代,高速电子计算机的问世使许多过去难以用手工计算完成的计算课题得以顺利实现,流场数值模拟能算出水流内部任一点的所有流动参数,为探讨复杂流动现象的内部机理开辟了新天地.现代流体量测技术的发展极大地促进了实验水力学的发展,激光流速仪、动态信号分析仪等测量仪器的出现,使从前无法获得的流场各项流动参数的测量得以实现,如时均流速及脉动流速、脉动压强等等.现代科学在理论上的创新与突破为现代水力学的发展提供了丰富的理论手段,如概率论与统计理论,多相流理论,紊流理论,数值计算的理论与方法等.现代科技手段使传统水力学跨上了新台阶,在思想方法上由传统的只能了解少数平均流动参数的总流的概念转变为现代化的可以把握流场内各时刻流动情景的流场的概念,在技术手段上由传统的经验公式和经验系数的方法转变为数学模型和数值模拟的方法.理论研究、实验研究和数值模拟计算是现代水力学的三大支柱.进入21世纪,工程水力学将继续沿着理论与实践相结合,为国民经济建设服务,推进科学技术进步的道路前进.在新的世纪中,工程建设必将提出诸多更新、更大、更复杂的水力学技术问题,水力学学科必须更迅速地发展,以迎接时代的挑战.工程水力学属于应用力学的分支学科。力学既是自然科学,又是工程学科。在探索知识的过程中,自然科学以宇宙中的自然现象为研究客体,重在认识自然现象的客观本质和运动规律;而工程学科则要研究包含设计、建造、运行维修等每一个环节的应用问题。此外,工程技术问题还要受到人类社会各种要素的影响,如安全、经济、法律等。水力学的应用范围十分广泛,除水利工程外,土建、交通、能源、机械等行业都需要水力学知识。针对不同的专门问题,水力学学科又形成许多具有相对独立知识体系的分支学科,如高速水力学,明渠水力学,施工水力学,道桥水力学,环境水力学等。以水利水电工程为主要应用对象的水工水力学,主要是解决水利水电枢纽中的泄洪和输水建筑物的水力学问题,如高坝大流量泄洪消能高速水流的冲刷空蚀掺气雾化等。

进入世纪工程水力学将继续沿着理论与实践相结合,为国民经济建设服务,推进科学技术进步的道路前进。在新的世纪中,水利水电工程建设必将提出诸多更新、更大、更复杂的水力学技术问题,水力学学科必须更迅速地发展,以迎接时代的挑战。现代水力学在理论上的新发展

在21世纪,水力学的理论框架将发生根本性变革,研究对象将从自然尺度向细观尺度发展,突破传统的连续均匀介质的假设,从而使我们能更深入地认识实际水流运动的真实现象,在以下几个理论领域将有重要进展。

1.1非经典介质理论

水力学中有均匀流与非均匀流,恒定流与非恒定流等,“非”字当头的研究内容比没有“非”字的要复杂得多。现代水力学理论的发展,又出现了一些以“非”字起头的新理论,如非经典介质理论,非线性理论,非确定性理论等。经典力学一般将所研究的流体介质视做连续均匀介质,这是经典力学的一项重要的基本假设。而实际流体往往掺杂有气体、固体或其它流体等各种杂质,它是一类尚未被现有力学理论适当描述的介质,可称之为非经典介质。无论是从发展力学理论的角度,还是解决真实介质流体的实际问题,开展非经典介质流动的研究都是十分必要的。如掺气水流,空化与空蚀,河流泥沙运动,污染物在水体中的运动等流动现象,它们都属于二相流,但过去往往不考虑相间作用力,而是采用一定假设,使问题得以简化。现代水力学应该着眼于实际流动现象,引进多相流体动力学理论,建立全新的知识体系。例如,研究高速掺气水流,其关键是如何确定水与气二相流体之间的相互作用力,而单相流体的假设很难反映这种相间作用力;现代渗流理论应建立在研究水与多孔介质之间、相互作用的基础上,因此,必须突破传统水力学的均匀连续介质的假定。

1.2 非线性理论

非线性行为是近代力学基础研究的重要前沿课题。湍流和混沌理论是典型的非线性问题。描述水流运动的N-S方程是非线性的微分方程。过去的水力学计算,往往要用还原和叠加的方法对基本方程式作线性化处理,因而不能准确反映真实水流现象。随着现代科学技术的进步,非线性理论有了突飞猛进地发展。非线性理论是揭示具有非线性本质的各类水流现象的有力工具,也是开发非线性问题数学模型的有力工具。

1.3 非确定性理论随机水力学

水流运动,特别是紊流,有大量的不确定性因素,水流脉动压力一般可以被视为完全随机的现象,紊流过程则具有混沌的特性。混沌是一种界于完全随机性现象与完全确定性现象之间的自然现象。传统水力学一般只研究确定性的水流现象,对于随机性水力参数,往往采用统计平均的方法加以处理,从而抹煞了水流运动的随机特性。现代水力学重视发展非确定性理论,动水荷载的设计方法将由定值设计法逐步转为可靠性设计法,概率理论和优化决策理论将在工程设计中广泛应用,风险分析的概念将作为规划、设计的重要理论基础。

1.4 紊流力学

水利工程中的绝大多数流动现象都属于湍流(水力学中的习惯称谓为‘紊流’)。湍流是自然科学中的八大难题之一,由于其复杂性,全世界同行学者协力研究,历时长达百年,至今尚未攻克。湍流作为一种既典型又广泛存在的复杂流动,其非线性规律有超越力学范围的普遍性。我们知道,紊流是由大大小小不同尺度的漩涡组成的,漩涡尺度的量级差别很大。最大漩涡尺度的量级可达数公里,而最小漩涡的尺度不过几毫米,但不同尺度的漩涡在结构上往往具有自相似性,最近发现的标度律,反映了紊流现象的这种混沌特征。无论从基本理论,还是从实际应

用考虑,湍流研究都是21世纪面临的紧迫课题。

水利工程中的水流基本上都属于紊流。研究紊流特性,可简要归纳为以下几类问题:第一,边壁切变紊流;第二,漩涡与分离流;第三,分离再附流动;第四,流动稳定性问题。要大力开发紊流数学模型,用数值模拟方法逐步取代物理模型实验。

1.5 细观水力学

传统水力学在自然尺度下研究水流的运动规律,现代水力学要突破传统水力学的常规尺度,从自然尺度向细观尺度延伸,发展细观水力学。一般地说,物理、化学的研究对象往往在其物质分子的尺度上,可称之为微观尺度,细观水力学的研究尺度虽然远小于自然尺度,但仍远大于水分子的尺度,故称为细观。传统水力学常采用总流的概念,它属于自然尺度,细观水力学深入研究水流内部的运动特性,水流与混掺其中的固体、气体、污染物等其它物质的相互作用,水流与固体边界的相互作用及空蚀、冲刷破坏机理等,使水力学的研究深度与现代科学技术相衔接。流场的精细数值模拟也可以视为细观水力学。

多相流体与固体力学的交叉学科研究产生和形成了一些新的学科方向,界面力学就是其中之一。界面力学以界面的力学建模、界面区域应力分布规律以及界面结构强韧度研究与破坏分析为主要内容。界面层是裂纹和损伤等破坏容易产生并发展的区域,界面微区的力学问题研究需发展细观尺度与微观尺度的实验测试技术,近年来,界面力学的研究已越来越多地引起人们的关注与重视。水力学数学模型的新发展

60年代以来,计算机技术的迅速发展为整个科学技术的进步提供了强有力的工具,计算机与数值分析法的结合使科学技术的发展如虎添翼。水力学也不例外,它很快从这个新的科学成就中获得了活力,并迅速地推广应用于水利工程实践。计算机的功能今后将有更大的发展,水力学与计算机结合将极大地增强解决疑难问题的能力。必须加强水力学的算法研究和软件开发,把计算机和水力学密切结合起来,这是现代水力学的重要标志之一。这一领域的主要发展方向有: 2.1 数值方法研究

有限差分法、有限元法、有限容积法是计算水力学的基本方法。近年来,为了提高计算精度,求解更复杂的水流现象,数值方法有很大发展。具有突变现象的流动,其解是间断的。不同间断现象的数值方法各有特点,这方面还有许多问题需要解决。水利工程中有大量的河渠浅水二维流,明渠或管道中的二维非恒定流问题,这类问题的数值模拟方法至今仍很不完善,其计算格式的优化,边界条件的处理,都有很多需要深入研究的课题,也已出现了许多新算法。

2.2 流场可视化技术

流场可视化在工程应用中有重要意义。展现研究成果,无论是理论成果、实验成果,还是数学模型计算成果,都需要流场可视化技术。我国目前可视化技术的水平还比较低,需要大力发展。

