水力学高起本用课件

水力学（高起本用）期末课程答疑主讲老师：王素芬2006/3水力学（高起本用）期末课程答疑1水力学重点及难点

液体的主要物理性质――粘滞性

粘滞性是液体在流动中产生能量损失的根本原因。粘滞性是理想液体和实际液体的主要区别。牛顿内摩擦定律-----描述液体内部的粘滞力规律

牛顿内摩擦定律适用范围：1)牛顿流体， 2)层流运动

Chapter1水力学重点及难点液体的主要物理性质――粘滞性

粘滞性是液2水力学重点及难点液体的主要物理性质――可压缩性：在研究水击时需要考虑。作用在液体上的两类作用力表面力和质量力Chapter14、液体的边界条件水力学重点及难点液体的主要物理性质――可压缩性：在研究水击时3Chapter2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。Chapter2水静力学包括静水压强和静水总压力两部分内容4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。重力作用下静水压强的基本公式

p=p0+h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5其中：z—位置水头，

p/γ—压强水头

（z+p/γ—测压管水头

“水头”:表示单位重量液体含有的能量。其中：z—位置水头，

p/γ—压61

201207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

水力学重点及难点压强的三种表示方法：8水力学重点及难点静水总压力的计算

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。水力学重点及难点静水总压力的计算9(a)三角形压强分布图(b)梯形压强分布图(a)三角形压强分布图(b)梯形压强分布图10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方向：垂直指向受压面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11解析法求作用于任意平面上的静水总压力静水总压力的作用点一般在受压面形心以下解析法求作用于任意平面上的静水总压力静水总压力的作用点一般在12压力体的构成压力体的构成13水力学重点及难点三大方程

连续方程v1A1=v2A2

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

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Chapter3水力学重点及难点三大方程

连续方程v1A1=v2A2

14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：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15能量方程图示掌握总头线、测压管水头线、水力坡度的概念及水头线的绘制。vo11v022v总水头线测压管水头线能量方程图示掌握总头线、测压管水头线、水力坡度的概念及水头线16恒定总流动量方程恒定总流动量方程17水力学重点及难点a)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。

水力学重点及难点a)动量方程是矢量方程，要建立坐标系18水力学重点及难点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。流态的判别：雷诺数Re

Re＜Rek层流；Re＞Rek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。Chapter4水力学重点及难点液体的两种流态和判别

雷诺实验

19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，而没有能量损失产生水头损失的两个条件液体具有粘滞性(内因)固体边界的影响，液体质点间产生相对运动(外因)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，20水力学重点及难点λ的变化规律尼古拉兹实验（人工粗糙管）

水力学重点及难点λ的变化规律尼古拉兹实验（人工粗糙管）21水力学重点及难点几个重要公式

达西公式

谢才公式

曼宁公式

水力学重点及难点几个重要公式

22水力学重点及难点简单管道水力计算

短管水力计算

自由出流淹没出流长管水力计算方法

水击现象和水击分类

Chapter5管道分类复杂管道水力计算（并联）水力学重点及难点简单管道水力计算

短管水力计算

自由出流23水力学重点及难点明渠均匀流特征：

（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

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Chapter6、7水力最佳断面水力学重点及难点明渠均匀流特征：

（1）水深，底坡沿程不变24水力学重点及难点明渠均匀流公 公式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

水力学重点及难点明渠均匀流公 公式25水力学重点及难点明渠水流流态的判别：判别指标VwFrhk，ik（均匀流）缓流V<VwFr＜1h>hki＜ik

急流V>VwFr＞1h<hki>ik

临界流V=VwFr=1h=hki=ik

水力学重点及难点明渠水流流态的判别：判别指标VwFrhk，26水力学重点及难点佛劳德数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

断面比能Es和比能曲线：

水力学重点及难点佛劳德数Fr：

27比能及比能曲线缓流急流比能及比能曲线缓流急流28水力学重点及难点临界水深和临界底坡

矩形断面水跃：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）

（2）共轭水深公式：水力学重点及难点临界水深和临界底坡

矩29水力学重点及难点水面线变化规律

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）

水跃函数曲线水力学重点及难点水面线变化规律

2条水深线把5种底坡上的流30五种底坡十二条水面曲线五种底坡十二条水面曲线311132水力学重点及难点堰流基本公式堰流分类：薄壁堰、实用堰、宽顶堰闸孔出流基本公式

堰闸出流的特点

Chapter8、9水力学重点及难点堰流基本公式堰闸出流的特点

C33常用消能方式：底流消能、条流消能和面流消能水流衔接形式

当ht＜hc'

' 远驱水跃

当ht=hc'

'临界水跃

当ht＞hc'

'淹没水跃常用消能方式：底流消能、条流消能和面流消能水流衔接形式

34水力学重点及难点

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=(0.7~0.8)Lj

水力学重点及难点底流消能降低护坦消力池设计

35水力学重点及难点渗流及渗流模型

（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。渗流基本定律：达西定律υ=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Chapter10水力学重点及难点渗流及渗流模型

