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第一篇 水力学基础理论1

第1章 绪论1

【情景提示】1

【本章导读】1

【教学要求】2

1.1水力学的研究对象和主要任务2

1.2液体的基本特征和主要物理性质3

1.2.1液体的基本特征3

1.2.2液体的主要物理性质3

本章小结7

思考题7

作业题7

第2章 静水压强与静水总压力9

【情景提示】9

【本章导读】9

【教学要求】9

2.1静水压强及其特性9

2.1.1压力与压强的概念9

2.1.2静水压强的特性10

2.2静水压强基本公式10

2.2.1方程推导10

2.2.2静水压强基本公式及其意义11

2.3压强的量度与量测12

2.3.1压强的量度基准12

2.3.2压强的计量单位13

2.3.3压强的量测14

2.4静水总压力的计算18

2.4.1作用于平面上的静水总压力19

2.4.2作用于曲面上的静水总压力22

2.4.3应用举例24

本章小结30

思考题31

作业题32

第3章 液体运动的流束理论35

【情景提示】35

【本章导读】35

【教学要求】35

3.1描述液体运动的两种方法36

3.1.1拉格朗日法36

3.1.2欧拉法36

3.2水流运动的基本概念36

3.2.1恒定流与非恒定流37

3.2.2迹线与流线37

3.2.3流管、微小流束、总流、过水断面、流量、断面平均流速38

3.2.4一元流、二元流、三元流40

3.2.5均匀流与非均匀流、渐变流与急变流41

3.3一元恒定总流的连续方程43

3.3.1方程的推导43

3.3.2方程的意义44

3.4一元恒定总流的能量方程44

3.4.1方程推导44

3.4.2应用条件47

3.4.3注意事项49

3.4.4水头线图49

3.4.5应用举例50

3.5一元恒定总流的动量方程58

3.5.1方程推导59

3.5.2应用步骤60

3.5.3注意事项60

3.5.4应用举例61

本章小结64

思考题65

作业题66

第4章 水头损失计算68

【情景提示】68

【本章导读】68

【教学要求】68

4.1概述68

4.1.1水头损失的概念及分类68

4.1.2横向轮廓对水头损失的影响69

4.2 均匀流沿程水头损失与切应力的关系70

4.2.1关系式推导70

4.2.2切应力分布规律71

4.3沿程水头损失的计算71

4.4液流型态及其判别72

4.4.1试验过程72

4.4.2试验结果73

4.4.3流态的判别——雷诺数73

4.5圆管层流74

4.5.1流速分布74

4.5.2流量75

4.5.3断面平均流速75

4.5.4沿程水头损失75

4.6紊流特征76

4.6.1紊流的形成过程76

4.6.2紊流的特征77

4.7沿程阻力系数λ的计算82

4.7.1尼古拉兹试验82

4.7.2沿程阻力系数λ的计算公式83

4.7.3莫迪图84

4.7.4其它沿程水头损失或沿程阻力系数计算公式85

4.8计算沿程水头损失的经验公式——谢才公式86

4.9局部水头损失的计算90

4.9.1圆管突然扩大的局部水头损失90

4.9.2 局部水头损失计算公式91

本章小结98

思考题98

作业题99

第二篇 实用水力计算101

第5章 有压管道的水力计算101

【情景提示】101

【本章导读】101

【教学要求】101

5.1简单管道水力计算的基本公式102

5.1.1短管计算公式102

5.1.2长管计算公式104

5.2简单管道水力计算的基本类型106

5.2.1计算输水能力106

5.2.2计算作用水头107

5.2.3计算管径108

5.2.4确定断面压强110

5.2.5简单管道水力计算的特例111

5.3复杂管道的水力计算114

5.3.1串联管道115

5.3.2并联管道116

5.3.3分叉管道117

5.3.4沿程均匀泄流管道118

5.4管网的水力计算119

5.4.1枝状管网119

5.4.2环状管网122

5.5管道非恒定流简介123

5.5.1水击现象123

5.5.2水击波速127

5.5.3直接水击与间接水击128

5.5.4直接水击压强的计算128

本章小结129

思考题130

作业题130

第6章 明渠均匀流的水力计算133

【情景提示】133

【本章导读】133

【教学要求】133

6.1概述133

6.1.1明渠水流的特点133

6.1.2明渠的几何特性134

6.2明渠均匀流的特点及水力计算公式136

6.2.1明渠均匀流的特点136

6.2.2明渠均匀流的产生条件137

6.2.3明渠均匀流水力计算公式137

6.3渠道设计中的几个问题137

6.3.1粗糙系数n值的选择137

6.3.2水力最佳断面138

6.3.3允许流速139

