第一章 导论 1
第一节 水力学的任务及发展概况 1
第二节 流体的基本特征和连续介质假设 3
一、流体与固体 3
二、连续介质假设 3
第三节 流体的主要物理性质及作用于流体的力 4
一、惯性、质量和密度 4
二、流体的重量和重度 5
三、粘滞性、粘度或粘性系数 6
四、液体的压缩性 9
五、液体的表面张力 10
六、作用于流体的力 11
第四节 水的异常特性 11
一、水的异常特性 11
二、水的异常特性与水分子结构的关系 12
第五节 水力学的研究方法 13
习题 14
第二章 水静力学 15
第一节 静水压强及其特性 15
一、液体平衡微分方程 17
第二节 液体平衡微分方程 17
二、力的势函数和有势力 18
三、等压面 19
第三节 重力作用下的液体平衡 19
一、重力作用下静水压强的基本公式 20
二、压强的量度 21
三、水头和单位势能 22
四、压强的量测 23
第四节 几种质量力同时作用下的液体平衡 26
一、液体与容器一道作直线等加速运动的情况 27
二、液体随容器绕铅直轴作等角速旋转运动的情况 28
第五节 平面上的静水总压力 31
一、静水压强分布图 31
二、利用压强分布图求矩形平面上的静水总压力 31
三、用分析法求任意平面上的静水总压力 33
第六节 曲面上的静水总压力 35
第七节 浮力及浮体与潜体的稳定性 38
一、浮力与物体的沉浮 38
三、浮体的平衡及其稳定性 40
二、潜体的平衡及其稳定性 40
习题 43
第三章 水动力学基础 49
第一节 描述液体运动的两种方法 49
一、拉格朗日法 49
二、欧拉法 51
第二节 液体运动的一些基本概念 53
一、恒定流和非恒定流 53
二、迹线与流线 54
三、流管、元流和总流 55
四、一维流、二维流和三维流 56
五、均匀流和非均匀流 56
第三节 液流的连续性方程 57
一、液流的连续性微分方程 57
二、元流和总流的连续性方程 59
第四节 理想液体的运动方程 60
一、理想液体的运动微分方程 61
二、理想液体运动的伯努利积分和伯努利方程 62
四、相对运动的能量方程 63
三、理想液体的伯努利方程的意义 63
第五节 实际液体总流的能量方程 64
一、实际液体元流的伯努利方程 65
二、渐变流过水断面上动水压强的分布规律 65
三、实际液体恒定总流的能量方程 66
第六节 恒定总流的动量方程和动量矩方程 74
一、恒定总流的动量方程 74
二、动量方程应用举例 76
第七节 空化和空蚀现象 79
三、恒定总流的动量矩方程 79
第八节 液体微团运动的基本形式，有旋流与无旋流 80
一、液体微团运动的基本形式 80
二、有旋流与无旋流 83
三、理想液体势流的拉格朗日—柯西积分 86
第九节 恒定平面势流 87
一、恒定平面势流的速度势和流函数 87
二、流网及其绘制 90
第十节 实际液体运动微分方程 93
一、液体质点上的应力 93
二、液体质点变形和应力的关系 94
三、不可压缩实际液体运动微分方程 95
第十一节 实际液体的能量方程 98
第十二节 不可压缩实际液体变密度流基本方程 101
一、液流传热变密度流基本方程 101
二、液流传质变密度流基本方程 102
三、小结 104
习题 107
第四章 层流和紊流及水流阻力和水头损失 115
第一节 实际流体的两种流动型态 115
一、雷诺试验 115
二、雷诺数和临界雷诺数 117
三、雷诺数的物理意义 118
第二节 紊流运动 119
一、紊流的形成 119
二、紊流的主要特征及表示法 121
三、紊流的半经验理论 123
第三节 边界层理论简介和水头损失分类 128
一、边界层基本概念 128
二、层流边界层和紊流边界层 129
三、边界层的分离 130
四、流动阻力及水头损失的种类 131
第四节 恒定均匀流水力坡度与切应力的关系 132
一、恒定均匀总流平均切应力与水力坡度的关系 132
二、圆管断面切应力的分布 134
