一、課程性質(zhì)及其設(shè)置目的與要求

　　水力學(xué)課程是江蘇省高等教育自學(xué)考試建筑工程專業(yè)（獨立本科段）的必修課程，是為培養(yǎng)和檢驗應(yīng)考者有關(guān)液體基本物理特性、水靜力學(xué)、水動力學(xué)基本概念、基本理論及其在工程中實際應(yīng)用技能而設(shè)置的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。

　　水力學(xué)是建筑工程專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，它的任務(wù)是研究液體（主要是水）的平衡和機械運動規(guī)律及其實際應(yīng)用。水力學(xué)所研究的基本規(guī)律，一是關(guān)于液體平衡的規(guī)律，即液體處于靜止或相對平衡狀態(tài)時，作用于液體上各種力之間的關(guān)系；二是關(guān)于液體運動的規(guī)律，即液體在運動狀態(tài)時，作用于液體上的力與運動要素之間的關(guān)系及液體的運動特性與能量轉(zhuǎn)換關(guān)系等。因研究液體平衡和機械運動規(guī)律時，要應(yīng)用有關(guān)力學(xué)系平衡定理、動量定理、動能定理等，所以物理學(xué)、理論力學(xué)及高等數(shù)學(xué)的知識是學(xué)習(xí)水力學(xué)課程的必要基礎(chǔ)。

　　設(shè)置本課程的目的要求是：使應(yīng)考者掌握水的平衡和水流運動的一般規(guī)律及有關(guān)基礎(chǔ)理論，流動阻力和水頭損失以及有壓管道流動，明渠水流和滲流的基本概念、基本理論和計算方法，同時掌握一定的試驗技術(shù)和操作技能，為學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程和從事專業(yè)技術(shù)工作及科學(xué)研究打下基礎(chǔ)。

　　二、考核目標(biāo)

　　緒 論

　　考核要求：

　　（一）水力學(xué)的任務(wù)及研究對象

　　1、理解：水力學(xué)課程的性質(zhì)、任務(wù)和研究對象。

　　（二）液體的主要物理性質(zhì)

　　1、理解：液體的基本物理性質(zhì)，如慣性、質(zhì)量與密度，萬有引力特性與重力，壓縮性與壓縮率，表面張力。

　　2、掌握：液體粘滯性的定義，牛頓內(nèi)摩擦定律，動力粘度與運動粘度。

　　3、應(yīng)用：利用牛頓內(nèi)摩擦定律計算液體的切應(yīng)力等。

　　（三）連續(xù)介質(zhì)與理想液體的概念

　　1、理解：連續(xù)介質(zhì)與理想液體的概念

　　（四）作用于液體上的力

　　1、理解：按力的物理性質(zhì)分類及按力的作用特點分類

　　2、掌握：表面力和質(zhì)量力的基本特性及度量。

　　第一章 水靜力學(xué)

