水力学(工程流体力学)复习要点概要

1、1、水力学(工程流体力学)复习要点，2、液体的主要物理性质连续介质，密度、粘性、压缩性、表面张力、连续介质的假设，课程的主要内容，基本理论牛顿内摩擦法则水静力学水动力学的流动类型和水头损失，应用部分是压力管路中的一定流明水路的非一定流(含水跳跃)堰流和堰孔流出， 流体静力学复习要点、静水压概念、特性、分布规则等压力面的定义和特性绝对压力、相对压力、真空度、静水压和静水压的计算静水压分布图的图表，4、1、静水压特性、分布规则，均一流和不一流流过水断面的动水压分布规则符合静水压分布规则，方向垂直，受压面5、2、等压面的定义和特性，相同静止连通流体的等压面必须是水平面(仅重力)自由表面，不同流体的界

2、面为等压面。 几何意义和能量意义，3，绝对压力，相对压力，液体柱表现法，真空，6，4，静水压力分布图的绘制应注意的问题，1 )建立压力分布的理论依据是静水压力的两个特性和静水压力计算的基本方程式2 )绘制的压力分布图是相对压力分布图。 1 )图式解法仅适用于矩形受压面2 )图式解法首先制作受压面上的压力分布图，解析规律不需要制作压力分布图。 5、平面上静水总压力计算中应注意的问题、7、6、曲面上静水总压力计算中应注意的问题、1 )正确描绘px分布图。 在这里，明确投影面Ax的意思，找到对应的曲面的Ax是很重要的2 )正确地描绘压力体的剖视图。 描绘压力体的剖视图，以实质上一定的方式和比率(同一

3、点的Pz和h等长度)描绘“垂直方向的压力分布图”。 8、例1:复式差压测量了燃气管道的压力差。 点1的压力： p A、点2的压力： PA-2 (Z2-Z1)g、点3的压力： PA-2 (Z2-Z1)g 1(Z2-Z3)g、点4的压力： pa -2 (z2-Z1 ) g1 (z2-z3 ) g -2 (Z4-z3 ) 例2 :试图，10，例3 :单位宽度的平板隔开水路上下游的水，该平板能够以固定铰链轴o为中心旋转，从o到板底b的距离为s，上下游的水深为h和h。 驾驶证：需要：11以保证该平板的闸门不自动打开，上下游的湿润水的长度，L=H/sin，L=H/sin，上下游的总压力，力f和f对o取力矩

4、，进行整理，12、例4 :图解： abc曲面左右有水的作用，应该分别考虑。 13、考虑左侧的水的作用，14、考虑右侧的水的作用，15、合成、16、垂直分力方向向上，螺栓受到的总拉力为Pz，第一章水静力学，例5:对曲面abc:计算固定螺栓受到的总拉力。 17，3，流体运动的基本原理复习要点，1，拉格朗日法(质点系法)和欧拉法(流场法)，2，稳态流，非稳态流，轨迹线和流线，均匀流和非均匀流，渐变流和突变流，3，三大方程式，方程式和各项物理意义方程式的应用，三大方程式明确了液体一元流的基本规律如何掌握三大方程式的应用，是掌握水力学的关键。(18，(2)能量方程式是最重要且最常用的基本方程式：可以结合

5、连续方程式计算截面上的平均流速或平均压力，结合运动量方程式计算水流向边界的力，在确定建筑物的载荷和水力机械的功能转换上非常有用，静止液体， 即水静力学基本方程式(1)连续方程式计算某个已知的过水截面的面积和截面平均流速或已知流速来求出流量，19， 水力学的很多基本方程式是应用能量方程式导出的压力管流基本式的导出扰动波速度式的导出节流孔自由流出式的导出喷嘴稳态流出式的导出压力管流自由流出和淹没流出计算式的导出虹吸和水泵装置的水力计算式水跃的能量损失棱柱体开水路稳态流动微分式的导出20 (3)动量方程式求水流和固体边界之间的相互作用力，用21 )、(4)三大方程式解决问题，对于一个具体的水力计算问

