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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