2.3 水力信息学

现代技术不断向综合化和智能化发展,大型水利设施的运行管理需要引进现代信息论的理论和方法。由此产生了一个新的交叉学科方向,水力信息学。水力信息学的研究内容和应用目标可简述如下:水力学数学模型与系统管理、控制方面的知识相结合,即可构成专门化的专家系统。应用现代计算机技术将这种集成化的专门知识变成动态的信息资源,就可以用来进行大型防洪系统的预报与调度,大型水利工程的施工组织,大型灌溉系统或水库群的运行调度。21世纪人类将全面进入信息时代,信息的获取、处理和传输是生产组织的主要任务。水力信息学的核心是相关水力学知识的集成、打包,以及集成知识的信息资源化。计算机多媒体技术是最普遍的信息处理技术,在水力信息学的发展中将发挥重要作用。信息资源化的主要手段是建立专业化的信息网络,但也可借助已有的信息网络。水力学实验研究

实验在水力学研究中具有基础和支撑作用。模型实验可以为理论和计算模型的建立提供依据和支持,也可以对已有的理论结果提出修正或质疑,并以此推动这一领域的研究深入发展。在实验中要对许多水力学参量进行量测,如水深、流量、时均与脉动流速、时均与脉动压强、掺气水流的掺气浓度、含沙水流的含沙量等。发展和建立高分辨率、高精度的水力学测量仪器,是发展实验水力学急需加强的薄弱环节。我国引进了一些具有当代国际先进水平的流体量测仪器,如激光流速仪、动态粒子成像测速仪(PIV)、动态信号分析仪等。我国还不惜耗费巨资,建造了一些大型水力实验装置和数个大型水力学实验基地,为提高我国水利工程的科技水平做出了应有的贡献。在吸收、消化国际先进技术的同时,今后

要继续努力研制新型测量仪器,发展自己的水力学实验技术。在实验研究方面,急需解决的问题有: 3.1 水力学模型相似率

目前,我国工程设计中的多数重大水力学问题仍是通过水力学模型试验解决。试验模型通常按重力相似准则设计。大量模型试验证明,水工模型能够预演大多数原型工程的复杂三元水流现象。但对高速水流问题,除重力相似外,还须考虑其他物理量的相似性。如高速水流的掺气与雾化、脉动压力与流体激振现象、输水道通气、岩基冲刷等问题,其模型相似率至今尚未解决。空化初生试验一般在减压箱内进行,以空化数相等为准。但最新研究表明,初生空化数和模型的大小与水流速度有关,不同的模型,既使水流空化数相等,空化初生现象也不一定相似。高

速水流的模型相似率问题困惑着模型实验,是工程水力学急待解决的技术难题。在这方面已做了不少研究,如掺气与通气的相似性,水流脉动压强的相似性, 雾化的相似性等,但至今尚无可靠的理论与方法。

解决高速水流的相似率问题,一方面有赖于更深入的基础理论研究,而原型观测与模型试验进行对比则是更为实际、有效的方法。借鉴已有同类工程的经验,对解决待建工程问题具有重大意义。目前所开展的原型观测,已大量应用现代化的理论、方法及观测仪器,如应力、应变、位移、速度、掺气浓度等各种类型的传感器,当代最先进的信号分析测试仪器,卫星定位、遥感遥测技术等。据不完全统计,我国已在100多个大、中型水利枢纽中的近200个泄水建筑物上进行了原型观测,已积累了较丰富的观测成果,主要集中在泄洪雾化、空化空蚀、脉动压力、水流掺气与通气等方面。原型观测需消耗大量的人力、物力和财力,需要周密的预先设计和现场组织,也需要借助许多现代化的先进测试仪器。但为了提高水力

学的研究水平,今后仍需大力开展原型观测工作。3.2 高速水流关键技术问题的基础研究

我国待建的大型水利水电工程多具有水头高、流量大、河谷狭窄的特点,高坝大流量泄洪消能是各项工程共有的技术难题。在这方面虽已做了大量研究,但工程中仍有许多技术难题,因其机理复杂,目前的方法仍难以准确预测实际情况,尚待进一步研究:(1)多股淹没射流流态结构与水垫消能机理。

拦河筑坝必须保证洪水的正常下泄,为了防止高速水流的冲刷破坏,泄洪必须满足消能要求。泄洪水流的多余能量,绝大多数是在大坝下游的消能水体中(挑流消能水垫塘或底流消能消力池)通过水流的紊动混掺而消耗掉的。坝身多股泄洪在水垫塘内形成多股淹没射流。水垫塘内的流态结构与水垫消能效率及水流作用于水垫塘边壁动水荷载的大小有十分密切的关系。高速强紊动水流的消能效率高,但对固体边壁的冲刷破坏力也大,既要实现高效消能,又要防止冲刷破坏,其根本途径是优化消能水体中多股淹没射流的流态结构。消能机理的研究是创造新型消能工的源泉。为此,既要加强泄洪消能机理的基础理论研究,也要在消能工体型优化方面做出创新性的实用成果。

(2)水流动力荷载与流固耦合振动。

脉动压强研究的基本问题有:脉动压力产生机理,脉动压力随机分析方法,脉动压力的模型相似率,点、面脉动压强的转换等。不同的过水建筑物,其脉动压强的动力特性也有所区别。尽管过去对上述问题都做过研究,但其知识的系统性、可靠性都还不能满足工程应用的需要。水流诱发的结构振动,工程实例很多。但由于结构和水流条件的复杂性和多变性,振动型式和种类也非常复杂,实验模拟和数学模型计算都有很多困难。研究问题主要有:振动形成机理及激励力的分析,水弹性模型试验的理论与技术,工程流弹振动的仿真研究等。

(3)高速水流的掺气与雾化。

近年来,在减蚀掺气设施的掺气特性方面作了大量研究,如掺气空腔的水力特性、卷吸空气量、保护长度等。掺气对脉动压强及消能的影响至今说法不一,尚无定论。关于水气二相流的数值模拟计算,现已建立起理论严密的二相流运动方程式,但由于水和空气的密度相差悬殊,加之对水气两相之间的相间作用力尚无深入研究,成功的数值模拟结果很少。最近的大量原型观测表明,挑流泄洪的雾化问题对水工建筑物及河岸岸坡的安全有严重威胁,雾化问题的预测研究越来越受到重视。关于雾化问题的研究力度将会加强。

(4)泄水建筑物的冲刷、空蚀与磨损破坏。

挑流消能冲刷坑深度及大小的预测有重要工程意义,几十年来虽做过大量研究,但至今仍无成熟、可靠的解决方法。我国近年研究提出的能量法和岩块放大法使这方面的研究有了新的进展。对于高水头大流量工程,一般都要修建混凝土衬砌的水垫塘,关于混凝土水垫塘的冲刷破坏模式问题,尚待进行深入研究。高水头泄水建筑物的空蚀破坏在工程中屡见不鲜,含沙水流对过水建筑物的磨损给许多工程的运行维修造成很大困难。空蚀和磨损往往同时发生并相互促进,使破坏程度急剧增加。随着我国大量高水头泄水建筑物的建成运行,冲蚀、空蚀与磨蚀问题将会越来越多,并不断受到重视。

第二篇：水力学教案

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水

利

系

《水力学》课程教案

制作人：克里木江

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第一章 绪 论

1.本章的教学目的及基本要求：

目的：使学生了解水力学的任务及应用领域，掌握流体的连续介质理论和流体的主要物理力学性质以及作用在流体上的力的两种形式。

基本要求：掌握流体的连续介质模型、流体的主要物理性质：易流动性、密度与重度、粘性与理想流体模型、压缩性与不可压模型、表面张力特性、汽化压强特性；掌握作用在流体上的力的两种形式：质量力与表面力

2.本章各节的教学内容及学时分配： §1-1工程水力学的任务及发展史 0.25学时 §1-2连续介质假定 0.5学时 §1-3 液体的基本特性 0.25学时 §1-4流体的主要力学性质 1学时 §1-5 作用在流体上的力 0.5学时 共2.5学时，课外3学时 3.本章教学内容的重点和难点：

重点：流体的连续介质模型、密度与重度、粘性与理想流体模型、牛顿内摩擦定律、压缩性与不可压模型、质量力与表面力

难点：连续介质模型、牛顿内摩擦定律、质量力与表面力 4.本章教学内容的深化和拓宽：

深化：连续介质模型的应用、牛顿内摩擦定律应用、质量力与表面力的应用 拓宽：牛顿内摩擦定律推广

5.本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题： 教学方式：讲授

注意问题：概念理解、记忆并能应用。6.本章的主要参考书目：

禹化谦，《工程水力学（水力学）》，西南交通大学出版社，1999.12 闻德荪、魏亚东等，《工程水力学（水力学）》，高等教育出版社，1992.9 蔡增基，龙天渝，《水力学》，中国建筑工业出版社，1999.12 7.本章的思考题和习题等

