水力學(xué)（第2版）

本書主要作為高等院校水利、土建類專業(yè)的大學(xué)本科教學(xué)用書，也可作為從事水力學(xué)工作的工程技術(shù)人員參考用書。

第1章 緒論

1.1 水力學(xué)的定義、任務(wù)和發(fā)展簡史1

1.2 液體的連續(xù)介質(zhì)模型3

1.3 液體的主要物理性質(zhì)3

1.3.1 質(zhì)量和重量4

1.3.2 黏滯性5

1.3.3 壓縮性8

1.3.4 表面張力9

1.3.5 汽化壓強10

1.4 作用于液體的力10

1.4.1 表面力10

1.4.2 質(zhì)量力11

思考題11

習(xí)題12

第2章 水靜力學(xué)

2.1 概述14

2.2 靜水壓強及其特性14

2.2.1 靜水壓強的定義14

2.2.2 靜水壓強的特性15

2.3 液體平衡微分方程及其積分17

2.3.1 液體平衡微分方程17

2.3.2 液體平衡微分方程的積分18

2.3.3 等壓面特性18

2.4 重力作用下靜水壓強的分布規(guī)律19

2.4.1 水靜力學(xué)基本方程19

2.4.2 絕對壓強、相對壓強，真空202.4.3 水頭與單位能量21

2.4.4 等壓面的應(yīng)用22

2.4.5 靜水壓強分布圖24

2.5 重力和慣性力同時作用下的液體平衡25

2.6 作用于平面上的靜水總壓力28

2.6.1 解析法28

2.6.2 矩形平面靜水壓力--壓力圖法31

2.7 作用于曲面上的靜水總壓力33

2.7.1 靜水總壓力的大小33

2.7.2 靜水總壓力的方向35

2.7.3 靜水總壓力的作用點35

思考題37

習(xí)題38

目錄目錄

第3章 液體一元恒定總流基本原理

3.1 概述42

3.2 描述液體運動的兩種方法42

3.2.1 拉格朗日法42

3.2.2 歐拉法44

3.3 液體運動的幾個基本概念45

3.3.1 恒定流與非恒定流45

3.3.2 一元流、二元流與三元流46

3.3.3 流線與跡線46

3.3.4 流管、元流、總流、過水?dāng)嗝?7

3.3.5 流量與斷面平均流速47

3.3.6 均勻流和非均勻流48

3.3.7 漸變流與急變流49

3.3.8 系統(tǒng)和控制體50

3.4 恒定流動的連續(xù)方程51

3.5 恒定元流的能量方程52

3.5.1 理想液體恒定元流的能量方程52

3.5.2 伯努利方程的能量意義和幾何意義54

3.5.3 實際液體恒定元流的能量方程55

3.6 實際液體恒定總流能量方程56

3.7 恒定總流動量方程62

3.8 空化與空蝕的概念67

思考題67

習(xí)題68

第4章 層流和紊流、液流阻力和水頭損失

4.1 概述71

4.2 水頭損失的分類71

4.3 液體運動的兩種流態(tài)--層流和紊流72

4.3.1 雷諾試驗72

4.3.2 沿程損失hf和平均流速v的關(guān)系73

4.3.3 流態(tài)的判別--雷諾(Reynolds)數(shù)75

4.4 均勻流基本方程77

4.4.1 切應(yīng)力與沿程損失的關(guān)系77

4.4.2 切應(yīng)力的分布79

4.5 層流運動80

4.5.1 圓管均勻?qū)恿?0

4.5.2 二元明渠均勻?qū)恿?3

4.6 沿程水頭損失的一般公式86

4.7 紊流概述86

4.7.1 紊流的脈動現(xiàn)象和時均概念87

4.7.2 紊流切應(yīng)力89

4.7.3 紊流的黏性底層91

4.7.4 紊流的水力光滑面、水力過渡粗糙面和水力粗糙面92

4.8 紊流的流速分布93

4.8.1 對數(shù)流速分布94

4.8.2 指數(shù)流速分布96

4.8.3 黏性底層的厚度98

4.9 沿程水頭損失系數(shù)λ的試驗研究--尼古拉茲試驗101

4.9.1 人工粗糙管沿程水頭損失系數(shù)λ的試驗研究

--尼古拉茲試驗101

4.9.2 實用管道沿程水頭損失系數(shù)λ的試驗研究104

