水力學

本書是根據給排水科學與工程專業培養方案和高等院校給排水科學與工程專業本科四年制課程的教學基本要求，同時考慮滿足其他專業教學要求而編寫的流體力學課程通用教材。

全書包括流體靜力學，流體運動學，流體動力學基礎，量綱分析與相似原理，流動阻力和能量損失等11章內容。本書理論闡述簡明嚴謹，便於教學。教師可根據不同專業的具體要求進行選講。本書可作為工科院校給排水工程、土木工程、道路橋樑工程、環境工程等專業流體力學（水力學）教材，也可作為註冊結構工程師、公用設備工程師流體力學考試參考書。

第1章緒論

1.1流體力學及其任務

1.1.1流體力學研究的對象

1.1.2流體力學的發展

1.1.3流體力學的任務

1.2常用的流體力學模型

1.2.1流體的連續介質力學模型

1.2.2不可壓縮流體的力學模型

1.2.3理想流體力學模型

1.3分析流體力學的理論基礎

1.4作用在流體上的力

1.4.1力的分析方法和力的分類

1.4.2質量力

1.4.3表面力

1.5流體的主要物理性質

1.5.1慣性

1.5.2重力特性

1.5.3壓縮性和膨脹性

1.5.4黏性

思考題和習題

第2章流體靜力學

2.1靜水壓強及其特性

2.1.1靜水壓強的定義

2.1.2靜水壓強的特性

2.2流體平衡微分方程及其積分

2.2.1流體平衡微分方程

2.2.2流體平衡微分方程的積分

2.2.3等壓面及其特性

2.3重力場中流體靜壓強的分佈規律

2.3.1流體靜壓強的基本方程式

2.3.2壓強的計算基準

2.3.3壓強的度量單位

2.3.4壓差計

2.4作用於平面的靜水壓力

2.4.1解析法

2.4.2圖解法

2.5作用於曲面的靜水壓力

2.6作用在潛體和浮體上的靜水壓力

2.7流體的相對平衡

2.7.1等加速直線運動中流體的平衡

2.7.2等角速度旋轉運動中流體的平衡

思考題和習題

第3章流體運動學

3.1描述流體運動的兩種方法

3.1.1拉格朗日法

3.1.2歐拉法

3.2流體運動的基本概念

3.2.1恆定流和非恆定流

3.2.2流線和跡線

3.2.3元流和總流

3.2.4流量和斷面平均流速

3.2.5流動的分類

3.3連續性方程

3.3.1連續性微分方程

3.3.2恆定總流連續性方程

3.4流體微團的運動分析

3.5有旋流動和無旋流動

思考題和習題

第4章流體動力學基礎

4.1流體運動微分方程

4.1.1理想流體運動微分方程

4.1.2黏性流體運動微分方程

4.2恆定元流能量方程

4.2.1理想流體運動微分方程的伯努利積分

4.2.2恆定元流能量方程的物理意義和幾何意義

4.2.3黏性流體元流能量方程

4.3恆定總流能量方程

4.3.1恆定總流能量方程的推導

4.3.2能量方程的應用條件和注意事項

4.3.3總水頭線和測壓管水頭線

4.3.4能量方程的應用

4.4恆定總流動量方程

4.4.1恆定總流動量方程的推導

4.4.2動量方程的應用

思考題和習題

第5章量綱分析與相似原理

5.1量綱概念與量綱和諧定理

5.1.1量綱和單位

5.1.2有量綱數和無量綱數

5.2相似概念及其基本內容

5.2.1流動現象相似的原理

5.2.2流體相似的特徵

5.3量綱分析和相似準則推導方法

5.3.1量綱和諧原理

5.3.2量綱分析法

5.3.3流體相似準則

5.4模型律的應用舉例

5.4.1模型律的選擇

5.4.2模型的設計

思考題和習題

第6章流動阻力和能量損失

6.1流動阻力和能量損失分類

6.1.1沿程阻力和沿程水頭損失

6.1.2局部阻力及局部水頭損失

6.1.3總水頭損失

6.2雷諾實驗及流態判別

6.2.1雷諾實驗

6.2.2流態的判別

6.3沿程水頭損失與切應力的關係

6.3.1沿程水頭損失

6.3.2均勻流方程式

6.3.3圓管過流斷面上切應力分佈規律

6.4圓管中的層流運動

6.4.1速度分佈及平均流速

6.4.2沿程阻力損失的計算

6.5紊流運動

6.5.1紊流的特徵與時均化

6.5.2紊流切應力

6.5.3普朗特混合長度理論

6.5.4黏性底層

6.6紊流的沿程水頭損失