6.3.4非均质明渠的水力计算140

6.3.5.复式断面明渠的水力计算141

6.4明渠均匀流的水力计算142

6.4.1计算类型142

6.4.2应用举例143

6.4.3水深或底宽试算求解146

本章小结149

思考题149

作业题150

第7章 明渠非均匀流的水力计算151

【情景提示】151

【本章导读】151

【教学要求】151

7.1明渠水流流态及其判别151

7.1.1从现象上认识缓流和急流151

7.1.2从运动学观点认识缓流和急流152

7.1.3从能量观点认识缓流和急流154

7.1.4临界底坡156

7.2明渠恒定非均匀渐变流微分方程159

7.2.1明渠恒定非均匀渐变流基本微分方程159

7.2.2水深沿程变化的微分方程160

7.2.3水位沿程变化的微分方程160

7.2.4断面比能沿程变化的微分方程161

7.3棱柱体明渠恒定非均匀渐变流水面曲线定性分析161

7.3.1水面曲线的命名161

7.3.2水面曲线的特点分析162

7.3.3水面曲线变化规律与一般分析原则164

7.3.4水面曲线定性分析的步骤166

7.4明渠恒定非均匀渐变流水面曲线的计算167

7.4.1分段求和法167

7.4.2水面曲线的计算类型及其计算步骤168

7.4.3估算河渠流量与粗糙系数169

7.5弯道水流简介171

7.6水跌与水跃172

7.6.1水跌172

7.6.2水跃172

本章小结181

思考题182

作业题182

第8章 堰流与闸孔出流的水力计算185

【情景提示】185

【本章导读】185

【教学要求】185

8.1概述185

8.1.1堰流与闸孔出流的概念185

8.1.2堰流与闸孔出流的水流状态判别186

8.2堰流的水力计算186

8.2.1堰流类型186

8.2.2堰流的水力计算公式188

8.2.3薄壁堰流的水力计算189

8.2.4实用堰流的水力计算191

8.2.5宽顶堰流的水力计算198

8.3闸孔出流的水力计算204

8.3.1宽顶堰上闸孔出流的水力计算204

8.3.2曲线堰上闸孔出流的水力计算207

本章小结211

思考题211

作业题212

第9章 衔接与消能的水力计算214

【情景提示】214

【本章导读】214

【教学要求】214

9.1概述214

9.1.1下泄水流的特点214

9.1.2主要衔接与消能方式及其特点215

9.2底流型衔接消能的水力计算218

9.2.1收缩水深计算218

9.2.2消能池设计221

9.3挑流消能的水力计算228

9.3.1挑流射程的计算228

9.3.2冲刷坑深度估算230

9.3.3挑坎型式及尺寸选择231

本章小结232

思考题232

作业题233

第10章 渗流的水力计算234

【情景提示】234

【本章导读】234

【教学要求】234

10.1渗流的基本概念234

10.1.1土壤的分类234

10.1.2水在土壤中的存在形式235

10.1.3渗流模型235

10.2渗流基本定律——达西定律236

10.2.1达西试验与达西定律236

10.2.2达西定律的适用范围236

10.2.3渗透系数及其确定方法237

10.3地下河槽中恒定均匀渗流和非均匀渐变渗流237

10.3.1均匀渗流238

10.3.2非均匀渐变渗流的基本公式——杜比公式238

10.4棱柱体地下河槽恒定非均匀渐变渗流浸润曲线239

10.4.1渐变渗流的基本微分方程式239

10.4.2地下河槽中浸润曲线的分析与计算239

10.5水平不透水层上均质土坝的渗流计算243

10.5.1渗流流量计算243

10.5.2坝内浸润曲线245

10.6有压渗流的水力计算246

10.6.1流网法246

10.6.2直线比例法250

本章小结252

思考题252

作业题252

第三篇 综合应用实例254

第11章 水力计算综合应用实例254

【情景提示】254

【本章导读】254

【教学要求】254

11.1离心泵站的水力计算254

11.1.1基本资料254

11.1.2水力计算任务255

11.2排洪闸的水力计算259

11.2.1基本资料259

11.2.2水力计算任务260

11.3拦河溢流坝的水力计算264

11.3.1基本资料264

11.3.2水力计算任务265

11.4河岸溢洪道的水力计算271

11.4.1基本资料271

11.4.2水力计算任务272

11.5有压泄洪洞的水力计算276

11.5.1基本资料276

11.5.2水力计算任务276

综合实训题280

附图Ⅰ 梯形及矩形渠道底宽求解图283

附图Ⅱ 梯形及矩形渠道均匀流水深求解图284

附图Ⅲ 梯形渠道临界水深求解图285

附图Ⅳ 梯形渠道共轭水深求解图286

附图Ⅴ 矩形渠道收缩水深及其共轭水深求解图287

参考文献288