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6.本章的主要参考书目：

禹化谦，《工程水力学（水力学）》，西南交通大学出版社，1999.12 闻德荪、魏亚东等，《工程水力学（水力学）》，高等教育出版社，1992.9 蔡增基，龙天渝，《水力学》，中国建筑工业出版社，1999.12 7.本章的思考题和习题等

思考题：2-

1、2-

2、2-

3、2-

6、2-

17、2-23习题：2-

5、2-

8、2-

9、2-

13、2-

15、2-

16、2-

18、2-

19、2-

21、2-22 教学单元授课教案编写的具体内容： 单元2 1.本单元教学内容（具体到各知识点）：

§1-5 作用在流体上的力 0.5学时，课外0.75学时 1）质量力 2）表面力

§2-1静水压强及其特性 0.5学时，课外0.75学时 1）静水压强 2）静水压强的特性

§2-2液体的平衡微分方程 1学时，课外1.5学时 1）液体平衡微分方程一般式 2）综合式

2.本单元的教学方式（手段）： 教学方式：讲授 3.本单元师生活动设计：

教师提问——学生思考——教师讲授

4.本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）： 5.本单元的作业布置： 思考题：2-

1、2-

2、习题：2-

3、2-5 单元3 1.本单元教学内容（具体到各知识点）：

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§2-3重力场的液体平衡 1学时，课外1.5学时 1）水静力学的基本方程 2）静水压强分布规律

§2-4静水压强的计算与测量 1学时，课外1.5学时 1）绝对压强 2）相对压强 3）真空度

4）压强的计量单位

5）测量压强的仪器：测压管、U形测压计 2.本单元的教学方式（手段）： 教学方式：讲授 3.本单元师生活动设计：

教师提问——学生思考——教师讲授

4.本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）： 5.本单元的作业布置： 思考题： 2-4习题： 2-

8、2-6 单元4 1.本单元教学内容（具体到各知识点）：

§2-4静水压强的计算与测量 1学时，课外1.5学时 6）测量压强的仪器：差压计 7）静水压强分布图

§2-5液体的相对平衡 1学时，课外1.5学时

1）等加速直线运动 2）等角速旋转运动

2.本单元的教学方式（手段）： 教学方式：讲授 3.本单元师生活动设计：

教师提问——学生思考——教师讲授

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4.本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）：

5.本单元的作业布置： 思考题： 2-6习题： 2-

9、2-13 单元5 1.本单元教学内容（具体到各知识点）：

§2-6作用在平面上的静水总压力 2学时，课外3学时 1）图解法 2）解析法 3）例题分析

2.本单元的教学方式（手段）： 教学方式：讲授 3.本单元师生活动设计：

教师提问——学生思考——教师讲授

4.本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）： 5.本单元的作业布置： 思考题： 2-

17、2-23习题： 2-

15、2-18 单元6 1.本单元教学内容（具体到各知识点）：

§2-7作用在曲面上的静水总压力 2学时，课外3学时 1）水平分力 2）垂直分力 3）压力体 4）例题分析

2.本单元的教学方式（手段）： 教学方式：讲授 3.本单元师生活动设计：

教师提问——学生思考——教师讲授

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4.本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）： 5.本单元的作业布置： 思考题： 2-19习题：2-

21、2-22

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第三章 水动力学理论基础

1.本章的教学目的及基本要求：

目的：使学生理解连续性微分方程、理想液体运动微分方程、实际流体的运动微分方程，掌握恒定总流连续性方程、理想液体元流的能量方程与实际液体总流的能量方程、恒定总流动量方程以及恒定平面势流。

基本要求：理解连续性微分方程、理想液体运动微分方程、实际流体的运动微分方程；牢固掌握，并灵活应用恒定总流连续性方程、理想液体元流的能量方程与实际液体总流的能量方程、恒定总流动量方程以及恒定平面势流。

2.本章各节的教学内容及学时分配： §3-1描述液体质点运动的两种方法 1学时

§3-2流线、迹线、流管、流束、元流、过流断面、断面平均流速 1学时 §3-3流动分类 1学时

§3-4液体微团运动的基本形式 1学时 §3-5有涡流与无涡流 1学时 §3-6液体连续性微分方程 1学时 §3-7恒定总流连续性方程 1学时 §3-8理想液体运动微分方程 1学时 §3-9实际液体运动微分方程 1学时 §3-10恒定元流伯诺里方程 1学时 §3-11恒定总流伯诺里方程 2学时 §3-12恒定气体伯诺里方程 1学时 §3-13恒定总流动量方程 2学时 §3-14恒定平面势流 1学时 共16学时

3.本章教学内容的重点和难点：

重点：连续性微分方程，理想液体运动微分方程，实际流体的运动微分方程，恒定总流连续性方程，理想液体元流的能量方程与实际流体总流的能量方程、恒定总流动量方程以及恒定平面势流。

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难点：连续性微分方程，实际液体的运动微分方程，实际液体总流的能量方程、恒定总流动量方程以及恒定平面势流。

4.本章教学内容的深化和拓宽：

深化：理想液体元流的能量方程的推广，实际流体总流的能量方程在实际工程中的应用，恒定总流动量方程在实际工程中的应用，恒定平面势流的实际意义。

拓宽：实际流体的运动微分方程在三维流场中的数值计算，理想液体元流的能量方程的推广，实际流体总流的能量方程在实际工程中的应用，恒定总流动量方程在实际工程中的应用，平面势流的应用。

5.本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题： 教学方式：讲授——提问——讲授——习题课——实验

注意问题：1）概念、原理、计算方法的理解、掌握。注意实际流体能量方程和动量方程计算断面的选取，以及解题步骤与方法；注意有涡流与势流

2）注意复习高等数学的导数、微分与曲线积分等基本方法 6.本章的主要参考书目：

禹化谦，《工程水力学（水力学）》，西南交通大学出版社，1999.12 闻德荪、魏亚东等，《工程水力学（水力学）》，高等教育出版社，1992.9 蔡增基，龙天渝，《水力学》，中国建筑工业出版社，1999.12 7.本章的思考题和习题等

思考题：3-

1、3-

3、3-

10、3-

13、3-

24、3-

26、3-30、3-

31、3-

38、3-

39、3-41习题：3-

2、3-

5、3-

6、3-

7、3-

8、3-

11、3-

17、3-

19、3-

22、3-

23、3-

26、3-

29、3-31、、3-

32、3-

37、3-

39、3-40、3-

42、3-43 单元教案7 1.本单元教学内容（具体到各知识点）： §3-1描述液体质点运动的两种方法 1学时 1）欧拉法 2）拉格朗日法

§3-2流线、迹线、流管、流束、元流、过流断面、断面平均流速 1学时 1）流线与迹线 2）流管、流束、元流

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3）流量 4）过流断面 5）断面平均流速。

2.本单元的教学方式（手段）： 教学方式：讲授 3.本单元师生活动设计：

教师提问——学生思考——教师讲授

4.本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）： 5.本单元的作业布置： 思考题：3-1习题：3-2 单元教案8 1.本单元教学内容（具体到各知识点）： §3-3流动分类 1学时 1）恒定流与非恒定流 2）均匀流与非均匀流 3）一元流与二元流、三元流 4）有压流与无压流、射流

§3-4液体微团运动的基本形式 1学时 1）微团的四种运动形式 2）速度分解定理

2.本单元的教学方式（手段）： 教学方式：讲授 3.本单元师生活动设计： 讲授提问——学生思考——讲授

4.本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）： 5.本单元的作业布置： 思考题：3-3习题：3-6

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单元教案9 1.本单元教学内容（具体到各知识点）： §3-5有涡流与无涡流 1学时 1）有涡流 2）无涡流

§3-6液体连续性微分方程 1学时 1）液体连续性微分方程 2.本单元的教学方式（手段）： 教学方式：讲授

3.本单元师生活动设计：

讲授——提问——讲授

4.本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）： 5.本单元的作业布置： 思考题： 3-

10、3-13习题： 3-11 单元教案10 1.本单元教学内容（具体到各知识点）： §3-7恒定总流连续性方程 1学时 1）恒定元流连续性方程 2）恒定总流连续性方程。

§3-8理想液体运动微分方程 1学时 1）理想液体的特点 2）理想液体运动微分方程 3）理想液体的能量方程

4）理想液体能量方程的应用（比托管）2.本单元的教学方式（手段）： 教学方式：讲授

3.本单元师生活动设计：

讲授——提问——讲授——习题——实验

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4.本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）：

