水力学基本概念.docx

1 水力学定义：水力学是研究液体处于平衡状态和机械运动状态下的力学规律，并探讨利用这些规律解决工程实际问题的一门学科。2 理想液体：易流动的，绝对不可压缩，不能膨胀，没有粘滞性，也没有表面张力特性的连续介质。3 粘滞性：当液体处在运动状态时，若液体质点之间存在着相对运动，则质点见要产生内摩擦力抵抗其相对运动，这种性质称为液体的粘滞性。可视为液体抗剪切变形的特性。（没有考虑粘滞性是理想液体和实际液体的最主要差别）4 动力粘度：简称粘度，面积为1m2并相距1m的两层流体，以1m/s做相对运动所产生的内摩擦力。5 连续介质：假设液体是一种连续充满其所占空间毫无空隙的连续体。6 研究水力学的三种基本方法：理论分析，科学实验，数值计算。第1章 :水静力学 要点：（1）静水压强、压强的量测及表示方法；（2）等压面的应用；（3）压力体及曲面上静水总压力的计算方法。7 静水压强的两个特性：1）静水压强的方向与受压面垂直并指向受压面2）任一点静水压强的大小和受压面方向无关，或者说作用于同一点上各方向的静水压强大小相等。8 等压面：1）在平衡液体中等压面即是等势面2）等压面与质量力正交3）等压面不能相交4）绝对静止等压面是水平面5）两种互不相混的静止液体的分界面必为等压面6）不同液体的交界面也是等压面9 静水压强的计算公式：p=p0+10 绕中心轴作等角速度旋转的液体：11 绝对压强：以设想没有大气存在的绝对真空状态作为零点计量的压强，称为绝对压强。12 相对压强：13 真空度：是指该点绝对压强小于当地大气压强的数值，14 压强的测量：测压管，U型水银测压计, 差压计15 静止液体内各点，测压管水头等于常数， 16 作用在矩形上的静水总压力：（画图是考点）1）按一定比例，用线段长度代表改点静水压强的大小2）用箭头表示静水压强的方向，并与作用面垂直 P3717 静水总压力的计算：(为平面形心在点C液面下的淹没深度) （）18 矩形，绕形心轴的面积惯矩：。圆形平面绕圆心轴线的面积惯矩19作用在曲面上的静水总压力：， , tan20 沉体：如果质量力大于上浮力，物体就会下沉，直到沉到底部才停止下来，这样的物体称为沉体。 浮体：如果质量力小于上浮力，物体就会上浮，一直要浮出水面，且使物体所排开的液体的重量和自重刚好相等后，才能保持平衡状态，这样的物体我们称为浮体。（定倾中心要高于重心） 潜体：质量力等于上浮力，物体可以潜没于水中任何位置而保持平衡，这样的物体称为潜体。（重心位于浮心之下）21 平衡的稳定性：是指已处于平衡状态的潜体，如果因为某种外来干扰使之脱离平衡位置时，潜体自身恢复平衡的能力。22 压力体剖面图：1）受压曲面本身2）液面或者液面的延长面3）通过曲面的四个边缘向液面或液面的延长面所做的铅锤平面。第二章：液体运动的流束理论23 恒定流：在流场中任何空间点上所有的运动要素都不随时间而改变。 非恒定流：流场中任何空间点上有任何一个运动要素是随时间而变化的，这种流称为非恒定流24 流线：某一瞬时在流场中绘出的一条曲线，在该曲线上所有各点的速度向量都与该曲线相切。 迹线：某一液体质点在运动过程中，不同时刻所流经的空间点所练成的线称为迹线。25 恒定总流得连续性方程：26 均匀流：水流的流线为相互平行的直线。 非均匀流：水流的流线不是互相平行的直线。 渐变流：当水流的流线虽然不是互相平行直线，但几乎近于平行直线时成为渐变流（流线之间夹角很小或流线曲率半径很大）。 若流线之间夹角很大或者流线的曲率半径很小，这种水流称为急变流。27 不可压缩液体恒定总流得能量方程：条件：恒定流，只有质量力，断面符合渐变流，两个断面之间，流量保持不变，没有加入或者流出 注意：同一基准面，压强必须采用相同的标准，管道选管轴中心，明渠选自由液面，可以取128 J总水头线坡度：简称水力坡，总水头线沿流程的降低值与流程长度之比。29 恒定总流的动量方程：注意：首先确定投影轴，并表明轴的方向，必须是输出的动量减去输入的动量第三章：液流形态及水头损失30 水头损失的必备条件：1）液体具有粘滞性2）由于固体边界的影响，液流内部质点之间产生相对运动。