水力学（第2版）

本书主要作为高等院校水利、土建类专业的大学本科教学用书，也可作为从事水力学工作的工程技术人员参考用书。

第1章 绪论

1.1 水力学的定义、任务和发展简史1

1.2 液体的连续介质模型3

1.3 液体的主要物理性质3

1.3.1 质量和重量4

1.3.2 黏滞性5

1.3.3 压缩性8

1.3.4 表面张力9

1.3.5 汽化压强10

1.4 作用于液体的力10

1.4.1 表面力10

1.4.2 质量力11

思考题11

习题12

第2章 水静力学

2.1 概述14

2.2 静水压强及其特性14

2.2.1 静水压强的定义14

2.2.2 静水压强的特性15

2.3 液体平衡微分方程及其积分17

2.3.1 液体平衡微分方程17

2.3.2 液体平衡微分方程的积分18

2.3.3 等压面特性18

2.4 重力作用下静水压强的分布规律19

2.4.1 水静力学基本方程19

2.4.2 绝对压强、相对压强，真空202.4.3 水头与单位能量21

2.4.4 等压面的应用22

2.4.5 静水压强分布图24

2.5 重力和惯性力同时作用下的液体平衡25

2.6 作用于平面上的静水总压力28

2.6.1 解析法28

2.6.2 矩形平面静水压力--压力图法31

2.7 作用于曲面上的静水总压力33

2.7.1 静水总压力的大小33

2.7.2 静水总压力的方向35

2.7.3 静水总压力的作用点35

思考题37

习题38

目录目录

第3章 液体一元恒定总流基本原理

3.1 概述42

3.2 描述液体运动的两种方法42

3.2.1 拉格朗日法42

3.2.2 欧拉法44

3.3 液体运动的几个基本概念45

3.3.1 恒定流与非恒定流45

3.3.2 一元流、二元流与三元流46

3.3.3 流线与迹线46

3.3.4 流管、元流、总流、过水断面47

3.3.5 流量与断面平均流速47

3.3.6 均匀流和非均匀流48

3.3.7 渐变流与急变流49

3.3.8 系统和控制体50

3.4 恒定流动的连续方程51

3.5 恒定元流的能量方程52

3.5.1 理想液体恒定元流的能量方程52

3.5.2 伯努利方程的能量意义和几何意义54

3.5.3 实际液体恒定元流的能量方程55

3.6 实际液体恒定总流能量方程56

3.7 恒定总流动量方程62

3.8 空化与空蚀的概念67

思考题67

习题68

第4章 层流和紊流、液流阻力和水头损失

4.1 概述71

4.2 水头损失的分类71

4.3 液体运动的两种流态--层流和紊流72

4.3.1 雷诺试验72

4.3.2 沿程损失hf和平均流速v的关系73

4.3.3 流态的判别--雷诺(Reynolds)数75

4.4 均匀流基本方程77

4.4.1 切应力与沿程损失的关系77

4.4.2 切应力的分布79

4.5 层流运动80

4.5.1 圆管均匀层流80

4.5.2 二元明渠均匀层流83

4.6 沿程水头损失的一般公式86

4.7 紊流概述86

4.7.1 紊流的脉动现象和时均概念87

4.7.2 紊流切应力89

4.7.3 紊流的黏性底层91

4.7.4 紊流的水力光滑面、水力过渡粗糙面和水力粗糙面92

4.8 紊流的流速分布93

4.8.1 对数流速分布94

4.8.2 指数流速分布96

4.8.3 黏性底层的厚度98

4.9 沿程水头损失系数λ的试验研究--尼古拉兹试验101

4.9.1 人工粗糙管沿程水头损失系数λ的试验研究

--尼古拉兹试验101

4.9.2 实用管道沿程水头损失系数λ的试验研究104