5.本单元的作业布置： 思考题： 3-

24、3-26习题：3-

11、3-

17、3-19 单元教案11 1.本单元教学内容（具体到各知识点）： §3-9实际液体运动微分方程 1学时 1）实际液体的特点

2）实际液体微团应力分析（本构关系）3）实际液体的运动微分方程。§3-10恒定元流伯诺里方程 1学时 1）恒定元流伯诺里方程 2）恒定元流伯诺里方程的意义 3）总水头线与测验管水头线 4）水力坡度

2.本单元的教学方式（手段）： 教学方式：讲授

3.本单元师生活动设计：

讲授——提问——讲授

4.本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）：

5.本单元的作业布置： 思考题：3-21习题： 3-

22、3-25 单元教案12 1.本单元教学内容（具体到各知识点）： §3-11恒定总流伯诺里方程 2学时 1）均匀流与渐变流的压强分布规律 2）恒定总流伯诺里方程（即能量方程）3）能量方程各项意义

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4）能量方程的应用条件与注意事项

5）能量方程的应用（文丘里管）：例题分析

（一）6）能量方程的推广（有分流的能量方程与水泵）：例题分析

（二）2.本单元的教学方式（手段）： 教学方式：讲授、实验 3.本单元师生活动设计：

讲授——实验演示

4.本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）：

5.本单元的作业布置： 思考题：3-24习题：3-

23、3-

27、3-28 单元教案13 1.本单元教学内容（具体到各知识点）： §3-12恒定气体伯诺里方程 1学时 1）恒定不可压气体的伯诺里方程 §3-13恒定总流动量方程 1学时 1）恒定元流动量方程 2）恒定总流动量方程。3）动量方程适用条件 4）动量方程的解题要点与步骤 5）例题分析

（一）2.本单元的教学方式（手段）： 教学方式：讲授

3.本单元师生活动设计：

讲授——提问——讲授

4.本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）：

5.本单元的作业布置： 思考题： 3-

38、3-

37、3-41习题： 3-

32、3-

36、3-

39、3-40、新疆水利水电学校

单元教案14 1.本单元教学内容（具体到各知识点）： §3-13恒定总流动量方程 1学时 1）恒定总流动量方程： 例题分析

（二）§3-14恒定平面势流 1学时 1）势流函数的性质 2）流函数的性质

3）势函数与流函数的关系

4）流网 5）复合势流

2.本单元的教学方式（手段）： 教学方式：讲授

3.本单元师生活动设计：

讲授——提问——讲授——习题——实验 4.本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）： 5.本单元的作业布置：

思考题： 3-

8、3-

38、3-

39、3-41习题：3-

9、3-

42、3-43

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第四章 相似原理与量纲分析

1.本章的教学目的及基本要求：

目的：使学生掌握流动相似的基本概念，动力相似准则及理解模型设计的基本方法，能应用量纲的和谐原理进行量纲分析。

基本要求：理解几何、运动、动力、初始与边界条件相似的基本概念，掌握各种动力相似准则，特别是重力相似准则、粘性力相似准则，能灵活应用模型律进行模型设计；理解量纲与单位的基本概念，量纲的和谐原理，掌握量纲的基本分析方法：瑞利法与 定理。

2.本章各节的教学内容及学时分配： §4-1流动相似的基本概念 1学时 §4-2相似准则 1学时 §4-3模型实验 0.5学时

§4-4量纲分析的概念和量纲和谐原理 1学时 §4-5量纲分析 1.5学时 5学时 课外7.5学时

3.本章教学内容的重点和难点：

重点：重力相似准则、粘性力相似准则，模型设计；量纲的和谐原理，瑞利法与 定理。难点：动力相似准则，量纲分析：瑞利法与 定理 4.本章教学内容的深化和拓宽： 深化：模型设计与模型实验

拓宽：模型实验的工程实际问题：三峡工程的模型实验研究 5.本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题： 教学方式：讲授——提问——讲授——习题

注意问题：物理量的量纲单位的记忆；注意观察实际工程的模型实验。6.本章的主要参考书目：

禹化谦，《工程水力学（水力学）》，西南交通大学出版社，1999.12 闻德荪、魏亚东等，《工程水力学（水力学）》，高等教育出版社，1992.9 蔡增基，龙天渝，《水力学》，中国建筑工业出版社，1999.12 7.本章的思考题和习题等

-******

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蔡增基，龙天渝，《水力学》，中国建筑工业出版社，1999.12 7.本章的思考题和习题等

思考题： 7-

1、7-

2、7-

4、7-

5、7-

14、7-15习题： 7-

3、7-

6、7-

7、7-

9、7-

11、7-12 单元教案27 1.本单元教学内容（具体到各知识点）： §7-1明渠均匀流的水力特征 0.5学时 1）明渠均匀流

2）明渠均匀流产生的条件 3）明渠均匀流的水力特征 §7-2明渠均匀流的计算公式 1学时 1）湿周 2）水力半径 3）谢才公式 4）曼宁公式 5）巴浦勒夫斯基公式

§7-3水力最优断面及允许流速 0.5学时 1）水力最优断面 2）水力最优断面条件

2.本单元的教学方式（手段）： 教学方式：讲授 3.本单元师生活动设计： 讲授——提问——讲授

4.本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）： 电子教案

5.本单元的作业布置： 思考题： 7-

1、7-2习题： 7-3 单元教案28

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1.本单元教学内容（具体到各知识点）： §7-3水力最优断面及允许流速 0.5学时 2）允许流速 3）最大允许流速

§7-4明渠均匀流水力计算的几类问题 1学时 1）过流能力的水力计算 2）底坡的水力计算 3）粗糙系数的水力计算 4）渠道断面形式的设计

§7-5无压圆管均匀流水力计算 0.5学时 1）充满度

2）无压圆管的水力要素 2.本单元的教学方式（手段）： 教学方式：讲授

3.本单元师生活动设计：

讲授——提问——讲授

4.本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）： 电子教案

5.本单元的作业布置： 思考题：7-

4、7-5习题： 7-

6、7-

7、7-9 单元教案29 1.本单元教学内容（具体到各知识点）： §7-5无压圆管均匀流水力计算 0.5学时 3）无压圆管的最大流速与流量 4）无压圆管均匀流的水力计算

§7-6复式断面明渠均匀流水力计算 0.5学时 1）复式断面的水力要素 2）复式断面的水力计算

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2.本单元的教学方式（手段）： 教学方式：讲授

3.本单元师生活动设计：

讲授——提问——讲授

4.本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）： 电子教案

5.本单元的作业布置： 思考题： 8-

14、8-15习题： 8-

11、8-12

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思考题： 8-

1、8-4习题： 8-

2、8-

3、8-

5、8-6 单元教案30 1.本单元教学内容（具体到各知识点）： §8-1明渠水流的三种流态、佛汝德数 0.5学时 5）佛汝德数判别流态

§8-2断面比能（单位能量）与临界水深 1.5学时 1）断面比能 2）比能曲线 3）临界水深 4）临界流与临界底坡 2.本单元的教学方式（手段）： 教学方式：讲授

3.本单元师生活动设计：

讲授——提问——讲授

4.本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）： 电子教案

5.本单元的作业布置： 思考题：8-1习题：8-

2、8-3 单元教案31 1.本单元教学内容（具体到各知识点）： §8-3明渠非均匀渐变流微分方程 2学时 1）明渠非均匀渐变流微分方程 2）明渠非均匀渐变流水面曲线分析 3）明渠非均匀渐变流水面曲线的绘制 2.本单元的教学方式（手段）： 教学方式：讲授

3.本单元师生活动设计：

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讲授——提问——讲授

4.本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）： 电子教案

5.本单元的作业布置： 思考题： 8-4习题： 8-5 单元教案32 1.本单元教学内容（具体到各知识点）： §8-4水跃与跌水 1学时 1）水跃的组成 2）水跃的功能与作用 3）跃前与跃后水深的计算 4）跌水

§8-5棱柱体渠道非均匀渐变流水面曲线的计算 1学时 1）道非均匀渐变流水面曲线的计算 2.本单元的教学方式（手段）： 教学方式：讲授

3.本单元师生活动设计：

讲授——提问——讲授

4.本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）： 电子教案

5.本单元的作业布置： 思考题：习题： 8-6

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第九章 堰流

1.本章的教学目的及基本要求：

目的：使学生了解薄壁堰、实用堰、宽顶堰的基本功能与用途，掌握堰流基本的水力计算公式。

基本要求：了解薄壁堰、实用堰、宽顶堰的基本功能与用途，能进行堰流的流量计算。2.本章各节的教学内容及学时分配：

§9-1堰流的基本公式 1学时 §9-2薄壁堰 0.5学时 §9-3实用堰 0.5学时 §9-4宽顶堰 1学时 共3学时

3.本章教学内容的重点和难点： 重点：堰流基本的水力计算公式 难点：堰的流量系数的计算。4.本章教学内容的深化和拓宽： 深化：堰的流量系数的影响因素 拓宽：工程应用

