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