　　考核要求：

　　（一）靜水壓強及其特性

　　1、理解：靜水壓力與靜水壓強概念及單位。

　　2、掌握：靜水壓強的兩個主要特性。

　　（二）液體平衡微分方程式及其積分

　　1、理解：液體平衡微分方程的作用及其推導(dǎo)。

　　2、掌握：液體平衡微分方程及其物理意義。

　　（三）等壓面

　　1、理解：等壓面定義。

　　2、掌握：等壓面的兩個重要性質(zhì)。

　　（四）重力作用下靜水壓強的基本公式

　　1、理解：靜止液體概念。

　　2、掌握：靜水壓強基本公式及其物理意義，連通容器內(nèi)等壓面的分析。

　　3、應(yīng)用：利用靜水壓強基本公式進行壓強計算。

　　（五）幾種質(zhì)量力同時作用下的液體平衡

　　1、理解：相對平衡概念，幾種質(zhì)量力同時作用下的液體平衡分析方法。

　　（六）絕對壓強，相對壓強，真空度

　　1、理解：絕對壓強，相對壓強，真空及真空度概念。

　　2、掌握：各種壓強的表示及相互換算關(guān)系。

　　3、應(yīng)用：分析計算各種壓強問題。

　　（七）壓強的測量

　　1、理解：壓強測量的水力學(xué)原理。

　　2、掌握：測壓管、U形測壓計和差壓計原理及其使用方法和計算公式。

　　3、應(yīng)用：利用各種測壓方法進行壓強、壓差的量測計算。

　　（八）壓強的液柱表示法，水頭與單位勢能

　　1、理解：壓強的各種單位表示，水頭和單位勢能概念。

　　2、掌握：壓強的各種單位之間的換算。

　　（九）作用于平面上的靜水總壓力

　　1、理解：靜水壓強與靜水總壓力概念。

　　2、掌握：靜水壓強分布圖的繪制，作用于矩形平面和任意平面上的靜水總壓力和壓力中心位置的計算。

　　3、應(yīng)用：計算作用于平面上的靜水總壓力及壓力中心位置。

　　（十）作用于曲面上的靜水總壓力

　　1、理解：作用于曲面上的靜水壓強分布圖，靜水總壓力的分解。

　　2、掌握：水平分力計算，壓力體的繪制，垂直分力計算和方向確定。

　　3、應(yīng)用：確定作用在曲面上的靜水總壓力的大小和方向。

　　第二章 液體運動的流束理論

　　考核要求：

　　（一）描述液體運動的兩種方法

　　1、理解：描述液體運動的兩種方法的特點及其優(yōu)缺點。

　　（二）恒定流與非恒定流

　　1、理解：恒定流與非恒定流概念及數(shù)學(xué)表示。

　　（三）跡線與流線

　　1、理解：跡線與流線的定義。

　　2、掌握：流線的特性。

　　（四）流管、微小流束、總流，過水?dāng)嗝妗⒘髁颗c斷面平均流速

　　1、理解：流管、微小流束、總流，過水?dāng)嗝妗⒘髁颗c斷面平均流速概念。

　　2、掌握：流量與斷面平均流速的計算。

　　（五）一元流、二元流、三元流

　　1、理解：一元流、二元流、三元流概念

　　（六）恒定一元流的連續(xù)性方程

　　1、理解：液體運動質(zhì)量守恒規(guī)律。

　　2、掌握：連續(xù)性方程式及其物理意義。

　　3、應(yīng)用：利用連續(xù)性方程式計算斷面平均流速。

　　（七）理想液體及實際液體恒定流微小流束的能量方程式

　　1、理解：理想液體與實際液體概念，液體運動能量守恒規(guī)律。

　　2、掌握：理想和實際液體元流能量方程式及其物理意義。

　　（八）均勻流與非均勻流，非均勻漸變流與急變流

　　1、理解：均勻流與非均勻流，非均勻漸變流與急變流概念。

　　2、掌握：均勻流具有的特性，均勻流和非均勻漸變流過水?dāng)嗝嫔蟿铀畨簭姷姆植家?guī)律。

　　3、應(yīng)用：對均勻流和非均勻漸變流過水?dāng)嗝嫔系膭铀倝毫M行計算。

　　（九）實際液體恒定總流的能量方程式及其應(yīng)用

　　1、理解：實際液體恒定總流能量方程式的推導(dǎo)，能量方程式的幾何表示。

　　2、掌握：實際液體恒定總流的能量方程式及其物理意義，能量方程應(yīng)用條件及注意點，畢托管、文丘利流量計原理及計算公式。

　　3、應(yīng)用：應(yīng)用能量方程式解決各種實際水力計算問題。

　　（十）實際液體恒定總流的動量方程式及其應(yīng)用

　　1、理解：質(zhì)點系運動動量定律，動量方程推導(dǎo)過程。

　　2、掌握：動量方程式及其物理意義，應(yīng)用動量方程式的條件及注意點。

　　3、應(yīng)用：應(yīng)用動量方程式求解水流對各種固體邊界的作用力。

　　第三章 液流型態(tài)及水頭損失

　　考核要求：

　　（一）水頭損失的物理概念及其分類

　　1、理解：水頭損失產(chǎn)生機理，沿程水頭損失和局部水頭損失概念。

　　（二）均勻流沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系

　　1、理解：均勻流沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系式的推導(dǎo)及物理意義。

　　2、掌握：計算均勻流沿程水頭損失的基本公式——達西公式。

　　3、應(yīng)用：應(yīng)用達西公式計算水頭損失。

　　（三）液體運動的兩種型態(tài)