5.本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题： 教学方式：讲授——提问——讲授 注意问题：堰的流量系数公式的选取。6.本章的主要参考书目：

禹化谦，《工程水力学（水力学）》，西南交通大学出版社，1999.12 闻德荪、魏亚东等，《工程水力学（水力学）》，高等教育出版社，1992.9 蔡增基，龙天渝，《水力学》，中国建筑工业出版社，1999.12 7.本章的思考题和习题等 思考题：9-

1、9-

2、9-3习题：9-

4、9-5 单元教案33

536

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单元教案35 1.本单元教学内容（具体到各知识点）： §10-2渗流模型与达西渗透定律 1学时 1）渗流模型 2）达西渗透定律

§10-3地下水渐变渗流分析 1学时 1）地下水均匀渗流 2）裘皮衣公式

3）渐变声渗流基本微分方程 4）渐变渗流的侵润曲线 2.本单元的教学方式（手段）： 教学方式：讲授

3.本单元师生活动设计：

讲授——提问——讲授

4.本单元的讲课提纲、板书设计（电子教案）： 电子教案

5.本单元的作业布置： 思考题：10-

1、10-

2、10-3习题：10-

4、10-5

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本课程实验

本课程实验学时共10学时，设5个实验，分别如下： 实验一：静水压强特性实验 实验二：伯努利方程实验 实验三：动量定律实验 实验四：雷诺数实验 实验五：水击综合演示实验

940-

第三篇：环境水力学(教案)

第一章 液体流动的基本概念和基本方程（4学时）1.1基本概念：

一．研究对象：①连续介质假定，使物理量为空间坐标和时间的函数。

②描述流体运动特性的物理量v，p，，T，C。基本特征参量。

③lagrange Method（拉格朗日）

Euler Method（欧拉）

④两种方法研究对象不同：流体质点

空间点

流体微团

微团控制体

流体系统

控制体 二.基本参量表示法：

用两种方法表示的基本参量方法不同。

Lagrange法：标量（p，T，C）

p=（a，b，c，t）

质点迹线= （a，b，c，t）

d

矢量(a,b,c,t)

dttd

a

dtEuler法：

(x,y,z,t)d①x，y，z变，a()

dtt②附体性dxudt

dyudt

dzudt

uuixiyjzk

所以aiiui（张量形式）tujuivjwk三.迹线和流线。

dxudt

迹线：dyudt

dzudt

流线：d0

dxdydz

（恒定流时重合）uvw四.质点导数。液体质点的流动参数B随时间的变化律的欧拉法表示。也称为随体导数。

DB

B

Dt迁移变率t当地变率算子B恒定流：0

t均匀流：()B0

不可压：D0 Dt0五.任意度量中系统体积分的随体导数。

①Bd0

B为0系统体内积分。

例：

d0m

0Dm0（连续性方程积分形式）Dt（一般将其变为欧拉法形式）



22d0M(动量)

0DMF（动量方程）Dt

(e)

(e022)d0E

DEW（外力所做功）Dt

e为内能（随温度、压力变化的能量）单位质量流体所具有的内能，状态函数。

②输运方程（transport Equation）、（L-E）

EularD

dd()d 0Dt0tB

：0在t0时刻所占领的控制体。

物理意义：Dd0

系统体积分的随体导数。Dt0d0

控制体内物理量体积分（B）的当地随时变化率。t

()ddAn（高斯定理）

0

ndA从封闭面A流出的的体积分，也就是系

AA统中一个位置移动到另一个位置，由于流场的不

均匀性而改变引起的的体积分的迁移变化率。

1.2运动液体的应力和应变关系——本构方程

一.流体微团运动的分析。

1.微团运动=平移+变形（线变形、角变形）+转动 u若A点流速为：v，则距其距离为dr(dx,dy,dz)处点流速可表示为： wAuuSxxvvSyxSwwAzx平移SxySyySzy变形引起的流速增量SxzdxSyzdywdrdzSzz

转动引起的流速增量i其中wdrwxdxjwydykwzdz

1uiuj2、3

2、ij线变形，ij角变形 2.变形率张量：Sij

i

1、，j

1、2xxij变形率张量具有对称性：SijSji（6个独立）

uvwv（速度的散度）Sij称为体积膨胀率，SijSxxSyySzzxyz11角转速分量，定义为rotv（速度的旋度）

22ijk11vxiyjzk 22xyzuvw若0，无旋、有势流动，速度有势v  lvdl0（环流量=0）

存在势函数，称为流速势  满足20（拉普拉斯方程）

[区别，力有势f，力势函数，lFdl0]

二、运动流体中的应力

0p0①静止：0p0，只有压应力（负号表示与作用面外法线方向相反）0p0pxx②运动、理想液体（不存在粘性切应力）000pyy000，pxxpyypzzpm pzzpxx③粘性实际运动：yxzxxypyyzypzzxzyz，zx：x表示作用面法线方向，z表示力方向。

由于存在切应力，所以，法向应力pxxpyypzz，但pxxpyypzzconst（不因坐标变化而变），所以，引入动水压强：pm1pxxpyypzz与作用面无关，各方上压力应3'力被认为是pm加上一个附加压应力，如pxxpmpxx。

切应力具有对称性：yzzy

pmA：对于层流0L0'pxx其中yxzx0pm0'0pxx0yxpmzxxyp'yyzy'pzzxzyz

xyp'yyzy'pzzxzyz粘性附加应力张量

u'2x'B：对于紊流u'yuxtL''uzuxu'2x'其中u'yux''uzux''uxuy''uxuyu'z2''uzuy''uxuzu'yuz'

2'uzu'z2''uzuy''uxuz'u'yuz为紊流附加切应力项（混渗应力or Re应力）2'uz简写为ijtijLij

'

