《水力学总复习》PPT课件.ppt

1,工程流体力学,总 复 习（1）,2,复习计划,第一次复习课：第一、二、三、四章 第二次复习课：第五、七、八、九章,3,第一章 绪论,一、连续介质的概念 二、液体的主要物理性质： (1)惯性、质量、密度 (2)易流动性、压缩性与表面张力特性 (3)粘性：牛顿内摩擦定律 三、理想流体与实际流体模型 四、作用在液体上的力 质量力、表面力,4,第二章 流体静力学,一.静压强的特性,1.垂直指向受压面。 2.在同一点各方向的静压强大小与受压面方位无关.,二.液体平衡微分方程,综合式,积分式,5,等压面,等压面的性质,（1）等压面为等势面； （2）等压面与质量力正交。,等压面是水平面的条件,（1）单一重力 （2）同一介质 （3）连续,6,2. 基本概念,位置水头、压强水头、测压管水头 绝对压强、相对压强、真空压强。,三.重力作用下静水压强的分布规律,1. 静力学基本方程,7,绘制原则: 找已知点压强. 根据静压强基本公式 计算点压强。 依据静压强的两个特性绘图. 绘制要求:表示出压强的方向（特性1）； 表示出压强的大小（特性2，定性画）； 举例,3. 静压强分布图,8,四. 点压强的计算,1.找已知点压强； 2.找出等压面； 3.由静压强基本方程逐步推求未知点压强;,9,（1）作用在平面上的静水总压力大小: （2）压力中心（作用点）: （3）方向:垂直指向受压面.,五. 作用在平面上的静水总压力,10,（1）水平分力： （2）垂直分力： （3）总压力： （4）总压力作用线的方向：,五. 作用在曲面上的静水总压力,11,关键：压力体画法,以曲面为底面，向自由液面（自由液面延长面）投影，曲面、铅锤面、自由液面所包围的水体为压力体。压力体与水在同一侧为实压力体，铅锤分力方向向下。反之，为虚压力体，铅锤分力方向向上。,12,第三章 流体运动学,一. 描述液体运动的两种方法,拉格朗日法,欧拉法,13,迁移 加速度,由流速不均匀性引起,由流速不恒定 性引起,加速度分量形式,时间加速度,14,二、欧拉法的基本概念,迹线和流线 恒定流、非恒定流 均匀流、非均匀流（渐变流、急变流） 流管、元流、总流和过流断面 流量和断面平均流速 一元流、二元流和三元流,15,或,三. 连续性微分方程,16,能量方程,实际液体恒定总流的能量方程,理想流体元流能量方程,实际流体元流能量方程,第四章 流体动力学,17,例题1: 如图示,有一供水系统,集水井水面与水池水面高差 z=8m, 水泵的扬程H=15m,水泵吸水管、压水管d=0.2m,管路总的水头损失 ， 为管中断面平均流速,求供水流量Q=?,18,恒定总流的动量方程,表面力、质量力、固体边界的反作用力,该方程是矢量方程，应用时一般都要写成分量形式，一定是输出的动量减去输入的动量。,19,应用举例,20,工程流体力学,总 复 习（2）,21,一.液体流动的两种型态,液体质点互不混掺，做有条不紊的直线运动；,1.层流,形成涡体，液体质点脉动、互相掺混；,2.紊流,3. 流态的判别 雷诺数,表示惯性力与粘滞力的对比关系,圆管,非圆形断面的管道或渠道,第五章 流动阻力与能量损失,22,二.水头损失,三.沿程水头损失的计算公式,1. 均匀流基本方程,2.圆管过水断面上切应力的分布,水力半径,23,四.圆管中的层流运动,圆管层流中流速为抛物型分布（旋转抛物面）,24,2.紊流切应力,牛顿粘滞切应力,紊流附加切应力,五.紊流的特征,1. 紊流中运动要素的脉动,瞬时流速,时均流速,脉动流速,25,3.粘性底层,紊流中，在固体边界处，粘滞力起主要作用，靠近固体边界处流体作层流运动，这层流体叫做粘性底层（厚度0）。粘性底层的厚度很薄，一般为十分之几毫米。粘性底层在流体力学研究中有非常重要的意义。,l与雷诺数、沿程阻力系数、管径有关。,26,4.紊流分区,水力光滑管区,过渡区,水力粗糙管区,水力光滑管、水力粗糙管不是一成不变的。,27,抛物型分布,对数分布,5.圆管紊流流速分布,紊流流速分布均匀化了，所以，工程上动能 修正系数 ，动量修正系数 。