4.10 謝才公式108

4.11 局部水頭損失111

思考題116

習(xí)題116

第5章 液體三元流動基本原理

5.1 概述119

5.2 流線與跡線微分方程119

5.2.1 流線微分方程119

5.2.2 跡線微分方程120

5.3 液體三元流動的連續(xù)性方程120

5.4 液體微團運動的基本形式121

5.4.1 液體微團運動形式分析122

5.4.2 液體微團速度分解定理123

5.5 有旋運動簡介125

5.6 液體恒定平面勢流128

5.6.1 流速勢函數(shù)128

5.6.2 流函數(shù)129

5.6.3 流網(wǎng)及其性質(zhì)131

5.6.4 基本平面勢流134

5.7 液體運動微分方程136

5.7.1 液體中一點處的應(yīng)力狀態(tài)137

5.7.2 本構(gòu)方程-應(yīng)力與變形率的關(guān)系137

5.7.3 應(yīng)力形式的運動微分方程138

5.7.4 運動微分方程--納維-斯托克斯方程139

5.7.5 紊流時均運動微分方程--雷諾方程140

5.7.6 邊界層簡介142

思考題143

習(xí)題143

第6章 有壓管流

145

6.1 概述145

6.2 短管的水力計算146

6.2.1 自由出流146

6.2.2 淹沒出流147

6.2.3 總水頭線和測壓管水頭線的繪制148

6.2.4 短管水力計算舉例149

6.3 長管的水力計算153

6.3.1 簡單管道的水力計算153

6.3.2 串聯(lián)管道的水力計算155

6.3.3 并聯(lián)管道的水力計算156

6.3.4 沿程均勻泄流管道的水力計算156

6.3.5 管網(wǎng)水力計算基礎(chǔ)159

6.4 有壓管路中的水擊161

6.4.1 水擊波的傳播過程161

6.4.2 直接水擊與間接水擊163

6.4.3 水擊壓強的計算164

思考題166

習(xí)題166

第7章 明渠均勻流

7.1 概述170

7.1.1 明渠的底坡170

7.1.2 明渠的橫斷面171

7.2 明渠均勻流的特性和形成條件173

7.2.1 明渠均勻流的特性173

7.2.2 明渠均勻流產(chǎn)生的條件174

7.3 明渠均勻流的水力計算174

7.3.1 明渠均勻流的計算公式174

7.3.2 明渠均勻流水力計算三類基本問題177

7.3.3 明渠均勻流水力計算的其他問題180

思考題187

習(xí)題187

第8章 明渠非均勻流

8.1 概述189

8.2 明渠水流的流態(tài)190

8.2.1 緩流、臨界流和急流190

8.2.2 明渠中干擾微波的波速191

8.3 斷面單位能量，臨界水深，臨界底坡193

8.3.1 斷面單位能量193

8.3.2 Es與h的關(guān)系(流量一定的條件下)195

8.3.3 臨界水深及其計算195

8.3.4 臨界底坡198

8.4 兩種流態(tài)的轉(zhuǎn)換--水躍與水跌199

8.4.1 水躍199

8.4.2 水跌207

8.5 棱柱體明渠水面曲線微分方程209

8.6 棱柱體明渠水面曲線形狀分析210

8.6.1 水面曲線的類型211

8.6.2 水面曲線的定性分析212

8.6.3 10條水面曲線的共同規(guī)律及控制斷面與控制水深的選取215

8.7 明渠水面曲線計算216

8.8 天然河道水面曲線計算222

8.8.1 水面曲線計算公式222

8.8.2 水面曲線計算方法223

8.9 明渠彎段水流230

8.9.1 橫向水面超高231

8.9.2 斷面環(huán)流成因分析232

8.9.3 彎段水流的能量損失232

8.10 明渠非恒定流233

8.10.1 明渠非恒定流概念233

8.10.2 明渠非恒定漸變流動的基本方程235

8.10.3 明渠非恒定漸變流計算方法簡介239

思考題240

習(xí)題241

第9章 堰流和閘孔出流

9.1 概述243

9.2 堰的分類244

