水力学总结.doc

l 流体的力学特征：静止时抗拉；运动时抗拉，抗切l 连续介质模型概念：把流体视为密集质点（含有大量分子，体积忽略不记，具有一定质量的流体微团）构成的无空隙连续介质，且其所有的物理量都是空间坐标和时间的连续函数的一种假设模型l 流体的主要物理性质：1. 惯性（不可压缩流体，可压缩流体）；2. 粘滞性 （动力粘滞系数，运动粘滞系数 ） m随压强变化不大，温度升高液体粘滞系数降低，气体粘滞系数升高。理想流体不考虑粘滞性 3 压缩性和热胀性 4 表面张力特性（毛细现象 测压管的管径不小于10mm） 5 汽化压强（空化和气浊现象）l 静压强的两个特征:特征1: 静压强的方向与作用面的内法线方向一致特征2: 静压强的大小与作用面方位无关, 只与空间坐标点的位置有关.l 重力作用下静止液体压强分布规律:压强p的大小与水深h成正比,与液体体积无直接关系;压强相等时,水深h为常数,即等压面与液面平行的水平面；对于任意两点压强: pB=pA+ghAB；压强等值传递l 压强的量度方法及计算量换算：绝对压强：pabs 0 相对压强：p=pabs-pa真空压强：pv=pa-pabs=-p标准大气压：1atm=101.3kpa=10.33mH2O=760mmHg工业大气压：1at=98kpa=10mH2O=736mmHgl 液柱式测压计测压原理：等压面是指流体中压强相等p=Const的各点组成的面l 液体的相对平衡：1 处于相对平衡的流体，质量力除重力外还有牵连惯性力，因此等压面不是水平面2 处于相对平衡的流体，只要单位质量力在铅直轴向分力与重力一致，则铅直方向的压强分布规律与静止液体相同3 处于相对平衡的流体，各点测压管水头不是常数压强分布图和曲面压力体的绘制：1. 根据基本方程式p=h绘制静水压强大小;2. 静水压强垂直于作用面且为压应力；3. 在受压面承压的一侧，以一定比例尺的矢量线段表示压强的大小和方向解析法：潜没在液体中的任意形状的静水总压力P，大小等于受压面面积A与其形心点的静压强pc之积 总压力作用点：yD=yc+1 当平面面积A与形心淹没深度不变时，平面上的总压力大小与平面倾角无关2 压力作用点的位置与受压面倾角无关，并且压心总是在形心之下。随受压面淹没深度的增加，总压力作用点靠近受压面形心。只有当受压面位置为水平位置时，压心与形心才重合。3 总压力的方向沿受压面的内法线方向图解法： 静水总压强大小等于压强分布图的体积，其作用线通过压强分布图的形心，该作用线与受压面的交点便是总压力的作用点。l 平面和曲面上液体的总压力计算： 水平分力：作用于曲面上的静水总压力P的水平分力Px等于作用于该曲面的垂直投影面上的静水总压力，方向水平指向受力面，作用线通过铅直垂面积Az的压强分布图的重心。 垂直分力：作用于曲面上的静水总压力P的铅直分力Pz等于该曲面上的压力体所包含的液体总重量，其作用线通过压力体的重心，方向铅直指向受力面。 实压力体：Pz方向向上 虚压力体：Pz方向向上l 流体运动的两种描述方法以及欧拉法的若干基本概念 拉格朗日法：是以流场中每一流体质点作为描述对象的方法，它以流体个别质点随时间的运动为基础，通过综合足够多的质点运动求得整个流动。 欧拉法：以不同时刻流场作为描述对象研究流动的方法，将个别流体质点运动过程置之不理，而固守于流体空间各点。通过观察在流体空间中的每一个空间点上是运动要素随时间变化，把足够多的空间点综合起来而得到的整个流体的运动情况 恒定流：流场各空间点上诸多水力运动要素均不随时间而变化 一元，二元和三元流动 迹线 流线：变色表示某一瞬间流体各质点流动的趋势的曲线，曲线上任一点的切线方向与该点的流速方向重合。1. 同一时刻的不同流线，不能相交2. 流线不能是折线，而是一条光滑的曲线3. 流线簇的疏密反映了速度的大小 均匀流：流线是平行直线的流动，各过水断面上的流速分布沿程不变 非均匀流（渐变流，急变流） 流管和流束 过流断面 元流和总流 流量和断面平均流速l 三大方程及其工程应用 连续性方程：理想流体或实际流体；恒定六或非恒定流；可压缩流体或不可压缩流体 总流连续性方程：v1A1=v2A2 应用条件：恒定流动，不可压缩流体；方程不涉及力的运动学方程，故对理想流体和实际流体均适用；总流沿程不变。 