石油水利工程学考试自考本科大纲
(课程代码 7735)
 
石油工程水力学考试大纲
适用专业：石油工程（专科）
学    时:60

一、 课程的性质 目的和任务

   水力学是石油工程专业的一门技术基础课。本课程的目的和任务是通过各种教学环节，使学生掌握流体平衡和运动的一般规律及有关的基本概念、基本理论、基本计算方法和基本实验技能，提高学生分析问题和解决问题的能力，为以后学习专业知识，从事专业工作和科学研究打下一个良好的基础。
二、课程的基本要求
学完本课程后，应达到以下基本要求：
1．正确理解水力学中的一些基本概念和流动的基本特征。如水静压强，水头，水头损失，雷诺数，层流，紊流，长管，短管，牛顿液体，非牛顿液体等。
2．掌握研究流动的一些基本方法。如运用微元体积法分析流体的受力并建立平衡方程等。
3．掌握静压和流体对平面及曲面作用力的计算方法。
4．能够运用连续方程、伯努利方程和动量方程分析流动现象，计算流动的各种参数，计算流体与固体壁面间的作用力。
5．能够运用基本公式和图表计算管路的水头损失，能够对简单的串联管路、并联管路和分支管路进行分析计算。
6．正确理解因次分析和相似原理对实验的指导意义。掌握常用测量仪器的使用方法，具有处理实验数据和编写实验报告的能力。
三、课程内容和考核目标
第一章  流体及其主要的物理性质（3学时）
(一) 学习目标
掌握流体的概念、物理性质；熟悉作用在流体上的力。
(二) 课程内容
第一节 流体的概念（0.5学时）
1．流体
2．流体与固体的区别
第二节 密度、重度和比重（0.5学时）
1．密度的概念及公式
2．重度的概念及公式
3．比重的概念及公式
第三节 压缩性和膨胀性（1学时）
1．流体的压缩性
2．体积压缩系数
3．流体的膨胀性
4．体积膨胀系数
第四节 粘滞性（1学时）
1．粘滞性
2．动力粘滞系数
3．运动粘滞系数
(三)  考核知识点
1． 流体的概念
2． 密度、重度和比重
3． 压缩性和膨胀性
4．粘滞性和粘滞系数
(四)  考核要求
1．识记
（1） 记住流体的概念。
（2） 记住密度、重度和比重的概念及计算公式。
（3） 记住压缩性和膨胀性的概念。
（4） 记住体积压缩系数和体积膨胀系数的计算公式。
（5） 记住粘滞性的概念和粘滞系数的表示符号及单位。
2．理解：
（1） 理解流体的粘滞性。
（2） 理解流体的压缩性和膨胀性。
3.简单应用
（1） 运用公式计算流体的密度、重度和比重。
（2） 运用公式计算体积压缩系数和膨胀系数。
4．综合应用
（1） 综合运用密度和粘度公式求运动粘滞系数。
第二章  液体静止的基本原理（14学时）
(一) 学习目标
掌握不可压缩流体在静止状态下的受力规律；熟悉这些规律的应用。
(二) 课程内容
第一节      水静压强及其特性（2学时）
1．水静压强
2．水静压强的两个特性
第二节      液体平衡的微分方程式（2学时）
1．液体平衡的微分方程式的推导
2．液体平衡的微分方程式的物理意义
第三节      绝对静止液体（6学时）
1．水静力学基本方程式
2．水静力学基本方程式的物理意义
3．水静力学基本方程式的几何意义
4． 运用水静力学基本方程计算水静压强
5． 了解连通器内的液体平衡原理和测压仪器的分析方法
第四节      相对静止液体（4学时）
1．相对静止液体
2．了解相对静止液体的压强分布规律
 (三) 考核知识点
1． 水静压强
2． 液体平衡的微分方程式
3． 水静力学基本方程式
4.连通器和测压器
(四)  考核要求
1．识记
（1）记住水静压强的概念及其单位。
（2）记住水静压强的两个特性。
（3）记住液体平衡的微分方程式。
（4）记住水静力学基本方程式。
2．理解：
（1）理解液体平衡方程式的推导过程和物理意义。
（2）理解水静力学基本方程式的推导过程和物理意义、几何意义。
（3）理解连通器和测压器的工作原理。
3.简单应用
（1）根据定义计算水静压强。
（2）运用水静力学基本方程计算水静压强。
（3）根据连通器原理计算简单的水静压强。
4．综合应用
（1）综合运用液体平衡微分方程式、水静力学基本方程、连通器原理和测压器的分析方法求水静压强。