　　1、理解：層流和紊流概念，紊流形成過程。

　　2、掌握：層流和紊流的判別，液流型態(tài)和水頭損失的關(guān)系。

　　3、應(yīng)用：通過計算雷諾數(shù)判別液流型態(tài)。

　　（四）圓管中的層流運動及其水頭損失的計算

　　1、理解：圓管中的層流特性，流速分布規(guī)律。

　　2、掌握：圓管層流水頭損失計算公式、沿程阻力系數(shù)和雷諾數(shù)的關(guān)系。

　　3、應(yīng)用：圓管層流沿程水頭損失計算。

　　（五）紊流及其特征

　　1、理解：紊流的基本特征，紊流運動要素的瞬時值、脈動值和時均值概念，附加切應(yīng)力和粘性底層概念。

　　（六）沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律

　　1、理解：沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律及其物理意義，光滑區(qū)、過渡粗糙區(qū)及粗糙區(qū)概念。

　　2、掌握：不同區(qū)域沿程阻力系數(shù)和雷諾數(shù)、相對粗糙度的關(guān)系及其原因。

　　3、應(yīng)用：利用相應(yīng)的經(jīng)驗公式或查莫迪圖求解阻力系數(shù)。

　　（七）計算沿程水頭損失的經(jīng)驗公式——謝才公式

　　1、理解：謝才公式的提出及其應(yīng)用范圍。

　　2、掌握：謝才公式及其物理意義，謝才系數(shù)計算公式及謝才系數(shù)和沿程阻力系數(shù)的關(guān)系。

　　（八）局部水頭損失

　　1、理解：局部水頭損失概念及產(chǎn)生機理。

　　2、掌握：局部水頭損失的表示，進、出口局部水頭損失系數(shù)值。

　　第四章 有壓管中的恒定流

　　考核要求：

　　（一）簡單管道的水力計算1、理解：簡單管道概念，自由出流和淹沒出流概念，簡單管道水力計算的基本類型。

　　2、掌握：簡單管道水力計算基本公式及其物理意義。

　　3、應(yīng)用：各種類型簡單管道水力計算，虹吸管及水泵裝置的水力計算。

　　（二）串聯(lián)管道的水力計算

　　1、理解：串聯(lián)管道定義及其特點，長管概念。

　　（三）并聯(lián)管道的水力計算

　　1、理解：并聯(lián)管道定義及其特點。

　　（四）分叉管道的水力計算

　　1、理解：分叉管道概念及其特性。

　　第五章 明渠水流

　　考核要求：

　　（一）明渠的類型及其對水流運動的影響

　　1、理解：明渠的橫斷面及其斷面水力要素，明渠的底坡，明渠的分類。

　　2、掌握：明渠斷面水力要素的物理意義及其計算公式。

　　（二）明渠均勻流的特性及其產(chǎn)生條件

　　1、理解：明渠均勻流的產(chǎn)生。

　　2、掌握：明渠均勻流的特性及其產(chǎn)生條件。

　　（三）明渠均勻流的水力計算

　　1、理解：明渠均勻流的水力計算類型。

　　2、掌握：明渠均勻流水力計算公式及其物理意義，矩形、梯形明渠均勻流各種水力計算類型的計算方法。

　　（四）水力更佳斷面及允許流速

　　1、理解：水力更佳斷面及允許流速概念。

　　（五）明渠水流的三種流態(tài)

