《工程流体力学》复习课件.ppt

1、工程流体力学复习课件,王耀琴 流体力学教研室 西南交大土木学院,第1章 绪论,密度：单位体积流体的质量。单位：kg/m3 淡水的密度 =1000 kg/m3,重度,一、流体的主要物理性质,、密度、重度,、黏度 定义：在运动状态下，流体具有抵抗剪切变形速率的能力的量度。,二、 作用在流体上的力,、表面力,2、质量力,第2章 流体静力学,一、静止流体的应力特征,三、水静力学基本方程：,五、 静止液体作用在平面上的总压力,P受压面,六、静水总压力F,1、作用在曲面上的静水总压力F为：,2、P与水平面的夹角：,3、作用线：必通过Px ， Pz的交点，但这个交点不一定位于曲面上。对于圆弧面，P作用线必通

2、过圆心。,4、P的作用点:作用在作用线与曲面的交点。,Px =dpx =ghcAx =pcAx,第3章 流体动力学理论基础,它有两部分组成：当地加速度和迁移加速度。,恒定流和非恒定流,恒定流：又称定常流，各空间点上一切运动要素都不随时间变化，当地加速度为0,3-2 研究流体运动的若干基本概念,一元流动、二元流动、三元流动 按运动要素的坐标分量个数划分。,基本方程 流线,迹线：,流线性质 一般情况（除非流速为零或无穷大处），流线不能相交，且只能是一条光滑曲线。,渐变流过流断面近似为平面,渐变流过流断面的两个重要性质,渐变流过流断面上的动压近似按静压分布，即,为形象了解流体运动时能量沿程的变化，定

3、义下列概念,测压管线坡度,总水头线坡度,实际流体,理想流体,均匀流体,应注意的问题,计算点：管流取在管轴上，明渠流取在自由液面上,基准面：任一水平面,渐变流过水断面：应选取已知量较多的断面,恒定 不可压缩 总流 的连续性方程。,准备工作 选取控制体 建立坐标系 受力分析,第4章 量纲分析与相似理论,4-2 量纲分析法 常用的量纲分析方法有瑞利法和泊金汉法（也称定理） 一、瑞利法 基本思想：假定各物理量之间呈指数形式的乘积组合,第4章 量纲分析与相似理论,二、 定理,弗劳德准则方程,欧拉准则方程：,第5章 流动阻力与水头损失,1、雷诺实验简介 1883年英国物理学家雷诺按图示试验装置对粘性流体进

4、行实验，提出了流体运动存在两种型态：层流和紊流。,4、圆管中的层流运动过流断面上的流速分布,旋转抛物面,6、沿程阻力系数的变化规律及影响因素,尼古拉兹曲线,1 在 条件下，试分别比较孔口和管嘴出流的流速及流量。 解 1.流速比较 2.流量比较,第6章 孔口、管嘴及有压管流,管嘴正常工作条件,2 管嘴收缩断面处真空度可达作用水头的0.75倍。相当于把管嘴的作用水头增大了75%。这就是相同直径、相同作用水头下的圆柱形外管嘴的流量比孔口大的原因。,3 短管水力计算,掌握离心式水泵吸水管、虹吸管的相关水力计算,4 长管水力计算,一、明渠均匀流的特征 1. 过水断面形状和尺寸、平均流速、流量、水深沿程不

5、变（等速、等深流动） 2.总水头线、测压管水头线（水面坡度）和渠底线互相平行,7.2 明渠均匀流,二、明渠均匀流的形成条件,1、底坡和糙率沿程不变的长而直的棱柱形渠道；,4、明渠中的水流必须是恒定的，沿程无水流的汇入、汇出， 即流量不变。,3、渠道中没有建筑物的局部干扰；,2、渠道必须为顺坡（i0）；,一句话概括：在i、n 沿程不变的长直、顺坡的棱柱形渠道，中间没有建筑物的局部干扰，且流量不变。,（）补充水力最优条件 （）补充允许流速条件,三、明渠均匀流水力最优断面计算,四、断面单位能量（断面比能）e 1.定义 断面比能e为基准面选在断面最低点的机械 （对于棱柱形渠道）, . e沿水深的变化规

6、律,、临界水深 1 .定义 相应于 时的水深，称为临界水深。,缓流、急流、临界流三种流态的的判别式,急流：,临界流：,缓流：,（1） （2） （3） （4） （5）,注明： （1）、（2）、（3）、（5）适用于均匀流或非均匀流，（4）只适用于均匀流。, 水跃：明渠水流从急流过渡到缓流时水面突然跃起的局部水力现象。,水跌是明渠水流从缓流过渡到急流，水面急剧降落的局部水力现象。常见于渠道底坡由缓坡突然变为陡坡或下游渠道断面形状突然改变处。,、水跌,、明渠非均匀流水面曲线的变化,第7章 明渠恒定流,第8章堰流,一、定义 无压缓流越过障壁产生的局部水力现象称为堰流， 障壁称为堰。,二、宽顶堰淹没标准

7、当 宽顶堰绝对不会淹没。 必要条件 充分条件,三、小桥出流淹没标准,自由式,淹没式,式中： 为桥孔临界水深。,四、小桥孔径设计计算骤,从 出发进行设计为例（仅以矩形断面桥孔为例）,1 .计算桥孔临界水深,自由式,淹没式,计算小桥孔径b,选取标准孔径Bb 铁路、公路桥梁的标准孔径一般有4m、5m、6m、8m、12m、16m、20m多种。,选取标准孔径B后，需重新判别流动形态。,自由式,淹没式,3.重新计算临界水深并判别出流形式,4、桥孔流速v,5、校核桥前壅水水深H,对断面a-a及b-b列伯努利方程,取H H0（偏安全）得,H为允许壅水水深。,则,5、桥前壅水水深H,对断面a-a及b-b列伯努利方程，有,取H H0（偏安全）得,H为允许壅水水深。,则,第九章渗流,一、地下水存在状态 1、气态水：以蒸汽状态散逸于土壤孔隙中，数量极少，不需考虑。,2、附着水：以最薄的分子层吸附在土壤颗粒表面，呈固态水的性质，数量很少。,3、薄膜水：以厚度不超过分子作用半径的薄层包围土壤颗粒，性质与液态水近似，数量很少。,4、毛细水：因毛细管作用保持在土壤孔隙中，