9.2.1 薄壁堰244

9.2.2 實用堰245

9.2.3 寬頂堰245

9.3 堰流的基本公式246

9.4 薄壁堰248

9.4.1 矩形薄壁堰248

9.4.2 三角形薄壁堰251

9.5 實用堰251

9.5.1 曲線型剖面實用堰251

9.5.2 折線型實用堰255

9.6 寬頂堰259

9.6.1 寬頂堰的流量公式259

9.6.2 寬頂堰的堰頂水深260

9.6.3 流量系數(shù)261

9.6.4 側(cè)收縮系數(shù)262

9.6.5 淹沒系數(shù)263

9.7 閘孔出流265

9.7.1 堰流與孔流的界限266

9.7.2 寬頂堰上的閘孔出流267

9.7.3 實用堰上的閘孔出流269

9.8 水工建筑物測流簡介271

思考題273

習(xí)題274

第10章 泄水建筑物下游水流的銜接與消能

10.1 概述277

10.2 底流式銜接與消能277

10.2.1 收縮斷面水深的計算278

10.2.2 消能工的水力計算280

10.3 挑流式銜接與消能288

10.3.1 挑距的計算289

10.3.2 挑角θ291

10.3.3 反弧半徑R291

10.3.4 挑坎高程的確定291

10.3.5 挑流沖刷坑的估算292

10.4 面流銜接與消能292

10.4.1 面流型的銜接形式292

10.4.2 消力戽消能294

思考題296

習(xí)題297

第11章 滲流

11.1 概述299

11.2 滲流的幾個基本概念299

11.2.1 水在土壤中的形態(tài)299

11.2.2 土壤的滲透特性300

11.2.3 滲流模型300

11.3 滲流的基本定律301

11.3.1 達西試驗和達西定律302

11.3.2 達西定律的適用范圍303

11.3.3 滲透系數(shù)及其確定方法304

11.4 恒定無壓滲流305

11.4.1 無壓恒定均勻滲流305

11.4.2 無壓恒定漸變滲流306

11.4.3 無壓漸變滲流的微分方程307

11.4.4 漸變滲流浸潤線的分析和計算307

11.5 井的滲流313

11.5.1 普通完整井313

11.5.2 承壓完整井314

11.5.3 井群315

11.6 土壩滲流317

11.6.1 前段的計算318

11.6.2 后段的計算318

11.6.3 計算浸潤線319

11.7 滲流的基本微分方程320

11.7.1 滲流的連續(xù)性方程320

11.7.2 滲流的運動方程320

11.7.3 滲流的流速勢函數(shù)321

11.7.4 滲流問題解法概述321

11.8 恒定平面滲流的流網(wǎng)解法322

11.8.1 恒定平面滲流流網(wǎng)的繪制322

11.8.2 應(yīng)用流網(wǎng)進行滲流計算324

思考題327

習(xí)題327

第12章 污染物的輸運和擴散

12.1 概述329

12.2 污染物輸運和擴散的數(shù)學(xué)方程330

12.2.1 一維輸運-擴散方程330

12.2.2 平面二維輸運-擴散方程332

12.3 一維擴散過程的解334

12.3.1 無限長渠道中瞬時點源的擴散334

12.3.2 半無限長渠道中瞬時點源的擴散335

12.3.3 無限長渠道中區(qū)域濃度的擴散336

12.3.4 半無限長渠道中連續(xù)點源的擴散337

12.4 二維擴散過程的解338

12.5 均勻流條件下一維隨流-擴散方程的解339

12.5.1 均勻流條件下瞬時點源的隨流-擴散339

12.5.2 無限長渠道中區(qū)域濃度的隨流-擴散341

12.5.3 半無限長渠道中連續(xù)點源的隨流-擴散342

12.6 均勻流條件下二維隨流-擴散方程的解342

12.7 存在化學(xué)反應(yīng)的一維隨流-擴散方程的解342

12.8 擴散系數(shù)的分析與估算343

思考題345

習(xí)題345

第13章 水力相似與模型試驗基本原理

13.1 概述347