,28,六.尼古拉兹试验（ 的变化规律）,29,沿程损失系数的五个分区,1I区，Re2300，层流区，=f (Re)=64/Re，hf v 2II区，Re=23004000，层流到紊流过渡区， = f (Re) 3III区， 4000 Re 105 ，紊流水力光滑区 =f (Re ). 4IV区，过渡粗糙区 =f (Re、 ) 5V区，紊流水力粗糙管区，=f ( ). （阻力平方区）,30,七. 明渠沿程水头损失计算公式,经验公式,2. 谢才系数C,采用经验公式计算C时，只适用于阻力平方区，水力半径以米计。,曼宁公式,巴氏公式,1. 谢才公式,31,十一. 局部水头损失的计算,计算局部水头损失的公式,突然放大,淹没出流,32,第七章 孔口、管嘴与有压管流,一、孔口出流,薄壁孔口 与 厚壁孔口,小孔口,大孔口,自由出流,淹没出流,恒定出流,非恒定出流,孔口的分类,33,2.孔口出流水力特征,34,二、管嘴出流,2.外延管嘴工作条件,收缩断面真空压强,1.管嘴出流水力特征,35,管流的分类,长 管,短 管,简单管路,复杂管路,串联管路,并联管路,沿程途泄,管 网,（1）.概述,三、管路的水力计算,36,（2）短管的水力计算,（1） 短管的所有公式都不用记忆，可列能量方程推导；,要点,（2） 不要丢掉任一个局部水头损失；,流量公式,流量 系数,37,规律： （1）总水头线沿程总是下降的。 （2）测压管水头线总是在总水头线的下方。 （3）测压管水头线沿程可升可降。（视断面大小） （4）均匀管道测压管水头线与总水头线平行,测压管水头线与总水头线的画法,38,举例,39,例2： 水泵的水力计算 离心水泵，Q=0.02m3/s，管长 允许吸水真空压强 ， 安装高度 试：校核水泵的安装高度是否合理？ 求最大安装高度？,40,（3）长管的水力计算,（1）简单管路,阻力平方区,过渡区或光滑区,比阻,修正系数、查表,41,（2）复杂管路,1.串联管路,2. 并联管路,节点流量,42,举例：如某输水系统，知各段管长，管径，水流处于紊流粗糙区，知 ，末端流量、转输流量已知。水塔处、管道末端地形高程已知，管道末端自由水头已知,求水塔高?,43,第八章 明渠恒定流,明渠的分类,棱柱型渠道,非棱柱型渠道,1.按纵向几何条件划分,梯形渠道,3.按底坡分类,顺坡（正底坡)i 0,平坡(平底坡) i = 0,逆坡(反坡) i 0,2.按横向几何条件划分,矩形渠道,.,44,1.底坡线、水面线、总水头线三线平行。,（一）明渠恒定均匀流的水力特征,2.水深、过流断面平均流速及流速分布等水力要素沿程不变。,3.水体重力沿水流方向的分力=渠道对水流的摩阻力。,一、明渠恒定均匀流,45,（二）明渠均匀流动的形成条件,1.恒定流 ，沿程无流量的流入或流出。,2.长、直的棱柱型渠道 ， n 沿程不变。,3. i 0 （顺坡渠道）,（运动条件）,（几何条件）,（动力条件）,46,（三）明渠均匀流的基本公式,C-谢才系数,（动力方程）,（连续性方程）,流量模数,曼宁公式：,巴氏公式：,47,（1）水力最优断面,定义： 过流断面的面积、糙率、底坡一定，通过的流量最大的断面形状与尺寸。,梯形断面最佳宽深比,水力最优不一定工程最优!,（四）水力最优断面,48,（一）流动类型及判别标准,二、 明渠恒定非均匀流,49,（二）断面单位能量（断面比能）,临界水深与临界流方程,矩形渠道 临界水深,普通形式,50,水流从缓流向急流过渡的局部水力现象，称跌水（水跌）。,水流从缓流向急流过渡将经过临界水深，产生水面跌落。,（三）水跌与水跃,1.跌水,51,2.水跃,水流从急流过渡到缓流时，发生的水面突然跃起的局部水力现象，称为水跃。,共轭水深：,水跃方程,52,3. 水跃的型式,远驱式水跃,临界式水跃,淹没式水跃,53,（五）棱柱形渠道中渐变流水面曲线定性分析,54,55,第九章 堰流,一.堰的分类,（1）按/H大小,薄壁堰,实用堰,淹没出流,宽顶堰,（2）按水流形态,自由出流,56,二.堰流基本公式,三、宽顶堰自由出流水力特征,水面