6.6.1尼古拉茲實驗曲線

6.6.2人工粗糙管λ的半經驗公式

6.6.3工業管道λ的計算

6.6.4沿程阻力係數的經驗公式

6.7局部阻力損失計算

6.7.1突然擴大管

6.7.2突然縮小管

6.7.3幾種典型管配的局部水頭損失係數

思考題和習題

第7章孔口、管嘴和管路流動

7.1孔口恆定出流

7.1.1薄壁小孔口自由出流

7.1.2淹沒出流

7.2管嘴出流

7.2.1圓柱形外管嘴恆定出流

7.2.2收縮斷面的真空

7.2.3圓柱形外管嘴的正常工作條件

7.2.4其他形式的管嘴

7.3孔口的變水頭出流

7.4短管的水力計算

7.4.1短管水力計算的基本公式

7.4.2短管水力計算問題

7.5長管的水力計算

7.5.1簡單管路

7.5.2複雜管路

7.6有壓管道中的水擊

7.6.1水擊發生的原因

7.6.2水擊壓強的計算

7.6.3防止水擊危害的措施

7.7離心水泵的原理與應用

7.7.1離心水泵的工作原理

7.7.2離心水泵的性能參數

7.7.3離心泵的性能曲線與工作點的確定

思考題和習題

第8章明渠均勻流

8.1明渠的特徵

8.1.1明渠底坡

8.1.2明渠斷面

8.1.3明渠斷面的幾何要素

8.2明渠均勻流的特徵及形成條件

8.2.1明渠均勻流的特徵

8.2.2明渠均勻流的發生條件

8.3明渠均勻流的計算公式

8.4明渠水力最優斷面和允許流速

8.4.1水力最優斷面

8.4.2允許流速

8.5明渠均勻流水力計算的基本問題

8.5.1校核渠道的輸水能力

8.5.2確定渠道底坡

8.5.3確定渠道斷面尺寸

8.6無壓圓管均勻流

8.6.1無壓圓管均勻流的特徵

8.6.2無壓圓管水力最優條件

8.6.3無壓圓管的水力計算問題

8.6.4最大充滿度和設計流速

8.7複式斷面明渠的水力計算

思考題和習題

第9章明渠非均勻流

9.1明渠非均勻流的基本問題

9.1.1明渠非均勻流形成條件

9.1.2明渠非均勻流的特徵

9.1.3明渠非均勻流的主要研究問題

9.2明渠水流的流態及判別標準

9.2.1明渠水流流態

9.2.2微幅干擾波波速

9.2.3弗勞德數Fr

9.3斷面單位能量與臨界水深

9.3.1斷面單位能量

9.3.2臨界水深

9.3.3臨界底坡

9.4水躍與水跌

9.4.1水躍

9.4.2水跌

9.5明渠恆定非均勻漸變流的微分方程

9.6稜柱形渠道中恆定非均勻漸變流水面曲線分析

9.6.1漸變流水面曲線變化分析

9.6.2渠道底坡變化時水面曲線的分析

9.7明渠非均勻漸變流水面曲線的計算

9.7.1分段求和法基本公式

9.7.2渠道的分段原則

9.7.3分段求和法的計算方法

思考題和習題

第10章堰流和閘孔出流

10.1堰流及其水力特徵

10.1.1堰和堰流

10.1.2堰流的分類

10.1.3堰流基本公式

10.2寬頂堰

10.2.1自由式無側收縮寬頂堰

10.2.2淹沒式無側收縮寬頂堰

10.2.3側收縮寬頂堰

10.3薄壁堰

10.3.1矩形薄壁堰

10.3.2三角形薄壁堰

10.3.3梯形薄壁堰

10.4實用斷面堰

10.4.1實用斷面堰及其分類

10.4.2實用斷面堰的計算

10.5閘孔出流

10.5.1閘孔出流與堰流的水流狀態比較

10.5.2閘孔出流特徵

10.5.3閘孔自由出流

10.5.4閘孔淹沒出流

10.6橋孔過流水力計算

10.6.1小橋孔過流的水力特性

10.6.2小橋孔過流的水力計算

思考題和習題

第11章滲流

11.1概述

11.1.1滲流理論的應用

11.1.2水在土壤中的存在狀態

11.1.3滲流模型

11.2滲流基本定律

11.2.1達西定律

11.2.2達西定律的適用條件

11.2.3滲流係數

11.3地下水的均勻流和非均勻流

11.3.1恆定均勻滲流

11.3.2恆定非均勻漸變滲流

11.4集水廊道和井的滲流計算

11.4.1集水廊道

11.4.2潛水井

11.4.3自流井

11.4.4大口井與基坑排水

11.4.5井群

思考題和習題

部分習題答案

參考文獻