（1）渗流模型概念：忽略全36水力学重点及难点恒定无压渐变渗流基本公式—杜比公式

式中：H—测压管水头，（或称为水面高程），J—渗透坡降。（对于渐变渗流，同一过水断面上的渗透坡降可以认为是常数，因此同一渗流断面上各点的流速为定值。）

水力学重点及难点恒定无压渐变渗流基本公式—杜比公式

37井的分类棱柱体地下河槽浸润曲线无临界水深和临界底坡，只有三种底坡四条浸润曲线井的分类棱柱体地下河槽浸润曲线无临界水深和临界底坡，只有三种38水力学（高起本用）期末课程答疑主讲老师：王素芬2006/3水力学（高起本用）期末课程答疑39水力学重点及难点

液体的主要物理性质――粘滞性

粘滞性是液体在流动中产生能量损失的根本原因。粘滞性是理想液体和实际液体的主要区别。牛顿内摩擦定律-----描述液体内部的粘滞力规律

牛顿内摩擦定律适用范围：1)牛顿流体， 2)层流运动

Chapter1水力学重点及难点液体的主要物理性质――粘滞性

粘滞性是液40水力学重点及难点液体的主要物理性质――可压缩性：在研究水击时需要考虑。作用在液体上的两类作用力表面力和质量力Chapter14、液体的边界条件水力学重点及难点液体的主要物理性质――可压缩性：在研究水击时41Chapter2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。Chapter2水静力学包括静水压强和静水总压力两部分内容42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。重力作用下静水压强的基本公式

p=p0+h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43其中：z—位置水头，

p/γ—压强水头

（z+p/γ—测压管水头

“水头”:表示单位重量液体含有的能量。其中：z—位置水头，

p/γ—压441

2012045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

水力学重点及难点压强的三种表示方法：46水力学重点及难点静水总压力的计算

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。水力学重点及难点静水总压力的计算47(a)三角形压强分布图(b)梯形压强分布图(a)三角形压强分布图(b)梯形压强分布图48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方向：垂直指向受压面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49解析法求作用于任意平面上的静水总压力静水总压力的作用点一般在受压面形心以下解析法求作用于任意平面上的静水总压力静水总压力的作用点一般在50压力体的构成压力体的构成51水力学重点及难点三大方程

连续方程v1A1=v2A2

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

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Chapter3水力学重点及难点三大方程

连续方程v1A1=v2A2

52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：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53能量方程图示掌握总头线、测压管水头线、水力坡度的概念及水头线的绘制。vo11v022v总水头线测压管水头线能量方程图示掌握总头线、测压管水头线、水力坡度的概念及水头线54恒定总流动量方程恒定总流动量方程55水力学重点及难点a)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。

水力学重点及难点a)动量方程是矢量方程，要建立坐标系56水力学重点及难点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。流态的判别：雷诺数Re

Re＜Rek层流；Re＞Rek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。Chapter4水力学重点及难点液体的两种流态和判别

雷诺实验

57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，而没有能量损失产生水头损失的两个条件液体具有粘滞性(内因)固体边界的影响，液体质点间产生相对运动(外因)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，58水力学重点及难点λ的变化规律尼古拉兹实验（人工粗糙管）

水力学重点及难点λ的变化规律尼古拉兹实验（人工粗糙管）59水力学重点及难点几个重要公式

达西公式

谢才公式

曼宁公式

水力学重点及难点几个重要公式

60水力学重点及难点简单管道水力计算

短管水力计算

自由出流淹没出流长管水力计算方法

水击现象和水击分类

Chapter5管道分类复杂管道水力计算（并联）水力学重点及难点简单管道水力计算

短管水力计算

自由出流61水力学重点及难点明渠均匀流特征：

（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

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Chapter6、7水力最佳断面水力学重点及难点明渠均匀流特征：

（1）水深，底坡沿程不变62水力学重点及难点明渠均匀流公 公式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

水力学重点及难点明渠均匀流公 公式63水力学重点及难点明渠水流流态的判别：判别指标VwFrhk，ik（均匀流）缓流V<VwFr＜1h>hki＜ik

急流V>VwFr＞1h<hki>ik

临界流V=VwFr=1h=hki=ik

水力学重点及难点明渠水流流态的判别：判别指标VwFrhk，64水力学重点及难点佛劳德数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

断面比能Es和比能曲线：

水力学重点及难点佛劳德数Fr：

65比能及比能曲线缓流急流比能及比能曲线缓流急流66水力学重点及难点临界水深和临界底坡

矩形断面水跃：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）

（2）共轭水深公式：水力学重点及难点临界水深和临界底坡

矩67水力学重点及难点水面线变化规律

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）

水跃函数曲线水力学重点及难点水面线变化规律

2条水深线把5种底坡上的流68五种底坡十二条水面曲线五种底坡十二条水面曲线691170水力学