三、应力—应变的关系（本构方程）

1、牛顿流体

ijsnij

n=1。本构关系符合内摩擦定律，应力和应变线性关系。

非牛顿流体

n1

2、本构方程：各向同性、牛顿流体、层流，应力应变关系：牛顿内摩擦定律，Stokes（斯托克斯）推广。正应力：pijpm2ui

ij（不可压）xjui2pijpm2v

ij

（可压）

xj3切压力：ijji1.3 连续性方程 质量守恒 uiuj

ij xjxiDM0

（对理想、实际流体都适用）DtvndAvd

：控制体



一、积分形式：

dvndA0

t一维恒定：1v1A12v2A2

二、微分形式

v0

v：流出控制体的质量（单位时间、单位体积）tDv0 DtD0



v0

（恒定、非恒定流均可）

①不可压 DtD0



v0

（不限制压缩否）②恒定

Dt1.4 运动方程



一、微分形式：Fma

1dvv

1、ideal：Eular方程：fpvv

dtt

2、实际牛顿流体、各项同性、不可压缩、层流 N-S方程

1v2vvFpv tvvvv：惯性项。：当地变化率，vv：迁移变化率（非线性项），tt12F：质量力项，p：压强梯度项，v：粘性项。



3、对紊流，将上述方程取时均，得到（雷诺方程）

一、上述方程可以简化为：I

II

III A：恒定

I0 B：绝热

II=I0 'C：理想流体

IIIpnvdApvndA

（压力）

D：只有重力作用

F

则 IIvdzvndA AAE：不可压缩、绝热、理想、恒定、内能不变 evndA 则推出

AA Av2pv2pvndA0 一维问题的伯努利方程，（为机械能）。

22

二、微分形式：

①化面积分为体积分：

AApnvdAnvdAvd

TTn

----热传导系数 ②引入Forier定律：qnqdATndATd

AA将0去掉积分量得（1.40）

Dv2eFvvqRT

微分形式 Dt2在直角坐标系下、不可压缩，上述微分形式可简化如下：公式（1.43）

De(16项)(79项)qR DtDe----内能变化，(16项)应力做功（粘性耗散），(79项)热传导，qR辐射。Dt对大多数液体：ecvT

cv----定容比热 引入热扩散率（导温系数）

cp----定压比热

一般取cvcpc cp1-6项=

----耗散函数

则方程为：

qDT2TR DtccDT2T（有关方程柱坐标下表示，参见Dt去掉（忽略）、qR影响，即得热传导方程书，不详述）。

1.6 基本方程组的封闭问题 对于不可压缩、各项同性、牛顿流体、层流。

p方程组有5个，未知数v，p，，T（6个未知数）补充状态方程RT。

对于不可压缩液体const，所以，直接用连续运动方程求p，v后求温度场。1.7—1.8—1.9 有势流动 有涡流动 边界层概念

1、有势流动，实际流动满足何条件可简化为有势流动求解。

0 或者单连域udlndA A----涡通量，（v2）

根据kelvin’s（开尔文）定理：在有势质量力作用下，理想流体，正压条件下，（流体质点组成的封闭曲线的速度环量不随时间变化）即

0。t对于高Re流动粘性项作用可忽略，认为理想流体，由静止状态开始的流动，如重力坝泄流，圆柱绕流，闸孔出流。波浪等，可近似认为是势流。



2、势流特征：①存在势函数x,y,z,t，v

②图

③不可压势流

20

v2④基本方程0，zc（Eular方程积分）理、恒、不可压、2g2p有势（力）势流。单独变量,p。

⑤平面、不可压势流：存在流函数(x,y,z)，量纲ms 图

21满足20

求解方法：势流叠加法、复变函数法、流网法、实验法。

3、涡量满足涡量方程（推求不详细讲）。

4、边界层概念：如上所述，对高Re，N-S忽略得到Euler（物面为流线），但用此法求解平板绕流时，阻力=0，不符合实际，物面应给粘滑条件。

引入边界层概念：在固体壁面附近的一个薄层中，流速梯度变大，粘性作用必须考虑称为边界层。

流动分区：边界层内，粘性流。边界层外，理想流。

分界：引入边界层厚度概念（又分为①排挤厚度或流量损失厚度1②动量损失厚度2能量损失厚度3）。层外势流解

1构成的线为流线，解外层势流时边界条件。恒定二维、不可压缩、质量力不计（曲率小），假定L，yx，vu量纲比较，忽略

量，简化为边界层方程（1.97）、（1.80—1.81）。由边界层方程知p0 y即，边界层内法向压强基本不变，即可用边界层边界上势流解的p，所以边界层方程中p已知，只有u、v两个变量，一般数值解。

引入边界层概念目的：①解决沿程水头损失计算

②绕流阻力计算，紊动射流（边界层流动）

边界层动量积分方程（1.85）

未知数u、、0 三个未知数，一般补充ufy，0dudy（层流边界层，紊

y0流边界层不同）。

1.10 小密度差流动，Bousinesq’s近似

一、Bousinesq’s近似：密度变化的影响仅仅在运动方程的重力项中考虑对其他各项影响忽略不计。

二、小密度差流动的基本方程：

许多环境问题，由于水中加入污染物质，使密度发生变化，但这种密度差很小，严格按考虑密度变化的可压缩流体分析比较困难，常常采用Bousinesq’s假定、作近似处理。对于质量力只有重力、不可压流体、其运动方程为：

Dvpg2v Dt若,g以静止时值为参考状态，即0，pp0p代入上式，并知静止时

00g

所以，1Dv12pgv 0Dt000由于0

1所以，惯性项中可忽略，令g*0g（折减重力加速度）

Dv1pg*2v Dt00连续性方程不变 v0

以上为基本方程

1.11旋转流体流动，科里奥利力效应（Coriolis effect）

一、对于较大的江河、湖泊、海湾等水域的流动问题，将地球看成惯性坐标系统会引起一定的误差，此时要考虑地球转动对水域流动的影响。根据理论力学知： 绝对运动（定坐标系）=相对运动（动坐标系）+牵连运动（动坐标系对定坐标系）对于动坐标系为定轴转动的情况：aIaRaeak

aI绝对加速度，aR相对加速度，ae牵连加速度，akCoriolis加速度。

相对运动和牵连运动相互作用结果。vaer

akz由于牛顿第二定律对于定坐标系进行的，所以，对于流体质量力为重力，N-S方程为：

1u2DvaIpgu DtI所以，对于旋转动坐标系的相对运动微分方程为：

1u2Dvaaapgurzv IekDtRr可表示为2r'2与p合并考虑。

二．科化力效应判别数。

有两个：（Rossby）罗斯比数 R012u惯性力 L科化力

（Ekman）埃克曼数 EkL2粘性力

科化力由公式可知：R0减小，Ek减小，科化力大，不能忽略。对环境问题：地球自转不变，L大时，R0减小，Ek减小。

所以，对大面积水体流动问题，如海湾、湖泊、大气环流、科化力要计入。第三章 稳流模型

（一）方程的封闭问题及稳流模型的概念。1.瞬时不可压缩流动N-S方程： 连续：ui0 xiuiui2ui1运动：ujFi

txjxixjxj方程组4个，未知数4个，理论上可直接求出解，也就是说明N-S方程包含了所有的湍动信息，可直接求解，也就是进行直接模拟（DNS）。直接法要求：①t，ui都很小与脉动量同一量级。

②计算量很大。

③边界条件给定难度大。

④目前只有对Re小流动，简单边界条件进行计算的算例无法用于工程实际。

对工程问题，往往不要求物理量的瞬时值，只要知道时均值随时间变化就可以了，因此转向解时均流动。

2.时均不可压缩紊流（Reynolds方程）

ui0xiuiuui11jtxjxixjui''uiujFixj''

方程4个，未知数，ui，6个独立的uiuj（i，j=1，2，3）总共10个未知数。所以方程不封闭。

3.紊流模型：为了使上述方程封闭，根据紊流特性需附加的条件。

第四篇：水力学学习心得

《水力学》学习心得

转眼之间，这学期就过完了大半的日子。我们这学期的课程就要完成了，回头想想，还真是感慨万千啊。

我们这学期的水力学是由韩老师教授的。他是一个非常风趣的人，他知道我们学土木房建的人不是特别的重视这门课程，所以在上课的时候，为了提高我们的听课率，他就会不时的给我们讲一些他自己的人生故事或者说一些他在工作中与我们这个专业相关的工作经历来启迪我们。韩老师是一个很会讲故事的人，因为每次讲故事时我们都听得很认真，比听课认真多了，总是逗得我们全班哈哈大笑。我们也跟随着韩老师的脚步，学会了什么是静水压、什么是恒定流和非恒定流、什么是水头损失、什么是倒虹吸、什么是谢才公式，我们也学会了在大学阶段要做的三件大事：学好自己的专业，它将是我们立足社会的“天斧神兵”；锻炼好自己的身体，它是将来革命的本钱；找个女朋友，不要总是宅在寝室里，谈一场轰轰烈烈的恋爱。

下面就是我学完水力学这门课程后对它的一些浅薄的认识。首先，我已经清楚的明白了 水力学主要是研究以水为代表的液体的平衡和机械运动规律及其实际应用的一门科学。从学科的角度来看，水力学是介乎基础科学和工程技术之间的一门科学。一方面根据基础科学中的普遍规律，结合水流特点，建立理论基础，同时又紧密联系工程实践发展科学内容。另外我还知道水力学的应用是非常广泛的，在各类工科中都有它的身影。

1、一方面，它在水利建设中非常的重要。水力学在水利建设中的主要任务是研究水流与边界的相互作用，分析在各种相互作用条件下所形成的各种水流现象和边界上的各种力的作用（例如，水流与堰作用，形成各种形式的堰流与闸门作用形成闸孔出流等），为水利工程的勘测、规划、设计、施工和运转管理等方面提供合理的水力学依据。

2、另一方面，它在土木工程的各个领域也有大量的涉猎。当修建大坝时，必须考虑当渲泄洪水时，要确定校核大坝所能够通过的流量，以确保大坝安全泄洪；或已知泄量，确定大坝的溢流宽度。在围堰修建、桥渡设计、基坑排水、地基抗渗稳定、给水与排水管渠及给水与污废水处理、构筑物的设计和给排水系统的运行管理等过程都会遇到一系列的水力学问题。所以只有学好水力学课程，才能正确地解决工程中所与到的水力学方面的设计计算、运行管理与测试等问题。我们对水力学的主要研究方法有理论分析法、试验研究法和数值模拟法，三种方法相互结合，为发展水力学理论和解决复杂的水力学问题奠定了基础。

我们还清楚的知道水力学是以研究水为代表的液体的宏观机械运动规律，及其在工程技术中的应用。水力学包括水静力学和水动力学。

水静力学研究液体静止或相对静止状态下的力学规律及其应用，探讨液体内部压强分布，液体对固体接触面的压力，液体对浮体和潜体的浮力及浮体的稳定性，以解决蓄水容器，输水管渠，挡水构筑物，沉浮于水中的构筑物，如水池、水箱、水管、闸门。堤坝、船舶等的静力荷载计算问题。

水动力学研究液体运动状态下的力学规律及其应用，主要探讨管流、明渠流、堰流口流、射流多孔介质渗流的流动规律，以及流速、流量、水深、压力、水工建筑物结构的计算，以解决给水排水、道路桥涵、农田排灌、水力发电、防洪除涝、河道整治及港口工程中的水力学问题。

