《水力学高起本用》PPT课件.ppt

水力学（高起本用）,期末课程答疑 主讲老师：王素芬 2006/3,水力学重点及难点,液体的主要物理性质粘滞性 粘滞性是液体在流动中产生能量损失的根本原因。 粘滞性是理想液体和实际液体的主要区别。 牛顿内摩擦定律 -描述液体内部的粘滞力规律 牛顿内摩擦定律适用范围： 1)牛顿流体， 2)层流运动,Chapter 1,液体的主要物理性质可压缩性：在研究水击时需要考虑。 作用在液体上的两类作用力表面力和质量力,Chapter 1,4、液体的边界条件,Chapter 2,水静力学包括静水压强和静水总压力两部分内容。 通过静水压强和静水总压力的计算，我们可以求作用在建筑物上的静水荷载。,水力学重点及难点,静水压强： 掌握静水压强特性,等压面,水头的概念，以及静水压强的计算和不同表示方法。 重力作用下静水压强的基本公式 p=p0+h,其中 ： z位置水头， p /压强水头 （z + p /测压管水头 “水头”:表示单位重量液体含有的能量。,水力学重点及难点,压强的三种表示方法： 绝对压强p，相对压强p， 真空度pv, 要掌握绝对压强、相对压强和真空度三者的概念和它们之间的转换关系。 1pa(工程大气压) =98000N/ m2 =98KN/m2,水力学重点及难点,静水总压力的计算 静水总压力求解包括求力的大小、方向和作用点，受压面可以分为平面和曲面两类。根据平面的形状：对规则的矩形平面可采用图解法，任意形状的平面都可以用解析法进行计算。在计算曲面静水总压力时，要注意压力体的绘制。,(a)三角形压强分布图,(b)梯形压强分布图,静水总压力大小和方向,矩形平面单位宽度受的静水总压力是压强分布图的面积,矩形所受总压力,方向：垂直指向受压面,解析法求作用于任意平面上的静水总压力,静水总压力的作用点一般在受压面形 心以下,压力体的构成,水力学重点及难点,三大方程 连续方程 v1A1= v 2A2 能量方程 能量方程应用条件： 恒定流，只有重力作用，不可压缩、渐变流断面，无流量和能量的出入,液体运动的基本概念 流动的分类、断面平均流速及流线、迹线概念,Chapter 3,水力学重点及难点,能量方程应用注意事项: 选择统一基准面便于计算、选计算断面、选典型点计算测压管水（压强计算采用统一标准）,孔口恒定出流 、 毕托管、文丘里流量计 、管嘴出流,能量方程应用：,能量方程图示,掌握总头线、测压管水头线、水力坡度的概念及水头线的绘制。,恒定总流动量方程,水力学重点及难点,a)动量方程是矢量方程，要建立坐标系。（所建坐标系应使投影分量越多等于0为好，这样可以简化计算过程。） b)流速和力矢量的投影带正负号。（当投影分量与坐标方向一致为正，反之为负） c)等号左边为流出动量减去流入动量。,水力学重点及难点,液体的两种流态和判别 雷诺实验 层流 液体质点互相不混掺的层 状流动。 紊流 存在涡体质点互相混掺的 流动。 流态的判别：雷诺数Re ReRek 层流 ；ReRek 紊流 雷诺数是重要的无量纲数，它的物理意义表示惯性力与粘滞力的比值。,Chapter 4,水头损失（沿程水头损失和局部水头损失）,理想液体只有能量转换，而没有能量损失,产生水头损失的两个条件,液体具有粘滞性(内因) 固体边界的影响，液体质点间产生相对运动(外因),水力学重点及难点,的变化规律 尼古拉兹实验 （人工粗糙管）,水力学重点及难点,几个重要公式 达西公式 谢才公式 曼宁公式,水力学重点及难点,简单管道水力计算 短管水力计算 自由出流 淹没出流 长管水力计算方法 水击现象和水击分类,Chapter 5,管道分类,复杂管道水力计算 （并联）,水力学重点及难点,明渠均匀流特征： （1）水深，底坡沿程不变及过水断面形状尺寸不变 （2）断面平均流速沿程不变 （3）三线平行J = Jz= i 均匀流形成条件： 恒定流，长直棱柱体渠道，正坡渠道，糙率沿程不变,Chapter 6、7,水力最佳断面,水力学重点及难点,明渠均匀流公 公式 明渠均匀流水力计算类型： （1）求流量Q （2）求渠道糙率n （3）求渠道底坡： （4）设计渠道断面尺寸,水力学重点及难点,明渠水流流态的判别：,水力学重点及难点,佛劳德数Fr： 佛劳德数Fr是水力学中重要的无量纲数，它表示惯性力与重力的对比关系 断面比能Es和比能曲线：,比能及比能曲线,缓流,急流,水力学重点及难点,临界水深和临界底坡 矩形断面 水跃：由急流向缓流过渡产生的水力突变现象。（从小于临界水深到大于临界水深） 水平矩形断面明渠水跃： （1）水跃方程： J（h1）=J（h2）,（2）共轭水深公式：,水力学重点及难点,水面线变化规律 2条水深线把5种底坡上的流动空间划分为12个流区，每个流区有一条水面曲线。 壅水曲线 （水深沿流程增加）； 降水曲线（水深沿流程减小）,水跃函数曲线,五种底坡十二条水面曲线,1,水力学重点及难点,堰流基本公式 堰流分类：薄壁堰、实用堰、宽顶堰 闸孔出流基本公式,堰闸出流的特点,Chapter 8、9,常用消能方式：底流消能、条流消能和面流消能,水流衔接形式 当hthc 远驱水跃 当ht= hc 临界水跃 当ht hc 淹没水跃,水力学重点及难点,底流消能降低护坦消力池设计 (1)消力池深d (2)消力池长度的计算 (由于消力池末端池壁的作用,消力池中水跃长度比自由水跃Lj短) Lk=(0.70.8)Lj,水力学重点及难点,渗流及渗流模型 （1）渗流模型概念：忽略全部土壤颗粒的体积（或存在），认为地下水的流动是连续地充满整个渗流空间。 （2）渗流模型的条件：与实际渗流保持相同的边界条件、渗流流量和水头损失。 渗流基本定律：达西定律 = kJ 式中：J渗透坡降；k土壤的渗透系数，表示土壤渗透能力的大小 适用范围：恒定均匀层流渗流,Chapter 10,水力学重点及难点,恒定无压渐变渗