第三章  液体流动的基本原理（17学时）
(一)学习目标
掌握不可压缩流体的运动规律；熟悉这些规律的实际应用。
 (二) 课程内容
第一节     液体流动的基本概念（2学时）
1．稳定流及不稳定流的区分
2．流线、迹线、流束、总流
3．过水断面
4．重量流量
第二节     连续性方程式（2学时）
流束和总流的连续性方程式导出的前提条件
1． 流束和总流的连续性方程式
2． 不可压缩液体的连续性方程式
3． 不可压缩液体的连续性方程式的物理意义
4． 不可压缩液体的连续性方程式的适用条件
第三节     理想液体的伯努利方程式（4学时）
1．理想液体
2．理想液体的伯努利方程式的推导
3．绝对运动
4． 绝对运动的伯努利方程式的推导及其应用
5． 绝对运动的伯努利方程式的应用条件和范围
第四节     实际液体总流的伯努利方程式（6学时）
1．实际液体总流的伯努利方程式
2．总水头、位置水头 、压力水头 、速度水头
3．水力坡度
4．动能修正系数及其物理意义
5．缓变流
6.缓变流断面的两个特征
7．伯努利方程式的物理意义
8．伯努利方程式的应用
第五节     液体能量的增加和泵的功率（2学时）
1．泵的排量
2．泵的扬程
3．泵的输出功率
第六节     气穴现象（1学时）
1．气穴现象
2．简单了解气蚀现象
(三) 考核知识点
1．稳定流及不稳定流
2．流线、迹线、流束、总流、过水断面
3．连续性方程式
4．伯努利方程式
5．总水头、水力坡度、缓变流
6． 泵的排量、泵的扬程、泵的输出功率（有效功率）
7． 气穴现象
(四)  考核要求
1．识记
（1）记住稳定流及不稳定流的概念区分。
（2）记住流线、迹线、流束、总流、过水断面的概念。
（3）记住基本连续性方程式及其导出的前提条件。
（4）记住不可压缩液体连续性方程式及其适用条件。
（5）记住理想液体的伯努利方程式和实际液体总流的伯努利方程式。
（6）记住绝对运动的伯努利方程式的应用条件和范围
（7）记住总水头、水力坡度、缓变流的概念。
（8）记住泵的排量、泵的扬程、泵的输出功率（有效功率）的概念及公式。
（9）记住气穴现象的概念。
2．理解：
（1）理解不可压缩液体的连续性方程式的物理意义。
（2）理解理想液体的伯努利方程式的推导过程。
（3）理解实际液体总流的伯努利方程式的由来。
（4）理解伯努利方程式的物理意义。
（5）理解缓变流断面的两个特征。
3.简单应用
（1）运用连续性方程式求流速或流量。
（2）运用实际液体总流的伯努利方程式进行有关计算。
（3）根据泵的输出功率公式进行有关计算。
4．综合应用
（1）综合运用连续性方程式和伯努利方程式求流量、压强，各水头。
（2）在有关离心泵的计算中，综合运用伯努利方程式和泵的输出功率公式求泵的有效功率和电动机的输入功率。
第四章  液流阻力和水头损失（12学时）
(一)学习目标
掌握流体水头损失计算方法；熟悉相关内容。
 (二) 课程内容
第一节     因次分析（2学时）
1．物理量的因次
2．因次齐次性
3． 定理
4．利用 定理求解函数形式
第二节     水头损失的分类（1学时）
1．水头损失
2．沿程阻力
3．沿程水头损失
4．局部阻力
5．局部水头损失
6．水力要素
5． 湿周
6． 水力半径
第三节     两种流动状态（1学时）
1． 层流
2． 紊流
3． 雷诺数
4． 层流和紊流的划分标准
第四节     圆管中的层流运动（4学时）
1． 了解圆管层流水头损失的计算公式（达西公式）的由来
2． 圆管层流水头损失的计算公式的应用
第五节     圆管中的紊流运动（2学时）
1．近壁层流层
2．绝对粗糙度
3．水力光滑管
4．水力粗糙管
5． 相对粗糙度
6．紊流水头损失的计算公式
第六节     局部水头损失（2学时）
1．简单举例，说明产生局部阻力的原因
2．局部水头损失的通用公式
(三) 考核知识点
1．水头损失
2．水力要素
3．层流和紊流
4．绝对和相对粗糙度
(四)  考核要求
1．识记
（1）记住水头损失的分类以及沿程水头损失和局部水头损失的概念。
（2）记住水力要素的含义以及湿周和水力半径的概念。
（3）记住层流和紊流的概念区分及其划分标准。