6、题，如何正确地选择方程式是最合适、最可行的，在面对多方面联立要解的问题时，如何安排方程式的应用顺序更为重要必须熟悉各个方程式的应用条件。 明确各方程式反映的物理量和物理量的关系和运动和边界的关系。 解决问题前，必须明确“追求什么”，了解所追求的问题的性质、类型。 对于各种类型的练习题，经常练习。 应用22、23、能量方程式时，首先要建立“三选”(选择截面、选择代表点、选择基准面)的运动量方程式时，必须首先建立“三步”(作为脱离体，计算概略图，取坐标系)。 正确恰当地制定“三选”和“三步”，对减少未知量、简化计算有着非常重要的意义，关于“三选”和“三步”问题，24、25、 “三步”简要归纳为离体

7、，1 .离体是从两个渐变流剖面“剪切”，固定边界的水体“剥离”2 .脱离体的边界：1)脱离体两端的渐变流剖面2 )固体或气体的边界与液流的接触面，26，计算的概略图， 作用于脱离体的力包括(1)表面力：1)在两个渐变流剖面上相邻的水体对脱离体的动水总压力2 )周围表面对脱离体的作用力(包括作用于脱离体的周围表面的动水总压力否则，该力的方向与原来的假定方向相反，27、坐标系、1 .坐标系一般是直角坐标系，说明2 .坐标系的方位可以任意选择，但原则上最好减少方程式的未知项。 在应用中，经常使轴与某矢量(力或流速)平行3 .坐标轴的正方向可以任意设定4 .坐标系在计算示意图上(或附近)，28、例1:

8、中有送水管路。 水从截面1-1流向截面2-2。 已知截面1-1的水流的平均流速为2m/s，d1=0.5m，d2=1m，求出截面2-2的平均流速V2是多少的解：29、例2:水流通过图3-22所示的管路流入大气，u字形压力管的水银柱的台阶 已知h1=0.72m H2O、管径d1=0.1m、喷嘴出口直径d2=0.05m、无视管中水头损失，求出管中流量qv . 解：首先计算1-1截面管道中心的压力。 列等压面方程式是(mH2O )列1-1和2-2截面的能量方程式，30，连续性方程式：在上式中代入已知的数据，(m/s )管的流量(m3/s )、31、例3 :如图所示在矩形截面的平坡道上水流越过平坦的障碍

9、物。 已知m、m、水路宽度m、水路通过能力，求出障碍物通水间的水流的冲击力r。解：图示控件，并进行受力分析。 创建xoz坐标系。 在x方向上建立动量方程式。 式中：32，因为代入运动量方程式，水流在障碍物上迎接水面的冲击力，33，例4:喷流施加在固定平板上的力。 p1=p2=pa，若忽略重力作用，则为： V1=V2=V，Q1 Q2=Q，34，例5 :如图所示，是水平放置的三通管，主管的直径D=120cm，2根支管的直径d=85cm，分支角=45，主管在水剖面1-1处的动水压不考虑损失，求水流对三通管的力量。35、解：(1)用能量方程式计算截面2-2和3-3处的动水压。 如果将上述各值和p1/=

10、100m (水柱)代入能量方程式中，则与p2/=100m (水柱)同样地得到p3/=100m (水柱)，因此，使用p2=p3=9.8105n/m2、36、(2)运动量方程式求出水流的三种管制力量确立x方向运动量方程式： P1-2p2cos 45-rx=q 22v2 cos 45 -q1rx=P1-2p2cos 45Q1 37、运动液体由于粘性的作用和边界的影响一定会产生流阻和能量损失，但流态不同(层流和湍流)，其流的内部结构、流动阻力、截面流速分布和能量损失规律等完全不同。 四、水流类型和水头损失复习要点，一、层流和湍流的概念，判别二，雷诺数的概念，物理意义三，均匀流动水头损失与剪切应力的关系