13.2 量綱分析基本原理348

13.2.1 量綱與單位、基本量綱和誘導(dǎo)量綱348

13.2.2 無量綱數(shù)(量綱為一的量)349

13.2.3 量綱和諧原理350

13.2.4 量綱分析法350

13.3 水力相似基本原理355

13.3.1 比尺、基本比尺、導(dǎo)出比尺355

13.3.2 力學(xué)相似、幾何相似、運動相似和動力相似355

13.3.3 牛頓相似定律356

13.3.4 相似準(zhǔn)則357

13.4 相似準(zhǔn)則的應(yīng)用及水力模型設(shè)計362

13.4.1 相似準(zhǔn)則的應(yīng)用及模型比尺換算362

13.4.2 水力模型設(shè)計的限制條件365

13.5 水力模型的分類368

13.5.1 按模型模擬的范圍分類368

13.5.2 按床面的性質(zhì)分類369

13.5.3 按模型的幾何相似性分類369

思考題370

習(xí)題370

習(xí)題答案372

參考文獻3782100433B

本書按照教育部高教司制定的水力學(xué)課程教學(xué)基本要求編寫。共分13章：緒論，水靜力學(xué)，液體一元恒定總流基本原理，層流和紊流、液流阻力和水頭損失，液體三元流動基本原理，有壓管流，明渠均勻流，明渠非均勻流，堰流和閘孔出流，泄水建筑物下游水流的銜接與消能，滲流，污染物的輸運和擴散，水力相似與模型試驗基本原理。

本書是依據(jù)多年的教學(xué)實踐，并廣泛吸取國內(nèi)外教材之優(yōu)點而編寫的。在內(nèi)容安排上，著重分析水流現(xiàn)象，揭示水流內(nèi)在規(guī)律； 以水力學(xué)的基本概念、基本原理為主，避免繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，著重物理概念的闡述，對過于繁瑣的計算重點介紹計算方法，引導(dǎo)學(xué)生用計算機來完成計算； 力求與水利、土建工程實際相結(jié)合，并注重與其他學(xué)科更好的結(jié)合，對推動水力學(xué)的學(xué)科發(fā)展起到較好的促進作用。

《工程流體力學(xué)(水力學(xué))(第2版)(下冊)》是1990年出版的《工程流體力學(xué)(水力學(xué))》教材的修訂版，原書獲國家教委優(yōu)秀教材二等獎和江蘇省科技進步二等獎?！豆こ塘黧w力學(xué)(水力學(xué))(第2版)(下冊)》在原書優(yōu)點、特點和特色的基礎(chǔ)上，力求改革，有所新意、進展和提高?！豆こ塘黧w力學(xué)(水力學(xué))(第2版)(下冊)》基本上保持原書的內(nèi)容和體系，又有所增減和更改；加強必要的理論基礎(chǔ)和適當(dāng)結(jié)合專業(yè)，聯(lián)系實際，注重能力培養(yǎng)；改寫了緒論，增加了地下水污染擴散等內(nèi)容以及一些章節(jié)的例題、討論題、習(xí)題。

本書從介紹基礎(chǔ)力學(xué)的概念出發(fā)，略去了復(fù)雜的水流概念和數(shù)學(xué)程式，結(jié)合日常中的水力學(xué)現(xiàn)象，采用最通俗易懂的方法，講述了水力學(xué)的靜水力學(xué)原理與實驗、管流、明渠流及泥沙輸送、波浪與潮汐以及水工建筑中的水力學(xué)問題。書中列舉了大量實例，主要章節(jié)還附有很多習(xí)題。本書主要為水利工程師而寫，是一本“簡化”的水力學(xué)書，但非常實用。

《工程流體力學(xué)(水力學(xué))(第2版)(下冊)》下冊共六章：有壓管流，明渠流，孔口、管嘴、閘孔出流及堰流，滲流，射流和流體擴散理論基礎(chǔ)，可壓縮流體的流動。書后附習(xí)題答案和中英文術(shù)語對照等。《工程流體力學(xué)(水力學(xué))(第2版)(下冊)》可作為高等學(xué)校環(huán)境類專業(yè)和給水排水工程等專業(yè)工程流體力學(xué)或流體力學(xué)或水力學(xué)課程(80學(xué)時左右)的教材，也可供其他專業(yè)及有關(guān)科技人員參考。