《水力学课程总结》PPT课件.pptVIP

1,量纲、单位；液体的主要物理性质：惯性与万有引力特性-,粘性-牛顿内摩擦定律,压缩性与表面张力特性,作用在液体上的力,第一章小节,2,第二章小节,一.静水压强的特性,1.沿受压面的内法线；2.作用在同一点各方向的静水压强大小相等.,二.液体平衡微分方程,综合式,积分式,3,等压面方程,等压面的性质,（1）等压面也是等势面；（2）等压面与质量力正交。,三.重力作用下静水压强的分布规律,1.水静力学基本方程,4,2.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、真空度,3.静水压强的图示,1.水静力学基本方程p=h;2.静水压强特性（大小、方向）,依据,5,四.压强的量测,关键：等压面原理,1.测压管；2U形压力计；3.压差计（比压计）；4.压力表；5.真空表。,五.作用在平面上的静水总压力,解析法：,图解法：yD：压强分布图形心,矩形断面,6,六.作用在曲面上的静水总压力,关键：压力体,七.浮体的平衡与稳定,1.潜体的平衡与稳定性,平衡条件,稳定性,7,关键：求三心,2.浮体的平衡与稳定性,（1）基本概念：定倾中心M、偏心距e、定倾半径、定倾高度hm=-e,e稳定平衡,=e随遇平衡,0,平底坡(平坡)i=0,反底坡(逆坡)i0,明渠均匀流动的形成条件,40,3.明渠均匀流的基本公式,谢才公式,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。,水力最佳断面,梯形断面最佳宽深比,矩形水力最佳断面：m=b/h=2,41,4.明渠均匀流水力计算的基本问题,校核已有渠道的输水能力,确定渠道底坡i,设计新渠道（决定断面形状尺寸b、h）,（1）宽矩形断面渠道，求正常水深h0。,（2）已知渠道宽深比=b/h0，求正常水深h0。,（3）已知Q、i、n、m和b(h0)，求正常水深h0(b)。,（4）给定最大允许流速v，求正常水深h0及b。,42,二.明渠恒定流的流动类型及其判别,当渠道中有障碍物产生干扰时，干扰波只能向下游传播。,急流,当渠道中有障碍物产生干扰时，干扰波既能向上游传播，又能向下游传播。,缓流,流动类型,缓流、急流中间存在不稳定的临界流。,临界流,43,1.波速法,2.弗劳德数法,44,3.断面比能法,4.水深法,临界方程,临界水深,45,5.底坡法,明渠中发生均匀流时的水深。,正常水深h0,明渠中对应断面比能Es最小的水深。,临界水深hcr,水流的正常水深刚好等于临界水深时的渠底坡度。,临界底坡icr,均匀流,46,水流从缓流向急流过渡的局部水力现象，称水跌（跌水）。,水流从缓流向急流过渡将经过临界水深，并且产生水面降落。,由缓坡接陡坡的渠道，缓坡渠道末端有跌坎，以及水库出口接陡坡渠道等一般都将产生水跌现象。,三.水跌与水跃,1.水跌,47,由缓坡接陡坡的渠道,缓坡渠道末端有跌坎,水库出口接陡坡渠道,48,2.水跃,水流从急流向缓流过渡时发生的水面突然跃起的局部水力现象，称水跃。,水跃函数,共轭水深：h、h,水跃方程,49,3.水跃的类型,按照水跃发生位置或ht与hc的对比关系分,远驱式水跃,临界式水跃,淹没式水跃,50,4.水跃长度及能量损失,水跃长度,以跃后水深表示,以跃高表示,以佛汝德数表示,能量损失,消能系数,消能功率,51,四.明渠恒定渐变流的基本微分方程,水力摩阻坡度,或,52,a,b,c,a,b,c,a,c,b,c,b,c,五种坡度的渠道共分十二个区，将产生十二种水面曲线。