4.10 谢才公式108

4.11 局部水头损失111

思考题116

习题116

第5章 液体三元流动基本原理

5.1 概述119

5.2 流线与迹线微分方程119

5.2.1 流线微分方程119

5.2.2 迹线微分方程120

5.3 液体三元流动的连续性方程120

5.4 液体微团运动的基本形式121

5.4.1 液体微团运动形式分析122

5.4.2 液体微团速度分解定理123

5.5 有旋运动简介125

5.6 液体恒定平面势流128

5.6.1 流速势函数128

5.6.2 流函数129

5.6.3 流网及其性质131

5.6.4 基本平面势流134

5.7 液体运动微分方程136

5.7.1 液体中一点处的应力状态137

5.7.2 本构方程-应力与变形率的关系137

5.7.3 应力形式的运动微分方程138

5.7.4 运动微分方程--纳维-斯托克斯方程139

5.7.5 紊流时均运动微分方程--雷诺方程140

5.7.6 边界层简介142

思考题143

习题143

第6章 有压管流

145

6.1 概述145

6.2 短管的水力计算146

6.2.1 自由出流146

6.2.2 淹没出流147

6.2.3 总水头线和测压管水头线的绘制148

6.2.4 短管水力计算举例149

6.3 长管的水力计算153

6.3.1 简单管道的水力计算153

6.3.2 串联管道的水力计算155

6.3.3 并联管道的水力计算156

6.3.4 沿程均匀泄流管道的水力计算156

6.3.5 管网水力计算基础159

6.4 有压管路中的水击161

6.4.1 水击波的传播过程161

6.4.2 直接水击与间接水击163

6.4.3 水击压强的计算164

思考题166

习题166

第7章 明渠均匀流

7.1 概述170

7.1.1 明渠的底坡170

7.1.2 明渠的横断面171

7.2 明渠均匀流的特性和形成条件173

7.2.1 明渠均匀流的特性173

7.2.2 明渠均匀流产生的条件174

7.3 明渠均匀流的水力计算174

7.3.1 明渠均匀流的计算公式174

7.3.2 明渠均匀流水力计算三类基本问题177

7.3.3 明渠均匀流水力计算的其他问题180

思考题187

习题187

第8章 明渠非均匀流

8.1 概述189

8.2 明渠水流的流态190

8.2.1 缓流、临界流和急流190

8.2.2 明渠中干扰微波的波速191

8.3 断面单位能量，临界水深，临界底坡193

8.3.1 断面单位能量193

8.3.2 Es与h的关系(流量一定的条件下)195

8.3.3 临界水深及其计算195

8.3.4 临界底坡198

8.4 两种流态的转换--水跃与水跌199

8.4.1 水跃199

8.4.2 水跌207

8.5 棱柱体明渠水面曲线微分方程209

8.6 棱柱体明渠水面曲线形状分析210

8.6.1 水面曲线的类型211

8.6.2 水面曲线的定性分析212

8.6.3 10条水面曲线的共同规律及控制断面与控制水深的选取215

8.7 明渠水面曲线计算216

8.8 天然河道水面曲线计算222

8.8.1 水面曲线计算公式222

8.8.2 水面曲线计算方法223

8.9 明渠弯段水流230

8.9.1 横向水面超高231

8.9.2 断面环流成因分析232

8.9.3 弯段水流的能量损失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 明渠非恒定渐变流动的基本方程235