（4）记住雷诺数的公式及其含义。
（5）记住圆管层流水头损失的计算公式（达西公式）。
（6）记住近壁层流层的含义。
（7）记住近壁层流层厚度的计算公式。
（8）记住绝对粗糙度和相对粗糙度的概念。
（9）记住局部水头损失的通用公式。
2．理解：
（1）理解两种流动状态的含义。
（2）理解雷诺数的含义。
（3）理解圆管层流水头损失的计算公式（达西公式）的推导过程。
（4）理解产生局部阻力的原因。
3.简单应用
（1）根据水力半径定义计算水力半径。
（2）运用雷诺数对实际流动进行层流和紊流的判断。
（3）运用管层流水头损失的计算公式（达西公式）进行有关计算。
（4）运用紊流水头损失的计算公式进行有关计算。
（5）根据近壁层流层的定义计算其厚度。
（6）运用局部水头损失公式进行局部水头损失的有关计算。
4．综合应用
（1）综合运用雷诺数的公式和层流、紊流水头损失的计算公式求水头损失。
（2）综合运用伯努利方程式和水头损失公式进行有关计算。
第五章  管路的水力计算（9学时）
(一)学习目标
掌握有关压力管路的水力计算；熟悉相关的概念。
 (二) 课程内容
第一节     简单长管的水力计算（4学时）
1．管路分类
2．简单长管稳定流的能量平衡方程式
3．管路特性曲线
4. 利用简单长管的水力计算公式解决的三类问题。
第二节     串联管路和并联管路（2学时）
1． 串联管路
2． 并联管路
3． 串联管路的特点
4． 并联管路的特点
第三节     分支管路（2学时）
1． 分支管路的特点
2．分支管路的计算内容
第五节      管路中的水击现象（1学时）
1．水击现象
2． 简单介绍水击的防止与利用
(三) 考核知识点
1．管路分类
2．简单长管的水力计算
3．管路特性曲线
4．串联管路和并联管路
5． 分支管路
6． 水击现象
(四)  考核要求
1．识记
（1）记住管路的分类以及长管、短管的具体含义。
（2）记住层流和紊流的水力光滑区的水头损失计算公式。
（3）记住管路特性曲线的绘制方法。
（4）记住串联管路和并联管路的概念和特点。
（5）记住分支管路的特点。
（6）记住水击现象的概念。
2．理解：
（1）理解 ， ， 的由来。
（2）理解串联管路和并联管路的特点。
3.简单应用
（1）运用层流和紊流的水力光滑区的水头损失公式进行有关计算。
（2）根据串联管路和并联管路的特点计算流量和水头损失。
（3）仿照串联管路特点对分支管路进行水力计算。
4．综合应用
（1）综合运用雷诺数的公式和层流、紊流水力光滑区的水头损失公式求压降、最大输送量和设计管径。
（2）综合运用雷诺数公式和各水头损失公式对分支管路进行有关计算。
第六章  非牛顿液体的流动（5学时）
（一） 学习目标
掌握牛顿液体和非牛顿液体的概念；了解其相关计算。
 (二) 课程内容
第一节     非牛顿液体的流变性和分类（2学时）
1． 牛顿内摩擦定律的一般形式
2．牛顿液体的流变性
3．非牛顿液体的流变性
4．常见的非牛顿液体的分类
第二节     塑性液体（1学时）
1． 本构方程
2． 极限静切应力
3．极限动切应力
2． 牛顿液体的本构方程
3． 塑性液体的本构方程（宾汉公式）
4． 了解塑性液体的流动状态
第三节 拟塑性液体和膨胀液体（2学时）
1．拟塑性液体的流动特性
2．膨胀液体的流动特性
3．塑性液体和膨胀液体的本构方程（幂律方程）。
4．幂律液体的含义
5．了解管流的流动特性参数和基本方程
6．幂律流体层流时的沿程水头损失的计算
(三)  考核知识点
1． 牛顿液体
2． 非牛顿液体
3． 极限静切应力和极限动切应力
4．幂律液体
5．牛顿液体的本构方程
(四)  考核要求
1．识记
（1）记住牛顿液体的概念。
（2）记住非牛顿液体的概念及分类。
（3）记住极限静切应力和极限动切应力的概念。
（4）记住拟塑性液体和膨胀液体的流动特性。
（5）记住幂律液体的概念。
2．理解：
（1）通过非牛顿液体的流变曲线理解非牛顿液体的流变性。
3.简单应用
（1）运用牛顿液体的本构方程求牛顿液体所受的切应力。
4．综合应用
（1）综合运用本构方程和水头损失公式计算幂律流体的沿程水头损失。