　　1、理解：明渠水流的三種流態(tài)，斷面比能與臨界水深概念，臨界底坡、緩坡與陡坡概念。

　　2、掌握：明渠流態(tài)的判別方法，斷面比能曲線及其物理意義，矩形斷面臨界水深的計算。

　　（六）水躍

　　1、理解：水躍定義，躍前斷面、躍后斷面、躍高及躍長概念，棱柱體水平明渠水躍方程，共軛水深概念。

　　第六章 有壓管中的非恒定流

　　考核要求：

　　（一）閥門突然關(guān)閉時有壓管道中的水擊

　　1、理解：閥門逐漸關(guān)閉時有壓管道中的水擊現(xiàn)象，水擊物理過程的四個階段，水擊的相和周期，水擊過程中斷面壓強變化規(guī)律。

　　2、掌握：水擊過程的運動特征，相和周期的計算，波速及水擊壓強的計算。

　　3、應(yīng)用：分析和計算閥門突然關(guān)閉時有壓管道中的水擊。

　　（二）閥門逐漸關(guān)閉時有壓管道中的水擊

　　1、理解：閥門逐漸關(guān)閉時有壓管道中的水擊的特點，閥門關(guān)閉時間不同對水擊的影響，直接水擊與間接水擊概念。

　　2、掌握：閥門關(guān)閉時間和相長相對大小對閥門斷面水擊壓強的影響及閥門斷面水擊壓強的計算。

　　3、應(yīng)用：減小有壓管中的水擊壓強宜采用的各種工程措施。

　　第七章 液體運動的流場理論

　　考核要求：

　　（一）流速、加速度

　　1、理解：液體質(zhì)點的流速、加速度空間分布的數(shù)學(xué)表達。

　　（二）流線、跡線及其微分方程

　　1、理解：流線、跡線概念及其微方程。

　　（三）液體質(zhì)點運動的基本形式

　　1、理解：液體運動特點，液體質(zhì)點各種基本運動形式。

　　2、掌握：液體質(zhì)點角變形速度和旋轉(zhuǎn)角速度表達式。

　　（四）無渦流與有渦流

　　1、理解：無渦流與有渦流（有勢流與無勢流）概念。

　　2、掌握：由已知流場分析液體運動特征。

　　（五）液體運動的連續(xù)性方程式

　　1、理解：液體運動的質(zhì)量守恒定律。

　　2、掌握：連續(xù)性方程式及其物理意義。

　　（六）實際液體運動微分方程式

　　1、理解：實際液體運動微分方程式的物理意義。

　　第八章 恒定平面勢流

　　考核要求：

　　（一）恒定平面勢流的流速勢及流函數(shù)

　　1、理解：流函數(shù)及其特性，流速勢及等勢線，流函數(shù)與流速勢的關(guān)系。

　　2、掌握：平面勢流連續(xù)性方程，平面勢流及流函數(shù)的性質(zhì)，流函數(shù)與勢函數(shù)的共軛函數(shù)關(guān)系。

　　（二）基本平面勢流及其疊加

　　1、 理解：勢流疊加概念。

　　第九章 滲流

　　考核要求：

　　（一）滲流的基本概念

　　1、理解：水在土壤中的存在形式，土壤的滲流特性和滲流模型，滲流類型。

　　2、掌握：滲流流速計算式及滲流流速和真實流速的關(guān)系，以滲流模型取代真實滲流必須滿足的原則。

　　（二）滲流的基本定律——達西定律

　　1、理解：達西實驗及達西定律的推導(dǎo)，達西定律的運用條件，滲透系數(shù)概念。

　　2、掌握：達西定律及其物理意義。

　　（三）地下河槽中恒定均勻滲流和非均勻滲流

　　1、理解：地下河槽中的均勻流概念，非均勻漸變滲流基本公式，浸潤面和浸潤曲線概念。

　　2、掌握：均勻滲流計算公式，杜比公式及其物理意義。

　　（四）普通井及井群的計算

　　1、理解：普通井概念，普通完全井與不完全井概念，井群概念。

　　實驗內(nèi)容及要求

　　一、 實驗室認(rèn)識實習(xí)