水力学作为学科而诞生始于水静力学。在国内，据记载，4000多年前的上古时代就有大禹治水。在战国末代至秦代更是修建了都江堰、郑国渠和灵渠三大水利工程。在国外，公元前250年，阿基米德在《论浮体》中，阐明了浮体和潜体的有效重力计算方法。1586年德国数学家斯蒂文提出水静力学方程。十七世纪中叶，法国帕斯卡提出液压等值传递的帕斯卡原理。至此水静力学已初具雏形。水动力学的发展是与水利工程兴建相联系的。公元前三世纪末，中国秦代修建规模巨大的都江堰、灵渠和郑国渠。汉初利用山溪水流作动力。此后在历代防洪及航运工程上积累了丰富的经验。但是液体流动的知识，在中国相当长的时间内，在欧洲直至15世纪以前，都被认为是一种技艺，而未发展为一门科学。文艺复兴期间，意大利人达·芬奇在实验水力学方面获得巨大的进展，他用悬浮砂粒在玻璃槽中观察水流现象，描述了波浪运动、管中水流和波的传播、反射和干涉。

十八世纪初叶，经典水动力学有迅速的发展.欧拉和丹尼尔第一·伯努利是这一领域中杰出的先驱者。十八世纪末和整个十九世纪，形成了两个相互独立的研究方向：一是运用数学分析的理论流体动力学；一是依靠实验的应用水力学。开尔文、瑞利、斯托克斯、兰姆等人的工作使理论水平达到相当的高度，而谢才、达西、巴赞、弗朗西斯、曼宁等人则在应用水力学方面进行了大量的实验研究，提出了各种实用的经验公式。十九世纪末，流体力学的发展扭转 了研究工作中的经验主义倾向，这些发展是：雷诺理论及实验研究；雷诺的因次分析；弗劳德的船舶模型实验；空气动力学的迅速发展。二十世纪初的重要突破是普朗特的边界层理论，它把无粘性理论和粘性理论在边界层概念的基础上联系起来。

自从二十世纪以来蓬勃发展的经济建设提出了越来越复杂的水力学问题：高浓度泥沙河流的治理；高水头水力发电的开发；输油干管的敷设；采油平台的建造；河流湖泊海港污染的防治等。使水力学的研究方向不断发展，从定床水力学转向动床水力学 ；从单向流动到多相流动；从牛顿流体规律到非牛顿流体规律；从流速分布到温度和污染物浓度分布；从一般水流到产生渗气、气蚀，引起振动的高速水流。以电子计算机应用为主要手段的计算水力学 也得到了相应的发展。水力学作为一门以实用为目的的学科将逐渐与流体力学合流。

水动力学的数理分析首先是根据问题的客观条件和生产任务或理论要求，对所研究的液体建立力学模型，提出假设，使分析简化。最常用的力学模型有连续介质模型，将由分子组成、分子之间有空隙的的非连续液体看作分子紧密相依没有空隙的连续介质；不可压缩流体模型，将受压收缩、受热膨胀、有弹性的液体，看作无弹性密度不变的不可压缩流体；无粘性流体模型，将流动时因粘性作用产生内摩擦力的液体，看作粘性不起作用，无内摩擦力的流体；理想液体模型，不可压缩无粘性的液体。力学模型确定后，以相适应的运动学和动力学基本方程式为工具，结合起始条件和边界条件，进行各种流动的质量平衡、动量平衡和能量平衡分析，求出所需要的各种变量。以上就是我所知道的一些水力学方面的知识，至于一些水力学中所学到的公式和计算方法等，我就不详细的说明了。

通过对水力学的学习，使我开始真正的认识了这门学科，我发现我也越来越喜欢这门学科了，因为通过使用其中的知识我们可以解决一些我们日常生活中与它有关联的问题。

我们这学期的水力学课程虽然在不知不觉中结束了，但是我们不会忘记这门学科的。我们会好好的保存这本书，说不定在以后的工作中我们就会遇到与这方面有关的工程问题，到时候我们就可以拿出这本书出来，好好地回忆一下水力学方面的知识，也许会帮我们一个大忙；我们也不会忘记教授我们水力学知识的韩智明韩老师，是他用有趣的方式教授我们水力学知识，告诉我们做人处事的方法、告诫我们不要被手机玩了，同时，还向我们推荐他认为对我们有好处，对我们的人生有益的书，例如，《冰鉴》、《诫子书》等等。在次，深深的向我们的韩老师表示衷心的感谢。

第五篇：水力学教案(前三章为最终稿)

教案

2010~ 2011学年第2学期

学院、系室能源与机械工程系（设备）课程名称水力学C 专业、年级、班级

09土木1-4班 主讲教师吕祥翠 天津城市建设学院 天津城市建设学院教案 编号：01 题目（教学章、节或主题）： 第一章绪论

一、本章教学目标及基本要求： 教学目标：使学生了解水力学的任务及应用领域，掌握液体的连续介质理论和液体的主要物理力学性质以及作用在液体上的力的两种形式。

基本要求：了解水力学的发展简史、学科的简本构架、研究方法以及课程在专业中的地位；掌握液体的连续介质模型、液体的主要物理性质：易流动性、密度与重度、粘性与理想流体模型、压缩性与不可压模型、表面张力特性；掌握作用在液体上的力的两种形式：质量力与表面力。

二.本章各节的教学内容及学时分配：

§1-1水力学的任务和发展简史； 0.75学时 §1-2连续介质假设

0.5学时

§1-3 液体的主要物理性质

1.25学时 §1-4作用在液体上的力；0.5学时 共3学时

三.本章教学内容的重点和难点：

重点：液体的连续介质模型、密度与重度、粘性与理想流体模型、牛顿内摩擦定律、压缩性与不可压模型、质量力与表面力

难点：液体质点的概念、连续介质模型、牛顿内摩擦定律 四.本章教学内容的深化和拓宽：

深化：连续介质模型的应用、牛顿内摩擦定律应用、质量力与表面力的应用 拓宽：牛顿内摩擦定律推广

五.教学手段及注意内容： 教学方式：以教师讲授为主

注意内容：讲解时注意理想流体与非理想流体的主要区别 教学媒介：多媒体结合板书

六.思考题和习题： 思考题：

1.粘性的本质是什么？2.牛顿内摩擦定律的有哪两种表述方法？习题：1-

2、1-3

七、主要参考书目：

1、柯葵等，《水力学》，同济大学出版社，2007年2月第7次印刷

2、吴持恭，《水力学》第四版）.高等教育出版社.2008.12

3、陈文义，张伟《流体力学》.天津大学出版社.2005.2 第二次印刷

4、莫乃榕，《流体力学水力学习题集》

天津城市建设学院教案 编号：02 题目（教学章、节或主题）： 第二章液体静力学

一、本章教学目标及基本要求：

目的：使学生理解静水压强的特性、流体平衡微分方程，掌握液体静力学的基本方程、液柱式测压计的基本原理，最终能熟练计算作用在平面、曲面上的静水总压力。

基本要求：理解静水压强的特性，理解流体平衡微分方程，压强的表示方法、压强的计量单位、流体的相对平衡；掌握液体静力学的基本方程，掌握液柱式测压计的基本原理，掌握并能熟练计算作用在平面、曲面上的液体总压力。

二.本章各节的教学内容及学时分配：

§2-1静水压强及其特性

0.5学时 §2-2流体平衡微分方程

0.75学时 §2-3液体静压强的分布规律

0.75学时 §2-4压强的计算基准和量度单位

0.5学时 §2-5静水压强的量测方法

0.5学时 §2-6作用于平面上的液体总压力

1学时 共4学时

三.本章教学内容的重点和难点：

重点：静水压强的特性、流体平衡微分方程、液体静力学的基本方程、液柱式测压计、作用在平面、曲面上的液体总压力。

难点：作用在平面、曲面上的静水总压力、压力体的概念、压力作用点的确定。四.本章教学内容的深化和拓宽：

深化：液体静力学的基本方程、流体平衡微分方程、差压计、作用在平面上的液体总压力。拓宽：在讲解作用在平面上的液体总压力计算方法时，介绍理论力学中有关惯性矩的相关知识。

五.教学手段及注意内容：

教学手段：以教师讲解为主，分讲授——提问——讲授——习题等步骤开展教学 注意内容：降解时注意复习理论力学中有关积惯性矩及面积惯矩等相关知识 教学媒介：多媒体结合板书