11、四，达西式，谢才式五，沿途阻力系数和局部阻力系数的确定，38 1，压力管流的水力特性二，自由流出和淹没流出三，简单管道和复关于长管和短管的区分及其计算5、虹吸管和水泵装置的计算、长管和短管的说明5、压力管中的稳态流、39、例1 :从高位罐向低位罐输送水。 已知两水箱的水位差、送水管段的直径和长度分别为沿路水头损失系数，阀的局部水头损失系数为3.5，忽略了近流速水头的影响。 求出其送水流量，画出其总水头线和压力管水头线。 40、解：两管连接部、管急剧扩大，其局部阻力系数从中以管轴中心线为基准面，选择渐变流截面1-1、2-2、列1-2截面能量方程式，将各参数值代入上述方程式，41、总水头线和压力管

12、水头线如下图所示例2 :用直径d=0.4m的钢筋混凝土的虹吸管从河道向灌溉水路引水的河川水位为120m，灌溉水路的水位为118m，虹吸各段的长度为l1=10m，l2=5m，l3=12m，虹吸入口安装了无底阀的过滤器(求：(1)通过虹吸管的流量。 (2)虹吸管内的最大允许真空值hv=7.0m时，虹吸管的最大安装高度。 43、解： (1)计算通过虹吸管的流量，44、(2)计算虹吸管的最大安装高度，、河的水面和虹吸管下游转弯前的横截面的能量方程式，45、1、明渠水流的特征2、明渠均一流的特性3、明渠均一流的发生条件4， 水力最佳断面和容许流速的概念5、明渠均一流的基本式和水力计算6、明渠一定均一流、

13、46、第五章明渠一定均一流，例1有的梯形土渠设计流量q为2 m3/s，水路为重壤土，粗糙度系数n为0.025，边坡系数m为1.25，底坡I为0.0002。请设计水力最佳截面，验证核水路中的流速(已知不研磨流速为0.4m/s )，解：代入和，用曼宁式计算谢才系数，整理得到：水力最佳截面时：47，第五章开水路一定均一流，得到： 核水道中的流速是否满足不研磨的条件：从表中可以看出R=1 m时的不研磨容许流速，设计的水力最佳截面时，可以知道不研磨容许流速，48，不研磨流速。 由于水路中断面的平均流速为，设计的断面满足不冲洗不沉积的条件。 第五章明渠一定均匀一流、49、1、明渠水流三种流态及其判别2、微

14、波频率、费米数、截面比能、临界水深、临界底坡3、棱柱体明渠不均匀渐变流水面曲线分析4、跃水和跃水概念5、跃水基本方程式、跃水函数、共轭水深的计算、七、明渠一定不一流、 画变底坂明水路水面线的步骤：1)在底坡的变化处画铅直线2 )分别画铅直线、下游路的N-N线、K-K线3 )找到控制水深4 )定性地判断水面线的倾向5 )基于水面线的唯一性的原则，画水面线并命名。 51、无跳水坡道水面连接，1 )缓到急流，2 )缓到急流，3 )从急流到急流，52、发生跳水的坡道水面连接，从急流到缓地发生跳水。 设为上游控制水深t1 (急流)、下游控制水深t2 (缓冲)。 1 )在远程水跳(ht1)命令h=t 1、计算h“t 2”中，发生远程水跳。 将h=t 2、反推h(t1)、t1 h之间设定为堵水曲线。第五章明渠一定不一流，2 )临界水跳跃，h=t1，计算h“T2”时会发生临界水跳跃。 3 )淹没跳跃设为h=t1，计算h t2时会发生淹没跳跃。 在h t2之间产生堵塞曲线。 54、液体运动的两种流动状态如何判别层流和湍流？ 雷诺数Re的物理意义是，如何辨别明渠水流的两种流态缓流和急流？ 5种方法，菲尔德数Fr的物理意义，55，水深正常水深临界水深，边坡，边坡临界边坡， 边坡，边坡，边坡，边坡，边坡，边坡，边坡，边坡，边坡，边坡，边坡，边坡，边坡，边坡，边坡，边坡，边坡，边坡，边坡，边坡