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第一章 绪论 1

第一节 概述 2

一、流体力学的任务及研究对象 2

二、流体力学的发展历史 2

三、本课程的基本要求 3

第二节 流体的连续介质模型 4

第三节 流体的主要物理性质 4

一、惯性 4

二、黏滞性和理想流体模型 5

三、压缩性和膨胀性 7

四、表面张力及表面张力系数 10

五、汽化压强 10

第四节 作用在流体上的力 11

一、表面力 11

二、质量力 11

小结 12

思考题 12

计算题 12

第二章 流体静力学 15

第一节 流体静压强及其特性 16

一、流体静压强的定义 16

二、流体静压强的特性 16

第二节 重力作用下流体静压强的分布规律 19

一、液体静力学的基本方程 19

二、等压面 20

三、气体压强计算 20

四、绝对压强、相对压强、真空值 21

五、液体静压强分布图 22

六、测压管高度、测压管水头、真空度 23

第三节 测量压强的仪器 24

一、测压管 24

二、水银测压计 24

三、水银压差计 25

四、真空测压计 25

第四节 作用在平面上的静水总压力 28

一、图解法 28

二、解析法 30

第五节 作用在曲面上的静水总压力 34

一、静水总压力的水平分力 34

二、静水总压力的垂直分力 35

三、静水总压力的合力 36

小结 38

思考题 38

计算题 40

第三章 流体动力学理论基础 45

第一节 描述流体运动的两种方法 46

一、拉格朗日法 46

二、欧拉法 47

第二节 欧拉法的几个基本概念 48

一、恒定流与非恒定流 48

二、迹线与流线 48

三、流管、元流、总流、过流断面、流量和断面平均流速 50

四、均匀流与非均匀流 52

五、一元流、二元流、三元流 54

第三节 恒定一元流的连续性方程 55

第四节 理想流体及实际流体恒定元流的能量方程 56

一、理想流体恒定元流的能量方程 57

二、理想流体元流能量方程的物理意义与几何意义 58

三、实际流体恒定元流的能量方程 60

第五节 实际流体恒定总流的能量方程 61

一、实际流体恒定总流能量方程的推导 61

二、总流能量方程各项的物理意义和几何意义 62

三、应用能量方程的条件及注意事项 63

第六节 总水头线和测压管水头线的绘制 69

一、总水头线和测压管水头线的绘制原则 69

二、水力坡度 70

第七节 恒定气流能量方程 71

第八节 恒定总流的动量方程 73

一、动量方程的推导 74

二、应用动量方程应注意的问题 76

小结 80

思考题 80

计算题 82

第四章 流动阻力及能量损失 87

第一节 能量损失的物理概念及其分类 88

第二节 流体运动的两种形态 90

一、雷诺实验 90

二、层流、紊流的判别标准——临界雷诺数 92

三、雷诺数的物理意义 93

第三节 均匀流沿程损失与切应力的关系 94

第四节 圆管中的紊流 98

一、紊流的基本概念 98

二、圆管紊流流核与黏性底层 100

三、沿程损失 102

第五节 圆管中沿程阻力系数的变化规律及影响因素 102

一、尼古拉兹实验曲线 102

二、沿程阻力系数的各种计算方法 104

第六节 非圆管的沿程损失 107

一、非圆管有压流 107

二、明渠流 107

第七节 局部损失 109

一、局部损失发生的原因 109

二、局部损失的计算公式 110

三、圆管突然扩大的局部损失及其系数 111

四、各种管路配件及明渠的局部阻力系数 113

小结 117

思考题 118

计算题 119

第五章 孔口、管嘴出流和有压管路 123

第一节 薄壁小孔口的恒定出流 124

一、孔口出流的分类和特点 124

二、薄壁小孔口的自由出流 124

三、薄壁小孔口的淹没出流 125

四、小孔口的收缩系数及流量系数 126

第二节 管嘴的恒定出流 127

一、圆柱形外管嘴的恒定出流 127

二、圆柱形外管嘴的真空 128

第三节 短管计算 129

一、自由出流 130

二、淹没出流 132

三、水头线的绘制 133

四、短管的计算问题 134

五、气体管路 139

第四节 长管计算 140

一、简单管路 140

二、串联管路 144

三、并联管路 145