8.10.3 明渠非恒定渐变流计算方法简介239

思考题240

习题241

第9章 堰流和闸孔出流

9.1 概述243

9.2 堰的分类244

9.2.1 薄壁堰244

9.2.2 实用堰245

9.2.3 宽顶堰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 实用堰251

9.5.1 曲线型剖面实用堰251

9.5.2 折线型实用堰255

9.6 宽顶堰259

9.6.1 宽顶堰的流量公式259

9.6.2 宽顶堰的堰顶水深260

9.6.3 流量系数261

9.6.4 侧收缩系数262

9.6.5 淹没系数263

9.7 闸孔出流265

9.7.1 堰流与孔流的界限266

9.7.2 宽顶堰上的闸孔出流267

9.7.3 实用堰上的闸孔出流269

9.8 水工建筑物测流简介271

思考题273

习题274

第10章 泄水建筑物下游水流的衔接与消能

10.1 概述277

10.2 底流式衔接与消能277

10.2.1 收缩断面水深的计算278

10.2.2 消能工的水力计算280

10.3 挑流式衔接与消能288

10.3.1 挑距的计算289

10.3.2 挑角θ291

10.3.3 反弧半径R291

10.3.4 挑坎高程的确定291

10.3.5 挑流冲刷坑的估算292

10.4 面流衔接与消能292

10.4.1 面流型的衔接形式292

10.4.2 消力戽消能294

思考题296

习题297

第11章 渗流

11.1 概述299

11.2 渗流的几个基本概念299

11.2.1 水在土壤中的形态299

11.2.2 土壤的渗透特性300

11.2.3 渗流模型300

11.3 渗流的基本定律301

11.3.1 达西试验和达西定律302

11.3.2 达西定律的适用范围303

11.3.3 渗透系数及其确定方法304

11.4 恒定无压渗流305

11.4.1 无压恒定均匀渗流305

11.4.2 无压恒定渐变渗流306

11.4.3 无压渐变渗流的微分方程307

11.4.4 渐变渗流浸润线的分析和计算307

11.5 井的渗流313

11.5.1 普通完整井313

11.5.2 承压完整井314

11.5.3 井群315

11.6 土坝渗流317

11.6.1 前段的计算318

11.6.2 后段的计算318

11.6.3 计算浸润线319

11.7 渗流的基本微分方程320

11.7.1 渗流的连续性方程320

11.7.2 渗流的运动方程320

11.7.3 渗流的流速势函数321

11.7.4 渗流问题解法概述321

11.8 恒定平面渗流的流网解法322

11.8.1 恒定平面渗流流网的绘制322

11.8.2 应用流网进行渗流计算324

思考题327

习题327

第12章 污染物的输运和扩散

12.1 概述329

12.2 污染物输运和扩散的数学方程330

12.2.1 一维输运-扩散方程330

12.2.2 平面二维输运-扩散方程332

12.3 一维扩散过程的解334

12.3.1 无限长渠道中瞬时点源的扩散334

12.3.2 半无限长渠道中瞬时点源的扩散335

12.3.3 无限长渠道中区域浓度的扩散336

12.3.4 半无限长渠道中连续点源的扩散337

12.4 二维扩散过程的解338

12.5 均匀流条件下一维随流-扩散方程的解339

12.5.1 均匀流条件下瞬时点源的随流-扩散339

12.5.2 无限长渠道中区域浓度的随流-扩散341

12.5.3 半无限长渠道中连续点源的随流-扩散342

12.6 均匀流条件下二维随流-扩散方程的解342

12.7 存在化学反应的一维随流-扩散方程的解342

12.8 扩散系数的分析与估算343

思考题345

习题345

第13章 水力相似与模型试验基本原理

13.1 概述347

13.2 量纲分析基本原理348

13.2.1 量纲与单位、基本量纲和诱导量纲348

13.2.2 无量纲数(量纲为一的量)349

13.2.3 量纲和谐原理350

13.2.4 量纲分析法350

13.3 水力相似基本原理355

13.3.1 比尺、基本比尺、导出比尺355

13.3.2 力学相似、几何相似、运动相似和动力相似355

13.3.3 牛顿相似定律356

13.3.4 相似准则357

13.4 相似准则的应用及水力模型设计362

13.4.1 相似准则的应用及模型比尺换算362

13.4.2 水力模型设计的限制条件365

13.5 水力模型的分类368

13.5.1 按模型模拟的范围分类368

13.5.2 按床面的性质分类369

13.5.3 按模型的几何相似性分类369

思考题370

习题370

习题答案372

参考文献3782100433B

本书按照教育部高教司制定的水力学课程教学基本要求编写。共分13章：绪论，水静力学，液体一元恒定总流基本原理，层流和紊流、液流阻力和水头损失，液体三元流动基本原理，有压管流，明渠均匀流，明渠非均匀流，堰流和闸孔出流，泄水建筑物下游水流的衔接与消能，渗流，污染物的输运和扩散，水力相似与模型试验基本原理。

本书是依据多年的教学实践，并广泛吸取国内外教材之优点而编写的。在内容安排上，着重分析水流现象，揭示水流内在规律； 以水力学的基本概念、基本原理为主，避免繁琐的数学推导，着重物理概念的阐述，对过于繁琐的计算重点介绍计算方法，引导学生用计算机来完成计算； 力求与水利、土建工程实际相结合，并注重与其他学科更好的结合，对推动水力学的学科发展起到较好的促进作用。

《工程流体力学(水力学)(第2版)(下册)》是1990年出版的《工程流体力学(水力学)》教材的修订版，原书获国家教委优秀教材二等奖和江苏省科技进步二等奖。《工程流体力学(水力学)(第2版)(下册)》在原书优点、特点和特色的基础上，力求改革，有所新意、进展和提高。《工程流体力学(水力学)(第2版)(下册)》基本上保持原书的内容和体系，又有所增减和更改；加强必要的理论基础和适当结合专业，联系实际，注重能力培养；改写了绪论，增加了地下水污染扩散等内容以及一些章节的例题、讨论题、习题。

本书从介绍基础力学的概念出发，略去了复杂的水流概念和数学程式，结合日常中的水力学现象，采用最通俗易懂的方法，讲述了水力学的静水力学原理与实验、管流、明渠流及泥沙输送、波浪与潮汐以及水工建筑中的水力学问题。书中列举了大量实例，主要章节还附有很多习题。本书主要为水利工程师而写，是一本“简化”的水力学书，但非常实用。

《工程流体力学(水力学)(第2版)(下册)》下册共六章：有压管流，明渠流，孔口、管嘴、闸孔出流及堰流，渗流，射流和流体扩散理论基础，可压缩流体的流动。书后附习题答案和中英文术语对照等。《工程流体力学(水力学)(第2版)(下册)》可作为高等学校环境类专业和给水排水工程等专业工程流体力学或流体力学或水力学课程(80学时左右)的教材，也可供其他专业及有关科技人员参考。