,五.棱柱形渠道中渐变流水面曲线定性分析,53,三步曲：分区、找控制水深、确定线型,定性分析水面曲线的步骤,1.分区：由底坡定N-N线、k-k线的位置（h0、hcr）,k-k线只与Q有关，与i无关，通常一k到底。,N-N线与Q、i有关，根据底坡定位置。,2.确定控制水深,长、直渠道干扰的远端为正常水深。,跌坎处以及缓坡向陡坡转折的水深均为临界水深。,急流的控制水深在上游；缓流的控制水深在下游。,3.确定线型,54,六.明渠渐变流水面曲线的定量计算,分段求和法,或,55,第八章小结,一.概述,按/H大小（堰以局部水头损失为主）,薄壁堰,实用堰,实用堰上闸孔出流堰流闸孔出流,宽顶堰,明渠流,（2）堰流、孔流的区别标准,宽顶堰上闸孔出流堰流闸孔出流,（1）堰的分类,56,二.堰流,1.薄壁堰,矩形薄壁堰（自由溢流，初设时可取）,三角形（900）,57,2.实用堰,m与、及有关，它分为：WES剖面和克-奥剖面（可查表）。,边墩、中墩的形状系数,（c）产生淹没水跃条件：下游水位超过堰顶的高度。,3.宽顶堰,有底坎直角进口有底坎园角进口,58,无坎宽顶堰：n堰孔数目；-中孔的流量系数；边孔流量系数,三.闸孔出流,流量系数,宽顶堰（平板闸门）（弧形闸门）,实用堰（平板闸门）（弧形闸门）,同实用堰。,判别标准，可查表。,59,淹没系数,宽顶堰上闸孔出流：淹没条件为,实用堰上闸孔出流：判别标准为,注意：两个判别（1）堰流、孔流；（2）自由、淹没。要会用公式计算工程实例。,60,本章小结,1.平移运动,2.变形运动,3.旋转运动,线变形速度,剪切变形速度,旋转角速度,101液体微团运动的基本形式,61,一.无涡流,10-2无涡流动和有涡流动,62,二.有涡流,10-2无涡流动和有涡流动,流线微分方程,涡线微分方程,迹线微分方程,63,10-3液体三元运动的连续方程,液体三元运动的连续方程,不可压缩液体的连续方程：,不可压缩液体的速度的散度必为零（内部没有奇点-源、汇）。,64,10-4理想液体的运动微分方程,理想液体运动微分方程（欧拉运动微分方程）,适用条件：恒定流、非恒定流、可压缩流、不可压缩流,65,可求解不可压缩液体的ux、uy、uz及p,液体平衡时：,欧拉平衡微分方程,66,10-6恒定平面势流,无涡流（有势流）,一.流速势函数,平面势流（无涡流）,是使uxdx+uydy为某一函数（x,y,t）的全微分的充分必要条件,无涡流的流速势函数,67,流速势函数的性质,1.流速势函数在某一方向m上的偏导数，等于流速u在该方向上的投影。,平面直角坐标系：,68,2.等势面（线）与流线正交，等势面过水断面。,3.流速势函数沿流线s方向增大。,4.流速势函数是调和函数。,调和函数,二.流函数,流函数存在的条件：满足不可压缩液体的连续方程,69,流函数,任何流动（无涡流、有涡流、理想液体、实际液体）都必须遵守连续方程，故不可压缩液体的平面流动中必然存在流函数，知道了流函数，就可以确定速度场u(x,y,z).,流函数的性质,1.流函数在某一方向m上的偏导数，等于流速u在m方向顺时针旋转90后m方向上的流速分量um。,2.流函数=const代表一条流线。,70,3.流函数沿流线s方向逆时针旋转90后的n方向增大。,4.任意两条流线的流函数之差等于这两条流线间通过的单宽流量q。,5.平面势流（无涡流）的流函数是调和函数。,71,管道,渠道,闸