四、分叉管路 146

第五节 管网水力计算基础 148

一、枝状管网的水力计算 149

二、环状管网的水力计算 150

小结 151

思考题 151

计算题 153

第六章 明渠均匀流 157

第一节 概述 158

一、明渠的分类 158

二、明渠均匀流的特征及产生条件 159

第二节 明渠均匀流的计算公式 160

第三节 明渠水力最优断面和允许流速 161

一、水力最优断面 161

二、渠道的允许流速 163

第四节 明渠均匀流水力计算的基本问题 164

第五节 无压圆管均匀流的水力计算 170

一、无压圆管的水流特征 170

二、无压管道的计算问题 172

第六节 复式断面渠道的水力计算 174

小结 176

思考题 176

计算题 177

第七章 明渠非均匀流 179

第一节 概述 180

一、明渠非均匀流的产生原因 180

二、明渠非均匀流的特征 180

三、主要研究的问题 181

第二节 断面单位能量和临界水深 181

一、断面单位能量 181

二、临界水深 183

三、临界坡度 185

第三节 缓流、急流、临界流及其判别准则 185

一、临界水深判别法 185

二、弗汝德数判别法 186

第四节 水跃 188

一、水跃的基本方程 188

二、水跃函数的图形 190

三、共轭水深的计算 190

四、水跃的能量损失与长度 192

第五节 明渠恒定非均匀渐变流的基本微分方程 195

第六节 棱柱形渠道恒定非均匀渐变流水面曲线的分析 196

一、水面曲线的类型 197

二、水面曲线形状的定性分析 198

三、水面曲线分析举例 202

第七节 明渠水面曲线的计算 205

一、计算公式 206

二、分段求和法的计算步骤 206

第八节 河道水面曲线的计算 213

一、微分方程 214

二、试算法 215

三、图解法 215

小结 219

思考题 219

计算题 221

第八章 堰流及闸孔出流 225

第一节 堰流的特点及其分类 226

第二节 堰流的基本公式 227

第三节 薄壁堰 229

一、矩形堰 229

二、三角形薄壁堰 230

三、梯形堰 231

第四节 实用堰 231

第五节 宽顶堰 232

一、流量系数 233

二、侧收缩系数 234

三、宽顶堰的淹没条件及淹没系数 235

第六节 小桥孔径的水力计算 237

一、小桥孔径的水力计算公式 237

二、小桥孔径水力计算原则和步骤 238

第七节 闸孔出流 241

一、闸孔出流的水力特征 241

二、闸孔出流的基本计算公式 242

三、闸孔出流流量系数μ的计算公式 243

四、含有淹没系数的流量系数μs的计算公式 243

小结 244

思考题 244

计算题 244

第九章 渗流 247

第一节 概述 248

一、渗流理论的实用意义 248

二、地下水的状态 248

三、渗透性质与岩土分类 248

第二节 渗流基本定律 249

一、渗流模型 249

二、达西渗流定律 250

第三节 地下水的均匀流和非均匀流 252

一、恒定均匀流和非均匀渐变流的断面流速分布 252

二、渐变渗流的基本微分方程和浸润曲线 253

第四节 井和集水廊道 257

一、潜水井（无压井） 258

二、承压井 260

三、井群 261

小结 262

思考题 263

计算题 263

第十章 流体力学中非线性方程的求根问题 265

第一节 非线性方程数值计算方法 266

一、二分法 266

二、牛顿法 268

三、fzero函数 269

四、三种算法的特性 270

第二节 流体力学中的高次方程求解 271

一、梯形明渠求正常水深h0 271

二、梯形明渠求临界水深 272

三、棱柱体水平明渠共轭水深计算 275

四、宽顶堰水力计算 276

五、柯列布鲁克公式计算 278

六、有压管道管径计算 279

第三节 fzero函数求解广义非线性方程的根 280

一、水面线计算函数 281

二、fzero函数求解水面线实例 282

小结 287

附录A 各种不同粗糙面的粗糙系数n 289

附录B 谢才系数C的数值 290

附录C 梯形渠道水图计算图解 292

部分计算题答案 294

参考文献 298

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