三、宽矩形明槽断面切应力的分布 134
四、均匀流沿程水头损失公式 136
第五节 圆管和宽矩形明槽中的层流 136
一、圆管中的均匀层流 136
二、宽矩形明槽的层流运动 138
第六节 紊流的流速分布和水头损失 140
一、粘性底层和壁面粗糙 141
二、尼古拉兹试验曲线 142
三、光滑区的流速分布及水头损失系数 144
四、粗糙区的流速分布及水头损失系数 146
五、紊流过渡区 146
六、实用管道的当量粗糙和穆迪图 147
七、明槽流动的水头损失系数 149
八、计算沿程水头损失的经验公式 152
第七节 局部水头损失 156
一、圆管突然扩大的局部水头损失 157
三、管路进口 158
二、断面突然收缩 158
四、圆断面缓弯管 159
五、截门和闸阀 160
六、急转弯管 161
七、圆形渐扩管和渐缩管 161
八、闸门槽及方形喇叭口 162
九、叉管和管内渐变段 162
第八节 绕流阻力 165
习题 168
一、量纲和单位 172
第五章 量纲分析和液流相似原理 172
第一节 量纲、单位和无量纲数 172
二、有量纲量和无量纲数 174
第二节 量纲和谐原理及量纲分析法 174
一、量纲和谐原理 174
二、量纲分析法 175
第三节 液流相似原理 179
一、液流相似的意义 179
二、液流相似的特征 180
三、牛顿相似原理 181
第四节 模型相似准则 182
一、重力(弗劳德)相似准则 183
二、粘滞力(雷诺)相似准则 184
三、弹性力(柯西)相似准则 186
四、表面张力(韦伯)相似准则 186
五、流动非恒定性的相似准则 186
六、压力相似准则 187
七、紊流阻力相似准则 187
八、由基本方程推求各项相似准则 189
第五节 相似原理的应用举例 190
习题 192
第六章 恒定管流 194
第一节 概述 194
第二节 短管水力计算 195
一、输水能力和作用水头的计算 195
二、管道直径的设计计算 197
三、压强沿程变化及水头线的绘制 199
四、计算实例 201
一、串联管道 206
二、并联管道 206
第三节 串联管道与并联管道 206
第四节 枝状管网与环状管网 207
一、枝状管网 208
二、环状管网 208
第五节 沿程均匀泄流 212
习题 213
第一节 概述 217
一、明槽的底坡 217
第七章 明槽恒定流动 217
二、明槽的横断面 218
第二节 明槽恒定均匀流 219
一、明槽均匀流的特性和形成条件 219
二、明槽恒定均匀流的水力计算 220
三、明槽均匀流水力计算中的几个问题 223
第三节 明槽恒定渐变流 229
一、明槽恒定流动的基本方程与断面比能 229
二、明槽流动的三种流态 231
三、微幅扰动波与明槽流态的物理意义 232
四、临界水深及其计算 233
五、临界底坡 234
六、小结 236
第四节 明槽恒定急变流 237
一、水跌 237
二、水跃 238
三、弯道水流 244
第五节 明槽恒定渐变流水面曲线的定性分析 247
一、棱柱形渠道水面曲线的定性分析 247
二、非棱柱形人工渠道水面曲线定性分析 254
第六节 明槽恒定渐变流水面曲线的计算 256
一、人工渠道水面曲线的计算 256
二、天然河流水面曲线计算 263
习题 265
第八章 孔口(管嘴)出流、堰顶溢流和闸孔出流 270
第一节 概述 270
一、孔口出流 270
二、管嘴出流 270
第二节 孔口出流 271
一、薄壁小孔口恒定出流 271
四、闸孔出流 271
三、堰顶溢流 271
二、孔口非恒定出流 273
第三节 管嘴出流 274
一、圆柱形外管嘴恒定出流 274
二、圆柱形外管嘴的真空 275
三、其它形式管嘴 276
第四节 堰顶溢流 277
一、堰流的基本公式 277
二、矩形薄壁锐缘堰 278
三、三角形薄壁堰 279
四、实用堰溢流 280
五、宽顶堰溢流 288