宽浅明渠：31 湿周：液流过水断面与固体边界接触的周界线 水力半径R：过水断面的面积与湿周的比值32 水头损失公式： ，达西公式 33 雷诺Re=；粘性底层的厚度：34 层流：当流速较小时，各流层的液体质点是有条不紊地运动，互不混杂 紊流（湍流）：当流速较大时，各流层的液体质点形成涡体，在流动过程中，互相混掺35 i 光滑区 1） 波拉休斯公式： 4000Re2） 尼库拉兹公式： Re ii 过渡粗糙区6 3000Re6 Re36沿程水头损失的经验公式-谢齐公式 曼宁公式：C= 巴甫洛夫斯基公式：C= y=2.5 R1.0m时 y=1.337 局部水头损失：进水口： ；出水口： ；局部扩大：；局部缩小：()第四章：有压管中的恒定流要点：（1）长管与短管的概念；（2）长管与短管的水力计算方法；（3）倒虹吸管与虹吸管的概念。虹吸管：是一种压力输水管道，顶部弯曲且其搞成高于上游供水水面。跨越高低，减少挖方。长管：水头损失以沿程水头损失为主，其局部水头和流速水头在总损失中所占比例很小，计算时可以忽略不计的管道短管：局部损失及流速水头在总损失中占有相当的比重，计算时不能忽略的管道。38 简单管道：管道直径不变且无分支的管道 自由出流：管道出口水流流入大气，水股四周都受大气压强的作用 其中：为管道系统的流量系数 A= 淹没出流：管道出口如果淹没在水下，则称为淹没出流 其中：为管道系统的流量系数长管：H= 流量Q= 流量模数K=AC 谢齐系数C= (考虑技术要求和经济条件)39 串联管道 串联管到 并联管道 ， , 分叉管道：= = 40 沿程均匀泄流管道的水力计算：=;第五章：明渠恒定均匀流要点：（1）明渠均匀流的概念；（2）明渠均匀流水力计算方法；（3）正常水深的概念及表示方法；（4）水力最佳断面的概念及梯形断面明渠的水力最佳断面比：（5）宽浅式明渠的概念：断面为宽而浅的明渠41 明渠恒定均匀流：在明渠恒定流中，如果流线是一簇平行直线，则水深、断面平均流速及流速分布均沿程不变，则称为明渠恒定均匀流。否则若流线不是平行直线，则称为明渠恒定非均匀流。42 1）计算水面宽度2）过水断面面积3）湿周4）水力半径 BAR矩形b梯形圆形43 棱柱体渠道：断面形状，尺寸及底坡沿程不变，同时又无弯曲的渠道 非棱柱体渠道：断面形状，尺寸及底坡沿程改变44 明渠均匀流得计算公式： 设计流量一定时的水深即为正常水深45 水力最佳断面： 已知设计流量时面积最小或过水面积一定时流量最大；矩形或者梯形的水力最佳断面实际上是半圆的外切多边形断面 梯形水力最佳断面的水力半径等于水深的一半46 粗糙度：第六章：明渠恒定非均匀流要点：（1）急流、缓流及临界流的概念与判别方法；,（2）比能函数曲线及其特点；下端以水平线为渐近线，上端以与坐标轴成45o夹角并通过远点的直线为渐近线（3）小底坡棱柱体明渠非均匀流断面比能沿程的变化规律。（4）矩形断面临界水深的计算方法；（5）临界流方程的导出。（6）12种水面曲线的型式、特点及适用范围P23647 波速 弗劳德数为急流48 断面比能：如果把参考基准面选在渠底这一特殊位置，把通过对渠底水平面所计算得到的单位能量。P220 断面比能函数49 临界水深：相应于断面单位能量最小值的水深 矩形断面： 50 临界底坡：均匀流的正常水深恰好与临界水深相等51棱柱体明渠渐变流水面线的变化规律：52 棱柱体明渠中恒定非均匀渐变流水面曲线分析P23253棱柱体明渠中恒定非均匀渐变流水面曲线计算： 其中： 转化成差分方程：54 付流：当水流通过弯道时，液体质点除受重力外，同时还受到离心惯性力的作用，在这两种力的作用下，水流除具有纵向流速（垂直于过水断面）还有径向和竖向流速，由于几个方向的流动交织在一起，在横断面上产生的一水流成为，从属于主流，不能独立存在。55 明渠水流的三种流态：缓流，临界流，急流第七章：水跃要点：（1）水跃的概念；（2）水跃的产生条件。56 水跃：当明渠中的水流由急流状态过渡到缓流状态时，会产生一种水面突然跃起的特殊的局部水力现象，即在较短的区段内水深从小于临界水深急剧地跃到大于临界水深。这一特殊的局部水力现象称为水跃。57