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水力学Hydraulics重庆交通大学港口航道与海岸工程专业基础课程第1页绪论(2课时)0水静力学(7课时)1有压管中恒定流(3课时)2液体运动流束理论(10课时)3液流型态及水头损失(5课时)4明渠恒定均匀流(4课时)

5★★★★★重庆交通大学港口与航道工程专业基础课程重庆交通大学港口航道与海岸工程专业基础课程第2页明渠恒定非均匀流(8课时)6水跃(4课时)7恒定平面势流(2课时)9泄水建筑物下游水流衔接与消能(1课时)12液体运动流场理论(5课时)14渗流(1课时)

158堰流及闸孔出流(2课时)★★重庆交通大学港口航道与海岸工程专业基础课程第3页第0章绪论本章小结第0章绪论

1、粘滞性与牛顿内摩擦定律；粘滞性：液体质点之间因为相对运动产生内摩擦力性质，这种内摩擦力称为粘滞力或切应力。牛顿内摩擦定律层流运动第4页第0章绪论本章小结2、连续介质与理想液体概念；由瑞士学者欧拉(Euler)

1753年提出，认为液体是由无数没有微观运动质点组成没有空隙连续体，而且认为表征液体运动各物理量，比如密度、速度、压强等在空间和时间上都是连续分布和连续改变。液体质点就是一个“宏观小，微观大”液体单元。

理想液体，就是把水看作绝对不可压缩、不能膨胀、没有粘滞性、没有表面张力连续介质。第5页液体（主要是水）是含有惯性、重力特征、易流动性和粘滞性，常温常压下不考虑膨胀性和压缩性、无表面张力且均匀等向连续介质。3、水力学中所研究液体含有基本物理性质4、作用液体上力按作用特点，可分为表面力和质量力两大类。重庆交通大学港口航道与海岸工程专业基础课程第6页第1章水静力学本章小结第1章水静力学1、静水压强两个主要特征和等压面性质；(1)静水压强方向与受压面垂直并指向受压面。(2)静水压强各向等值。静水压强性质(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。等压面性质第7页第1章水静力学本章小结2、静水压强计算和静水压强分布图绘制；

(1)按一定百分比，用线段长度代表该点静水压强大小。

(2)用箭头表示静水压强方向，并与作用面垂直。压力图法：相对压强绝对压强实际工程中，普通只需绘制相对压强分布图。静止液体中任意点静水压强计算公式：第8页第1章水静力学本章小结3、静水压强单位和三种表示方法、水头几何意义和物理意义；

压强大小表示：

(1)以单位面积上压力数值即千帕(kPa)来表示1at(工程大气压)=98kPa(2)用液柱高表示98kPa=1个工程大气压=10m水柱=736mm水银柱第9页第1章水静力学本章小结水头几何意义和物理意义:静水压强基本方程式

z：位置水头，在参考坐标平面以上几何高度。：压强水头，是该点压强高度。

：测压管水头物理意义：代表了单位重量液体所含有位能

代表了单位重量液体所含有压能

第10页第1章水静力学本章小结4、平面上静水总压力计算(图解法和解析法)；

(略)5、压力体图绘制及曲面上静水总压力计算；

(略)第11页1、液流分类及液体运动基本概念；第2章液体运动流束理论本章小结(1)恒定流与非恒定流(2)迹线与流线(3)微小流束与总流(4)过水断面(5)流量(6)断面平均流速(7)一元流、二元流、三元流第12页2、水动力学三大方程(连续性方程、能量方程、动量方程)推导及其应用；第2章液体运动流束理论本章小结连续性方程

能量方程

动量方程第13页3、了解测压管水头线、总水头线、水力坡度、测压管坡度、流速水头、总水头；第2章液体运动流束理论本章小结第14页1、水头损失产生条件及分类；本章小结第3章液流型态及水头损失

沿程水头损失：沿程都有且随流程增加水头损失，用hf

表示。产生必备条件：

(1)液体含有粘滞性；

(2)因为固体边界影响，液流内部质点之间产生相对运动。

局部水头损失：发生在局部范围之内水头损失，用hj表示。第15页2、液体流动型态判别及雷诺数物理意义；本章小结第3章液流型态及水头损失

层流：水流流速较小，各流层液体质点运动各自进行，互不混杂。

湍流(紊流)：水流流速较大，各流层液体质点形成涡体，相互混掺。判别依据：雷诺数物理意义：表征惯性力与粘滞力对比关系。第16页3、两类水头损失计算；本章小结第3章液流型态及水头损失沿程水头损失局部水头损失第17页4、了解沿程阻力系数改变规律；本章小结第3章液流型态及水头损失第18页1、管道分类；本章小结第4章有压管中恒定流有压管分类I按与时间是否相关按布置情况分ìíî有压管恒定流有压管非恒定流ìíî简单管道(重点)复杂管道(了解)第19页

长管：沿程水头损失占总水头95％以上；局部水头损失和流速水头可忽略。

短管：局部水头损失及流速水头之和大于沿程水头损失5％，计算中不能忽略。第4章有压管中恒定流有压管分类II

按水头损失比重分{长管短管本章小结第20页2、简单管道水力计算；本章小结第4章有压管中恒定流有压管道计算主要内容是水头损失。按短管计算时，可分两类：(1)自由出流；(2)淹没出流；(1)自由出流(2)淹没出流在其它条件一样情况下，二者流量系数一致；经过管道系统流量大小决定于有效水头。第21页本章小结第4章有压管中恒定流按长管计算时，局部水头损失和流速水头可忽略。流量计算公式在给水管道中，水流(v<1.2m/s)可能属过渡粗糙区，应对上述公式进行修正。第22页本章小结第5章明渠恒定均匀流1、明渠均匀流水力特征及产生条件；(1)水力特征