伯诺里方程：适用条件 恒定流；不可压缩流体；质量力只有重力；所选取的两个过水断面必须是渐变流或均匀流断面，但两过水断面之间可以是急变流；总流的流量沿程不变，两断面间无合流或分流（可近似应用）；两过水断面之间除了水头损失以外，总流没有能量输入或输出（可采用补充公式）；式中各项均为单位重量流体的平均能量，对流体总重量的能量方程，各项相应乘以gQ 恒定总流动量方程：适用条件 恒定流；过流断面为渐变流断面；不可压缩流体；无分流合流（可采用补充公式）l 流体微团运动的分析、平面无旋流动、几种基本平面势流的若干基本概念和基本公式 微团运动的组成分析：1. 平移运动速度：由于微团平移在各质点引起的速度2. 线变形速度：3. 角变形速度：4. 旋转角变形速度： 有旋流：旋转变形角速度三者之中，至少有一个不为0l 基本量纲体系和量纲和谐原理：基本量纲和导出量纲量纲和谐原理：凡是从客观规律的物理方程，其各项的量纲都必须是一致的，及只有方程两边量纲相同，方程才能成立。l 瑞利法和p定理两种量纲分析法：瑞利法：一般情况下，要求相关物理量个数n不超过4个，待测量纲指数不超过三个p定理：在管流中，一般选d，n， r三个基本变量，而在明渠流中，则常选用H， n， r。l 保证流动相似的条件几何相似，运动相似，动力相似和初试条件和边界条件相似l 雷诺模型律和弗劳德模型律及其应用场合雷诺模型律 适用条件：水流阻力起主要作用的有压流动，如层流状态下的管道，隧道中的有压流动和潜体绕流问题等 弗劳德模型律： 适用范围：凡有自由水面并且允许水面上下自由变动的各种流动，如堰坝溢流，孔口出流，明槽流动，紊流阻力平方区的有压管流与隧道流动等l 流态及其判别圆管流态判别： 层流 Re2300非圆通道：以水力半径为特征量 l 均匀流动方程式1. 均匀流动方程式是根据作用在恒定均匀流段上的外力相平衡，得到的外力平衡关系式，并没有反映流动过程中产生沿程水头损失的物理本质2. 公式推导未涉及流体质点的运动情况，因此该式对层流和紊流都适用3. 明渠均匀流也可以用上式，但其过流断面为非对称的，边壁切应力分布也不均匀，式中为平均切应力l 圆管层流、紊流断面流速分布特征圆管层流流速分布：流速呈旋转抛物线分布 圆管紊流的流速分布：1. 粘性底层 线性分布； 2. 紊流核心处 对数规律分布或指数规律分布l 流动的阻力分区及其流动特征（尼古拉兹曲线和穆迪图）尼古拉兹实验曲线存在5个阻力区：1. AB线层流区，l=f(Re) ，l=64/Re， Re4000，随Re的增大，k/d大的管道，实验点在Re较低时便离开曲线4. CD，EF线间紊流过渡区，l=f(Re，ks/d) 不同相对粗糙管的实验点分别落在不同曲线上5. EF右侧水平直线族紊流粗糙区l=f(ks/d) 对于一定的管道，l是常数 由于工业管道和尼古拉兹人工粗糙管道粗糙均匀性的不同，穆迪图与尼古拉兹曲线在紊流过渡区存在较大差别。l 沿程损失（）和局部损失（ ）的计算（包括层流和紊流）层流沿程阻力系数： 紊流沿程阻力：尼古拉兹曲线和穆迪图局部损失： 突然扩大管： 当流体在淹没情况下，流入断面很大的容器时，作为突然扩大的特例 与扩大前的流速对应 突然缩小管： 与收缩后断面流速相对应l 边界层概念和绕流阻力雷诺数很大时，粘性小的流体沿固体壁面流动时壁面附近受粘性影响显著的薄流层绕流阻力： （A绕流体在垂直于来流方向的投影面积） l 恒定孔口自由、淹没出流的特征和计算恒定孔口自由出流：收缩断面流速 （ ） 孔口流量 薄壁小孔口在Re很大时， 淹没出流：收缩断面流速： 孔口流量：l 圆柱形外管嘴恒定出流特征、计算和正常工作条件圆柱形外管嘴出流： 正常工作条件: 作用水头：H09m ( ) 管嘴长度：l=(34)dl 虹吸管、水泵吸水管特征和计算虹吸管：管道轴线的一部分高出无压的上游供水水面（一水池高于另一水池，虹吸管中充满水，有部分管道高于上游的供水自由液面） 工程上虹吸管内最大真空高度不超过水泵吸水管：离心泵吸水管水力计算，主要为确定泵的安装高度 防止气浊现象（当2断面绝对压强低于该水温时的汽化压强）l 短管、长管水力计算的差别：长管：指管道中以沿程水头损失为主，局部水头损失和流速水头所占比重小于（5%10%）的沿程水头损失，可予以忽略的管道短管：局部水头损失和流速水头不能忽略l 串、并联管道的水力特征串联：质量守恒 若节点处q=0,则各段Q相等；若有流量分流 Q=q+Q 能量守恒 并联：质量守恒 能量守恒 l 管网水力计算、水击的基本概念和公式支状管网和环状管网水击现象：在有压管道系统中，由于某一管路中的部件工作状态的突然变化，就会引起管内液体流速的急剧变化，同时引起液体压强大幅波动 直接水击： 间接水击： 水击波的传播速度c： K水的体积模量，K =