　　要求：參觀和了解水力學(xué)實驗室的布置，循環(huán)系統(tǒng)及主要設(shè)備。

　　二、 靜水壓強的測定

　　要求：掌握液體靜水壓強的測量，驗證靜水中測壓管水頭為常數(shù)。

　　三、 能量方程（伯努利方程）式驗證實驗

　　要求：通過實驗對能量方程式有更進一步地理解。

　　四、 文德利量水計實驗

　　要求：通過實驗掌握文德利流量計的使用方法及注意事項，掌握流量計算公式及流量系數(shù)的測定方法。

　　五、 雷諾實驗

　　要求：觀察水流由層流到紊流、由紊流到層流的變化過程，計算臨界雷諾數(shù)。

　　六、 沿程水頭損失和局部水頭損失實驗

　　要求：掌握沿程水頭損失和局部水頭損失的測量方法及沿程水頭損失系數(shù)和局部水頭損失系數(shù)的測定方法。

　　三、有關(guān)說明和實施要求

　　為了使本大綱的規(guī)定在個人自學(xué)、社會助學(xué)和考試命題中得到貫徹和落實，茲對有關(guān)問題說明如下：并進而提出實施要求。

　　（一）關(guān)于考核目標(biāo)的說明

　　為使考試內(nèi)容具體化和考試要求標(biāo)準(zhǔn)化，本大綱對各章規(guī)定了考核目標(biāo)，使自學(xué)應(yīng)考者能夠進一步明確考試內(nèi)容和要求，更有目的地系統(tǒng)學(xué)習(xí)教材，使社會助學(xué)者能夠更全面地針對性地分層次進行輔導(dǎo)；使考試命題能夠更加明確命題范圍，更準(zhǔn)確地安排試題的知識能力層次和難易度。

　　本大綱在考核目標(biāo)中，按照理解、掌握、應(yīng)用三個層次規(guī)定應(yīng)達到的能力層次要求。三個層次是遞進等級關(guān)系。各能力層次的含義是：

　　理解：能知道有關(guān)定義、概念、知識的意義，并能正確理解和表述。

　　掌握：在理解的基礎(chǔ)上，能全面把握基本概念和基本方法，能掌握有關(guān)定理、定律、方程及公式的應(yīng)用，并內(nèi)化為自己解決實際問題的能力。

　　應(yīng)用：在理解的基礎(chǔ)上，能對具體工程問題進行正確地闡述和分析，并運用所掌握的知識處理和解決實際問題。

　　（二）關(guān)于自學(xué)教材

　　本課程使用教材為：《水力學(xué)》，吳持恭主編，2003年，高等教育出版社。

　　（三）自學(xué)方法指導(dǎo)

　　在全面系統(tǒng)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上掌握基本概念、基本知識、基本理論和基本方法。本課程內(nèi)容涉及水力學(xué)的諸多方面，知識范圍廣泛，全書是一個整體，各章又有一定的獨立性，在理解基本概念、基本知識、基本理論和基本方法的基礎(chǔ)上，有目的重點學(xué)習(xí)重點章節(jié)，重點掌握各章節(jié)要求掌握的內(nèi)容，并注意各章之間的聯(lián)系，切忌在沒有了解全貌的情況下孤立地支抓重點。

　　根據(jù)本課程的特點，要把學(xué)習(xí)基本理論和靈活應(yīng)用結(jié)合起來。因為水力學(xué)課程的基本概念、基本理論、基本方程及計算公式較多，要完全掌握光靠死記硬背不行，而應(yīng)在充分理解的基礎(chǔ)上，掌握主要的理論，基本方程及計算公式，通過分析、求解具體問題將所學(xué)知識應(yīng)用于實際，從而加深對基本概念、基本理論的理解，更深刻代領(lǐng)會教材內(nèi)容，提高分析問題和解決問題的能力。

　　（四）對社會助學(xué)的要求

　　1、社會助學(xué)者應(yīng)根據(jù)大綱規(guī)定的考試內(nèi)容和考核目標(biāo)，認(rèn)真鉆研指定教材，明確本課程與其它課程不同的特點和學(xué)習(xí)要求，對自學(xué)應(yīng)考者進行切實有效的輔導(dǎo)，引導(dǎo)他們防止自學(xué)中的各種偏向，把握社會助學(xué)的正確導(dǎo)向。

　　2、要正確處理基本知識和應(yīng)用能力的關(guān)系，努力引導(dǎo)自學(xué)應(yīng)考者將理解、掌握同應(yīng)用聯(lián)系起來，把基本知識轉(zhuǎn)化為解決實際問題的能力，在全面輔導(dǎo)的基礎(chǔ)上，著重培養(yǎng)和提高自學(xué)應(yīng)考者分析問題和解決問題的能力。