总水头线、水面线和底坡线三者相互平行。流动特征

过水断面流速分布、断面平均流速沿程不变；所以，动能修正系数和流速水头也沿程不变；能量特征

过水断面形状、尺寸及水深沿程不变；几何特征

第23页本章小结第5章明渠恒定均匀流(2)产生条件

水流应为恒定流。恒定流

流量应沿程不变。单一流

渠道必须是长直棱柱体顺坡明渠，糙率沿程不变。顺坡流

渠道中无闸、坝等各种水工建筑物干扰。无干扰第24页本章小结第5章明渠恒定均匀流2、明渠均匀流水力计算基本公式及其应用；明渠均匀流计算公式连续方程谢才公式对明渠均匀流J=i第25页本章小结第5章明渠恒定均匀流3、水力最正确断面概念及梯形断面水力最优宽深比条件；(1)概念(2)最优宽深比条件符合该条件断面，工程量最小，称水力最正确断面。问题提出：

在经过流量一定时，怎样使过水断面面积最小？在面积一定情况下，怎样使流量到达最大？第26页本章小结1、明渠非均匀流水力特征、产生条件及水力现象；第6章明渠恒定非均匀流水力特征：明渠底坡线、水面线、总水头线彼此互不平行。第27页本章小结第6章明渠恒定非均匀流产生条件：明渠横断面几何形状或尺寸沿流程改变，粗糙度或底坡沿流程改变，或在明渠中修建人工建筑物(闸、桥梁、涵洞)，都能使明渠水流发生非均匀流动。水力现象：在明渠非均匀流中，若流线是靠近于相互平行直线，或流线间夹角很小、流线曲率半径很大，这种水流称为明渠非均匀渐变流，反之为明渠非均匀急变流。第28页本章小结2、断面比能概念及改变规律；第6章明渠恒定非均匀流把基准面选在渠底断面比能

比能曲线第29页本章小结3、临界水深、临界底坡计算及应用；第6章明渠恒定非均匀流临界水深：对应于断面单位能量最小水深，hK。矩形断面：任意断面：临界底坡：正常水深等于临界水深时对应底坡，iK；

第30页本章小结4、明渠水流状态判别方法(最少掌握三种)；第6章明渠恒定非均匀流(2)(1)(3)(4)(5)(均匀流适用)第31页本章小结5、棱柱体明渠中恒定渐变流水面曲线类型及特点、定性分析与计算；第6章明渠恒定非均匀流12种水面曲线陡坡缓坡临界坡底坡i正坡平底逆坡第32页本章小结6、明渠非均匀流水力计算基本公式；第6章明渠恒定非均匀流逐段试算法计算水面曲线基本公式

计算类型：(两种)

已知流段两端水深，求流段距离△S。解法：对棱柱体明渠，套公式。

已知流段一端水深和流段长度△S

，求另一端水深。解法：假定另一端水深，进行试算(惯用)。第33页本章小结1、水跃定义、类型及作用；第7章水跃定义：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特殊局部水力现象。类型：水跃形式主要与跃前断面Fr1相关。

完全水跃：表面有旋滚水跃。

波状水跃：当1<Fr1<1.7时，水跃表面将形成一系列起伏不大单波，波峰沿流降低，最终消失。消能效果很差。作用：消能。第34页本章小结2、棱柱体水平明渠水跃方程(7.2)或(7.4)式；第7章水跃棱柱体水平明渠水跃方程或：在棱柱体水平明渠中，跃前水深h1与跃后水深h2具有相同水跃函数值。所以，称这两个水深为共轭水深。第35页本章小结3、共轭水深计算；第7章水跃试算法！

(利用水跃方程求解)假定某一共轭水深，当水跃方程左右两端相等时即为所求。第36页第7章水跃

图解法！

(利用水跃函数曲线求解)本章小结跃后水深跃前水深第37页本章小结4、水跃能量损失及水跃长度计算；第7章水跃消能效率以消能系数表示：矩形明渠跃长公式梯形明渠跃长公式第38页本章小结1、堰流及闸孔出流水力特征；第8章堰流及闸孔出流堰流时，闸门对水流不起控制作用，水面线为一光滑降落曲线；闸孔出流时，水流受闸门控制，闸孔上、下游水面曲线不连续。(一)差异：

两种流动均是因为建筑物壅高水位，在重力作用下流动；都是势能转化为动能过程；

两种流动均是在较短距离内流线发生急剧弯曲，属明渠急变流，能量损失主要是局部损失。(二)共同点：第39页本章小结第8章堰流及闸孔出流2、各种堰流水力计算；堰流计算基本公式3、闸孔出流水力计算；宽顶堰闸孔自由出流计算公式第40页本章小结第9章泄水建筑物下游水流衔接与消能当前，惯用衔接与消能办法主要有：

底流式消能；

挑流式消能；

面流式消能；

综合式消能；1、泄水建筑物下游水流消能方式

第41页本章小结第9章泄水建筑物下游水流衔接与消能2、底流消能收缩断面水深计算对矩形断面：第42页本章小结第12章液体运动流场理论探索液体运动基本规律两种路径：流束理论

流场理论

流束理论：把液体运动看作一元流动，只考虑沿流束轴线方向运动，而忽略与轴线垂直方向横向运动，研究含有不足。流场理论：把液体运动看作是充满一定空间而由无数液体质点组成连续介质运动。研究每个液体质点空间位置、流速、加速度、压强等。把液体运动看作是三元流动，研究含有普遍意义。1、流场理论与流束