四、学习教材和主要参考书
教材：
《水力学》,陈家琅编著，石油工业出版社  1980年12月第1版。
参考书：
1．《工程流体力学》,山东工学院、东北电力学院合编，电力工业出版社  1980年出版。
2．《工程流体力学》,陈静慧等编，大庆石油学院院内教材  1980年出版

五、有关说明与实施要求

（一） 关于“课程内容与考核目标”中有关提法的说明
    在本大纲的“考核知识点与考核要求中，对各个知识点按四个能力层次（“识记”、“领会”、“简单应用”、“综合应用”）分别提出要求，这些层次之间具有递进等关系。四个能力层次的含义：
识记：要求能够识别和记忆本课程中规定的有关知识点的主要内容（如定义、定理、定律、表达式、公式、原则、重要结论、方法、步骤及特征、特点等），并能根据考核的不同要求，做出正确的表述、选择和判断。
领会：要求能够领悟和理解本课程中规定的有关知识点的内涵和外延，熟悉其内容要点和它们之间的联系，并能根据考核的不同要求，做出正确的解释、说明和论述。
简单应用：要求能够运用本课程中规定的少量知识点，分析和解决一般应用问题。如简单的计算、绘图和分析、论证等。
综合应用：要求能够运用本课程中规定的多个知识点，分析和解决较复杂的应用问题。如简单计算、绘图、简单设计、编程和分析、论证等。