　　3、要正確處理重點和一般的關(guān)系，課程內(nèi)容有重點與一般之分，但考試內(nèi)容是全面的，而且重點與一般是相互聯(lián)系的，不是截然分開的。社會助學(xué)者應(yīng)指導(dǎo)自學(xué)應(yīng)考者全面系統(tǒng)地學(xué)習(xí)教材，掌握全部考試內(nèi)容和考核知識點，在此基礎(chǔ)上再突出重點。總之，要把重點學(xué)習(xí)同兼顧一般結(jié)合起來，切勿孤立地抓重點，把自學(xué)應(yīng)考者引向猜題模擬題。

　　（五）關(guān)于命題考試的若干要求

　　1、本課程的命題考試，應(yīng)根據(jù)本大綱所規(guī)定的考試內(nèi)容和考試目標(biāo)來確定考試范圍和考核要求，不要任意擴大和縮小考試范圍，提高或降低考核要求。考試命題覆蓋到各章，并適當(dāng)突出重點章節(jié)，體現(xiàn)課程的重點內(nèi)容。

　　2、試題要合理安排難度結(jié)構(gòu)。試題難易度可分為易、較易、較難、難四個等級。每份試卷中，不同難易試題的分?jǐn)?shù)比例一般為易占20%，較易占30%，較難占30%，難占20%.必須注意，試題的難易度與能力層次不是一個概念，在各能力層次中都會存在不同難度的問題，切勿混淆。

　　3、本課程考試試卷采用的題型一般有：問答題、填空題、選擇題、計算題等。

　　附錄  題型示例

　　一、 單項選擇題

　　1.雷諾試驗揭示的液流具有的兩種流態(tài)是（ A ）

　　A.層流與紊流   B.均勻流與非均勻流   C.漸變流與急變流    D.急流與緩流

　　2.液體中某點的絕對壓強為40kN/m2（當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?8 kN/m2），則該點的真空度為（ B ）

　　A.-58 kN/m2    B.58 kN/m2    C.40kN/m2     D.-40 kN/m2

　　二、填空題

　　1.水力坡度是指單位流程上的                   .

　　2.紊流粗糙區(qū)的沿程水頭損失系數(shù)λ與                 有關(guān)。

　　三、簡答題

　　1. 什么是液體的粘滯性和粘滯力？

　　答：運動狀態(tài)下的液體將在質(zhì)點間產(chǎn)生內(nèi)摩擦力以抵抗其相對運動，這種性質(zhì)稱為液體的粘滯性，該內(nèi)摩擦力稱為粘滯力。

　　2. 為什么說只有在正坡渠道中才能產(chǎn)生明渠均勻流？

　　答：因明渠均勻流時水流中摩阻力與水流重力在流動方向的分力平衡，即GSinθ=Ff，其中θ為渠底線與水平線的夾角，G為重力，F(xiàn)f為摩阻力。因摩阻力始終和運動方向相反，式中Ff始終為正，而Sinθ可正可負(fù)，但要使等式成立，只有Sinθ>0（G和Ff均大于零），也就是只有正坡渠道（i=Sinθ>0）才能滿足明渠均勻流時的平衡條件，所以說只有在正坡渠道中才能產(chǎn)生均勻流。

　　四、計算題

　　1.一水箱，下接一長L=100m，管徑d=0.5m的管道，如圖所示。管道入口邊緣是尖銳的，ζ1=0.5；沿程有90°的急彎一只，ζ2=1.0；出口處有平板閘門，ζ3=5.52；管道的沿程水頭損失系數(shù)λ=0.02（以上各系數(shù)均對應(yīng)于管中流速水頭V2/2g）。水流為恒定流，流量Q=0.2m3/s時，忽略水箱中斷面的流速水頭，問水頭H應(yīng)為多少？

　　解：

　　以管道出口形心點所在的面為高程基準(zhǔn)面，對1-1、2-2斷面列能量方程式：

　　又因

　　答：水頭應(yīng)為0.64m.

　　2.如圖所示，在直徑d1 ＝ 10cm的園管末端裝一出口直徑d2 ＝ 5cm的管嘴，園管中水流流速v1＝3m/s，若不計水頭損失和管嘴重量，求螺栓群所受的力。

　　解：取脫離體，設(shè)管道對水體的反作用力為FR，方向如圖。

　　依連續(xù)性方程式得：    ，

　　依能量方程式：    得：

　　沿X方向列動量方程式：    得：

　　所以螺栓群所受的力為0.318KN，方向向右。

江蘇省教育考試院