水力学重点及难点水力学公式PPT课件

1、水力学重点及难点水力学重点及难点2.液体的主要物理性质可压缩性：在研究水击时需要考虑。3.作用在液体上的两类作用力表面力和质量力Chapter 14、液体的边界条件第1页/共37页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。 第2页/共37页水力学重点及难点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。 v 重力作用下静水压强的基本公式 p=p0+h 第3页/共37页Cpz 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

2、量液体含有的能量。 第4页/共37页2211pzpz 1201z1p2z2p第5页/共37页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 第6页/共37页水力学重点及难点水力学重点及难点v 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。 第7页/共37页(a)三角形压

3、强分布图(b)梯形压强分布图第8页/共37页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bP方向：垂直指向受压面第9页/共37页解析法求作用于任意平面上的静水总压力Appc静水总压力的作用点一般在受压面形 心以下第10页/共37页压力体的构成第11页/共37页水力学重点及难点水力学重点及难点v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 v 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 3whgvpzgvpz222222221111第12页/

4、共37页水力学重点及难点水力学重点及难点 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：第13页/共37页能量方程图示掌握总头线、测压管水头线、水力坡掌握总头线、测压管水头线、水力坡度的概念及水头线的绘制。度的概念及水头线的绘制。vo11gv2200v0gv2222gvhHw220v总水头线测压管水头线H第14页/共37页xxxFvvQ)(1122yyyFvvQ)(1122zzzFvvQ)(1122v恒定总流动量方程 第15页/共37页水力学重点及难点水力学重点及难点 a)

5、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。 第16页/共37页水力学重点及难点水力学重点及难点v 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。v流态的判别：雷诺数ReReRek 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第17页/共37页v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

6、能量损失产生水头损失的两个条件1.液体具有粘滞性(内因)2.固体边界的影响，液体质点间产生相对运动(外因)AR 第18页/共37页水力学重点及难点水力学重点及难点v的变化规律 尼古拉兹实验 （人工粗糙管） 第19页/共37页水力学重点及难点水力学重点及难点v几个重要公式 达西公式谢才公式 曼宁公式 gvRlhf242gvdlhf22RJCv 611RnC 第20页/共37页水力学重点及难点v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 v水击现象和水击分类 JKQ Chapter 5v管道分类gHAQc2gzAQc2v复杂管道水力计算 （并联）第21页/共37页水力学重点及难

7、点v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 v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、7v 水力最佳断面第22页/共37页水力学重点及难点v明渠均匀流公公式v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 RiACQiKQ RACKlzzi21第23页/共37页水力学重点及难点v明渠水流流态的判别： 判别指标VwFrhk，ik （均匀流）缓流V hki ik 急流V VwFr 1h ik 临界流 V = VwFr

8、 = 1h=hki = ik 第24页/共37页水力学重点及难点水力学重点及难点v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18.断面比能Es和比能曲线： hgvFr gvhEs22第25页/共37页比能及比能曲线222gAQhEs)(hfEsKsEhminsEKh45缓流急流第26页/共37页水力学重点及难点水力学重点及难点v临界水深和临界底坡 矩形断面v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） KKBAgQ3232gqhK（2）共轭水深公式：1812312

9、12ghqhh第27页/共37页水力学重点及难点v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） v 水跃函数曲线第28页/共37页五种底坡十二条水面曲线 第29页/共37页Kii 1Kii 2KK1N1N2N2N01h02h1b1h12ii 第30页/共37页水力学重点及难点水力学重点及难点v堰流基本公式 v堰流分类：薄壁堰、实用堰、宽顶堰 v闸孔出流基本公式 v堰闸出流的特点Chapter 8、92302 HgmbQ 02gHbeQ第31页/共37页v常用消能方式：底流消能、条流消能和面流

10、消能 v水流衔接形式 当hthc 远驱水跃 当ht= hc 临界水跃当ht hc 淹没水跃第32页/共37页水力学重点及难点 v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 第33页/共37页水力学重点及难点水力学重点及难点v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。v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第34页/共37页水力学重点及难点水力学重点及难点v恒定无压渐变渗流基本公式 杜比公式