（二） 自学方法指导
   本课程是一门基础知识与应用技能并重的课程，因而在学习方法上也有其自身的特点。概括地说就是：对基本概念性的知识要弄清楚，对基本应用的操作要上机反复练习，对书中的习题要认真独立完成，还要注意归纳总结，勤做笔记，以巩固所学知识。在学完全部内容之后可再做一些综合练习，以使自己的操作技能得到进一步提高。
  为了帮助大家提高自学效果，以下几点方法可供参考：
1、 学习过程中要始终结合本大纲来学，在阅读教材的每一章内容之前，应先参看考试大纲中的这一章的知识点和学习要求，了解重点和难点以及对各知识点的能力层次的要求，能做到自学起来心中有数，从而能把握住学习内容的轻重和自学进度。
2、 读教材时要循序渐进，先粗读后细读。对大纲指出的重点要精读，吃透每一个知识点；对概念性的知识要深刻理解；对基本操作方法要熟练掌握并融会贯通。
3、 本课程是一门实践性很强的课程，因此，在学习过程中要实践，通过实践加深对教材内容的理解，提高学习效率。
4、 认真完成书中的习题有助于理解、消化、掌握和巩固所学的知识。应做到每一章学习结束后，章末的习题都能独立、正确、熟练地完成。
5、遇到疑难问题如果一时无法解决但不影响后续内容学习的可以暂搁一搁，之后可以利用社会助学或考前辅导之际得解决，也可找同学商量，集思广益，进行讨论。
6、学习时要注意归纳、总结和比较，以求对知识点的融会贯通。

（三）对社会助学的要求
1、 应以本大纲的制定的教材为基础、本大纲为依据进行辅导，不能随意增删内容或更改要求。
2、 应熟知本大纲对课程所提出的总的要求和各章的知识点，正确把握各知识点要求达到的层次，深刻理解对各知识点的考核要求。
3、 应对学习方法进行指导，提倡“仔细阅读教材，认真完成习题；主动获取帮助，依靠自己学通”的学习方法。
4、 应注意对考生自学能力的培养，引导考生逐步学会独立学习、独立思考、独立操作。在自学过程中要学会自己提出问题，经过分析自己做出判断，从而解决问题。
5、 本课程共4学分。因此应注意对考生实际操作能力的培养，不能简单地仅帮助考生解决这个问题，而是要善于启发、引导考生弄清为什么会出现这样的问题，用什么方法可以解决这类问题。以使考生理解问题出现的原因，掌握解决问题的办法。

（四）关于命题考试的若干问题
1、 本大纲各章所规定的考试知识点及知识点下的知识细目都属于考核的内容，考试命题覆盖到各章，适当突出重点章节，加大重点内容的覆盖密度。
2、 试卷中对不同能力层次要求的分数比例大致为：“识记”占30%，“领会”占30%，“简单应用”占20%，“综合应用”占20%。
3、 试题难易程度要合理，可分为：易，较易，较难和难四个等级。每份试卷中不同难度试题的分数比例一般一次为：   2：3：3：2。
4、 试题的主要题型主要有：名词解释、填空、单项选择、简答题和计算题。
5、 考试采用闭卷考试方式，时间为150分钟；试题分量以中等水平的考生在规定时间内答完全部试题为度；评分采用百分制，60分为及格；考试时只允许带笔、橡皮和直尺，答卷必须用钢笔，颜色规定为蓝色或是黑色，答题卡必须用2B铅笔填涂。

六、 题型举例

一、单项选择题
1．不可压缩恒定总流的连续性方程是
    A．                    B. 
 C．                      D. 
2．底宽 m，水深 m的矩形断面渠道，水力半径 等于
  A．0.5m                            B.1.0m
  C. 1.5m                            D.2.0m
二、填空题
1．应用牛顿内摩擦定律分析，当流体粘度一定时，影响流体的切应力大小的因素是                     。
2．如图为一分岔管路，已知两支管直径分别为 cm， cm，若两支管的断面平均流速比 ，则两支管的流量比 为                  。
三、名词解释
1．粘滞性
3． 水力坡度
四、简答题
1．试述水静力学基本方程式 常数及其各项的几何意义。
3． 试述绝对运动的伯努利方程式的应用条件和范围。
五、计算题
1．弧形闸门如图，闸门半径 m，垂直纸面的宽度 m ,水深 m， m，OA为水平面，求作用在闸门上水的总压力的水平分力和铅直分力。

2．图中水自压力容器恒定出流。设表压强 kPa， m，管嘴直径 m， m，不计水头损失，试求管嘴所受流体的水平作自考本科用力。