六.思考题和习题：

1.思考题：1）流体平衡微分方程是如何进行推导的？ 2）什么是压力体？它是如何进行绘制的？ 2.习题：2-5，2-8，2-13，2-22

七、主要参考书目：

1、柯葵等，《水力学》，同济大学出版社，2007年2月第7次印刷

2、蔡增基，龙天渝，《水力学》，中国建筑工业出版社，1999.12

3、陈文义，张伟.《流体力学》.天津大学出版社.2005.2 第二次印刷

4、莫乃榕，《流体力学水力学习题集》

天津城市建设学院教案 编号：03 题目（教学章、节或主题）： 第三章水动力学

一、本章教学目标及基本要求：

目的：使学生掌握恒定总流连续性方程、元流能量方程与实际流体总流的能量方程、恒定总流动量方程。

基本要求：理解连续性微分方程、实际流体的运动微分方程；牢固掌握、并灵活应用恒定总流连续性方程、元流能量方程与实际总流的能量方程、恒定总流动量方程。

二.本章各节的教学内容及学时分配：

§3-1描述液体运动的两种方法

0.5学时

§3-2液体运动的一些基本概念

1学时 §3-3恒定总流的连续性方程

0.5学时 §3-4恒定总流能量方程

3.学时 共计5学时

三.本章教学内容的重点和难点：

重点：液体运动基本概念的具体描述，恒定总流连续性方程，理想元流的能量方程与实际流体总流的能量方程。

难点：恒定流、均匀流、渐变流的联系与区别，恒定流连续性方程的应用，实际液体总流的能量方程的意义及应用。

四.本章教学内容的深化和拓宽：

深化：元流能量方程的推广，理想液体恒定流连续性方程在实际工程中的应用。拓宽：理想元流能量方程的物理意义及几何意义的推广，实际流体总流的能量方程在工程中的应用。

五.教学手段及注意内容： 教学手段：以教师讲解为主，分讲授——提问——讲授——习题课——实验等步骤开展教学 注意内容：1）对概念、原理、计算方法的理解、掌握。注意实际流体能量方程计算断面的选取，以及解题步骤与方法

2）注意复习高等数学的导数、微分与曲线积分等基本方法 教学媒介：多媒体结合板书

六.思考题和习题：

思考题：1）恒定流与非恒定流是如何定义的？

2）描述液体运动的两种方法各是什么？二者主要区别是什么？习题：3-

2、3-

5、3-

6、3-

7、3-

8、3-

11、3-

17、3-

19、3-

22、3-23

七、主要参考书目：

1、禹化谦，《工程水力学（水力学）》，西南交通大学出版社，1999.12 2.闻德荪、魏亚东等，《工程水力学（水力学）》，高等教育出版社，1992.9

3、陈文义，张伟.《流体力学》.天津大学出版社.2005.2 第二次印刷

4、莫乃榕，《流体力学水力学习题集》

天津城市建设学院教案 编号：04 课时安排：4学时

教学课型：理论课√实验课□习题课□实践课□其它□

题目（教学章、节或主题）： 第四章流动阻力和水头损失

教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

目的：使学生了解实际流体的两种流动型态，流动阻力与水头损失的两种型式，掌握沿程损失、局部损失的分析和计算方法。

基本要求：理解实际流体的两种流动型态，流动阻力与水头损失产生的原因，以及边界层概念及绕流阻力概念。掌握均匀流的基本方程、圆管层流与紊流沿程阻力系数及沿程水头损失、局部水头损失的计算方法，理解当量粗糙度、当量直径、水力半径等重要概念。

教学内容（注明： * 重点

# 难点？疑点）： 本章各节的教学内容及学时分配：

§4-1流动阻力与水头损失的两种型式

0.25学时 §4-2层流与紊流、雷诺数

1学时 §4-3 均匀流基本方程

0.5学时 §4-4圆管中的层流运动

0.5学时 §4-4紊流运动

0.75学时

§4-5沿程阻力系数的变化规律

1.25学时 §4-6当量直径的概念与非圆管的沿程损失？

0.25学时 §4-7管道流动的局部损失

0.5学时 共计4学时

本章教学内容的重点和难点：

* 实际流体的两种流动型态的判别，均匀流的基本方程，圆管层流与紊流的流速分布，沿程阻力系数及沿程水头损失的计算，局部水头损失的计算。

＃沿程损失与局部损失的特征，当量粗糙度、当量直径的概念，紊流沿程阻力系数的计算。本章教学内容的深化和拓宽：

深化：紊流理论基础，紊流理论的应用，N-S方程与雷诺应力方程的区别与联系。拓宽：现代紊流模型的发展。

教学方式、手段、媒介： 教学方式：以教师讲解为主，分讲授——提问——讲授——习题课——实验等步骤开展教学 注意问题：紊流与层流的判别，圆管紊流的速度分布、切应力分布与紊流阻力系数经验公式的选取。

教学媒介：多媒体结合板书

讨论、思考题、作业：

讨论： 1）紊流是怎样形成的？

2）为什么Re数可用来作为判别流态的唯一准则，而临界速度却不可以？ 作业：习题：

参考书目：

1、柯葵等，水力学，同济大学出版社，2007年2月第7次印刷

2、吴持恭，水力学（第四版）.高等教育出版社.2008.12

3、陈文义，张伟主编.流体力学.天津大学出版社.2005.2 第二次印刷

4、莫乃榕，流体力学水力学习题集

天津城市建设学院教案 编号：05 课时安排：3学时

教学课型：理论课√实验课□习题课□实践课□其它□

题目（教学章、节或主题）： 第五章明渠均匀流

教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）： 目的：使学生理解水力最优断面及允许流速的基本概念，掌握明渠均匀流各类问题的水力计算方法，并能设计渠道的断面形式和渠道坡度。

基本要求：

1、了解明渠水流的分类和特征，了解棱柱体渠道的概念，掌握明渠底坡的概念和梯形断面明渠的几何特征和水力要素。

2、了解明渠均匀流的特点和形成条件，熟练掌握明渠均匀流公式，并能应用它来进行明渠均匀流水力计算。

3、理解水力最佳断面和允许流速的概念，掌握水力最佳断面的条件和允许流速的确定方法，学会正确选择明渠的糙率n值。

4、掌握明渠均匀流水力设计的类型和计算方法，能进行过流能力和正常水深的计算，能设计渠道的断面尺寸。

教学内容（注明： * 重点

# 难点？疑点）： 本章各节的教学内容及学时分配：

§6-1明渠均匀流的水力特征

0.5学时 §6-2明渠均匀流的计算公式

0.5学时 §6-3水力最优断面及允许流速

0.75学时

§6-4明渠均匀流水力计算的几类问题

0.75学时 §6-5无压圆管均匀流水力计算

0.5学时 共计3学时

本章教学内容的重点和难点：

重点：水力最优断面及允许流速，明渠均匀流的水力计算 难点：水力最优断面条件，无压圆管均匀流水力计算。本章教学内容的深化和拓宽：

深化：在水力最优断面或允许流速条件下，设计渠道的断面形式和渠道坡度，考虑粗糙度的影响，验算渠道的过流能力。

拓宽：与工程实际相联系，设计渠道的断面形式和渠道坡度，并研究渠道冲刷问题。

教学方式、手段、媒介：

教学方式：讲授——提问——讲授——习题课——实验 教学媒介：多媒体结合板书 注意问题：概念、原理、计算方法的理解、记忆。

讨论、思考题、作业： 作业：

天津城市建设学院教案 编号：06 课时安排：1学时

教学课型：理论课√实验课□习题课□实践课□其它□

题目（教学章、节或主题）： 第七章明渠非均匀流（简介）

教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：

目的：使学生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，掌握恒定明渠流其流动状态的判别方法，能进行水面曲线的分析与绘制 基本要求：

1、掌握明渠水流三种流态（急流、缓流、临界流）的运动特征和判别明渠水流流态的方法，理解佛汝德数Fr的物理意义。

2、理解断面比能、临界水深、临界底坡的概念和特性，掌握矩形断面明渠临界水深hk的计算公式和其它形状断面临界水深的计算方法。

3、了解水跃和水跌现象，掌握共轭水深的计算，特别是矩形断明渠面共轭水深计算。

5、掌握棱柱体渠道水面曲线的分类、分区和变化规律，能正确进行水面线定性分析，了解水面线衔接的控制条件。

教学内容（注明： * 重点

# 难点？疑点）： 本章各节的教学内容及学时分配： §7-1明渠水流的三种流态、佛汝德数 §7-2断面比能（单位能量）与临界水深 §7-3明渠非均匀渐变流微分方程（简介）§7-4水跃与跌水 共计1学时

本章教学内容的重点和难点：

重点：断面单位能量、临界水深、恒定明渠流其流动状态的判别方法，水面曲线的分析。难点：临界水深、恒定明渠流及其流动状态的判别方法。本章教学内容的深化和拓宽：

教学方式、手段、媒介：

教学方式：讲授——提问——讲授——习题课——实验 教学媒介：多媒体结合板书

注意问题：水面曲线的分析与绘制方法。

讨论、思考题、作业： 讨论： 作业：

参考书目：

1、柯葵等，水力学，同济大学出版社，2007年2月第7次印刷

2、吴持恭，水力学（第四版）.高等教育出版社.2008.12

3、陈文义，张伟主编.流体力学.天津大学出版社.2005.2 第二次印刷

4、莫乃榕，流体力学水力学习题集