六、侧堰溢流 295
第五节 闸孔出流 297
一、闸底坎为宽顶堰的闸孔出流 297
二、曲线形实用堰上的闸孔出流 303
三、闸孔流与堰流的转化 304
习题 305
一、泄水建筑物下游的水流特性 309
第一节 概述 309
第九章 泄水建筑物下游的水流衔接与消能 309
二、泄水建筑物下游水流衔接消能的主要方式 310
第二节 底流型衔接与消能 311
一、底流型水流衔接 311
二、消能池的水力计算 313
第三节 挑流型衔接与消能 319
一、挑流射程计算 320
二、冲刷坑的估算 322
三、挑流鼻坎的型式与尺寸 324
习题 326
第十章 有压管道和明槽非恒定流 328
第一节 一维非恒定流动的基本方程 328
一、连续性方程 328
二、运动方程 330
第二节 水击现象 331
一、水击特征和水击波速 331
二、水击波的传播过程 335
三、水击波的分类 338
第三节 水击基本方程 339
一、水击连续性方程 339
二、水击运动方程 340
一、水击简化方程组的通解 341
第四节 水击简化方程的解析法 341
二、水击的连锁方程 342
三、定解条件 344
四、求解水击压强的解析法 345
第五节 明槽非恒定流的特性 348
一、明槽非恒定流的特性 348
二、明槽非恒定流波动的分类 350
一、连续性方程 351
第六节 明槽非恒定渐变流基本方程 351
二、运动方程 352
三、明槽非恒定渐变流圣维南方程组 354
四、圣维南方程组解法综述 355
第七节 明槽非恒定流的直接差分法 356
一、显式差分格式 358
二、隐式差分格式 359
第八节 非恒定流的特征线法 361
一、特征线法的基本思想 361
二、水击基本方程组的特征线解法 362
三、圣维南方程组的特征线解法 367
第九节 明槽非恒定急变流基本方程 372
一、连续性方程及波流量 373
二、动量方程 373
三、断波波速 374
第十节 计算实例 376
一、管道非恒定流计算实例 376
二、明槽非恒定流计算实例 379
习题 386
一、水在土壤中的状态 388
二、土的渗流特性 388
第十一章 渗流 388
第一节 渗流的基本概念 388
三、渗流模型 389
第二节 渗流的达西定律 391
一、达西试验和达西定律 391
二、达西定律的适用范围 392
三、渗透系数及其确定方法 393
第三节 渗流基本原理 393
二、渗流的运动方程 394
一、渗流的连续性方程 394
三、恒定渗流的流速势和拉普拉斯方程 395
四、初始条件和边界条件 398
五、渗流解法简述 399
第四节 一维恒定渐变渗流 400
一、一维恒定渐变渗流的一般公式 400
二、地下明槽渐变渗流 401
三、井及井群 405
第五节 均质土坝的渗流 410
二、下游段(CIE)的计算 411
一、上游段(AA′B′IC)的计算 411
三、浸润线 412
第六节 水工建筑物透水地基中的渗流 412
一、流网法 413
二、数解法 416
第七节 水电比拟法 420
一、水电比拟法的原理 420
二、水电比拟法的设备和试验方法 421
习题 422
一、雷诺时均运算法则 426
第一节 紊流的基本方程 426
第十二章 紊动射流和紊动扩散 426
二、紊流的连续性方程 427
三、紊流的运动方程 427
第二节 平面紊动射流和圆形紊动射流 429
一、紊动射流的一般特性 430
二、平面紊动射流的积分解 433
三、圆形紊动射流的积分解 435
四、圆形射流的相似解 437
五、平面射流的相似解 441
一、羽流的两个不变量 444
第三节 圆形羽流和平面羽流 444
二、点源羽流和平面羽流的积分解 445
第四节 分子扩散与紊动扩散 451
一、分子扩散方程 452
二、分子扩散方程的若干解析解 453
三、随流扩散 460
四、紊动扩散 462
习题 466
参考文献 468
附录 469