水力學(xué)復(fù)習(xí)要點(diǎn)PPT課件

1、1液體的主要物理性質(zhì)連續(xù)介質(zhì)、密度、粘滯性連續(xù)介質(zhì)、密度、粘滯性連續(xù)介質(zhì)的假說課程主要內(nèi)容課程主要內(nèi)容基本理論牛頓內(nèi)摩擦定律牛頓內(nèi)摩擦定律水靜力學(xué)水靜力學(xué)水動(dòng)力學(xué)水動(dòng)力學(xué)液流型態(tài)與水頭損失液流型態(tài)與水頭損失應(yīng)用部分有壓管道中的恒定流有壓管道中的恒定流明渠恒定流明渠恒定流堰流和閘孔出流堰流和閘孔出流第1頁/共48頁2一、流體靜力學(xué) 復(fù)習(xí)要點(diǎn)靜水壓強(qiáng)概念、特性、分布規(guī)律靜水壓強(qiáng)概念、特性、分布規(guī)律等壓面的定義及特性等壓面的定義及特性絕對(duì)壓強(qiáng)、相對(duì)壓強(qiáng)、真空度絕對(duì)壓強(qiáng)、相對(duì)壓強(qiáng)、真空度靜水壓強(qiáng)及靜水總壓力的計(jì)算靜水壓強(qiáng)及靜水總壓力的計(jì)算靜水壓強(qiáng)分布圖的繪制靜水壓強(qiáng)分布圖的繪制壓力體圖的繪制壓力體圖的

2、繪制 第2頁/共48頁31 1、靜水壓強(qiáng)特性、分布規(guī)律、靜水壓強(qiáng)特性、分布規(guī)律方向垂直并且指向受壓面方向垂直并且指向受壓面各向等值性各向等值性ghpp0第3頁/共48頁42、等壓面的定義及特性、等壓面的定義及特性同一種靜止相連通的流體的等壓面必是水平面（只同一種靜止相連通的流體的等壓面必是水平面（只有重力作用下）自由表面、不同流體的交界面都是有重力作用下）自由表面、不同流體的交界面都是等壓面。等壓面。Cgpz幾何意義和能量意義幾何意義和能量意義3、絕對(duì)壓強(qiáng)、相對(duì)壓強(qiáng)、液柱表示法、絕對(duì)壓強(qiáng)、相對(duì)壓強(qiáng)、液柱表示法、真空真空第4頁/共48頁54、靜水壓強(qiáng)分布圖的繪制中應(yīng)注意的問題、靜水壓強(qiáng)分布圖的繪

3、制中應(yīng)注意的問題1 1）繪制壓強(qiáng)分布的理論依據(jù)是靜水壓強(qiáng)的兩個(gè)）繪制壓強(qiáng)分布的理論依據(jù)是靜水壓強(qiáng)的兩個(gè)特性及靜水壓強(qiáng)計(jì)算的基本方程；特性及靜水壓強(qiáng)計(jì)算的基本方程；2 2）所繪的壓強(qiáng)分布圖應(yīng)是）所繪的壓強(qiáng)分布圖應(yīng)是 相對(duì)壓強(qiáng)分布圖。1 1）圖解法僅適用于矩形受壓面；）圖解法僅適用于矩形受壓面；2 2）圖解法應(yīng)先作出受壓面上的壓強(qiáng)分布圖，而解）圖解法應(yīng)先作出受壓面上的壓強(qiáng)分布圖，而解析法則不必作壓強(qiáng)分布圖。析法則不必作壓強(qiáng)分布圖。 5、平面上靜水總壓力計(jì)算中應(yīng)注意的問題、平面上靜水總壓力計(jì)算中應(yīng)注意的問題第5頁/共48頁66、曲面上靜水總壓力計(jì)算中應(yīng)注意的問題、曲面上靜水總壓力計(jì)算中應(yīng)注意的問題1

4、）正確繪制Px 分布圖。弄清投影面Ax的意義并找出相應(yīng)曲面的Ax是至關(guān)重要的； 2）正確繪制壓力體剖面圖。繪制壓力體剖面圖，實(shí)質(zhì)上是按一定的方式和比例（同一點(diǎn)的Pz與h等長），繪制“垂直方向的壓強(qiáng)分布圖”。第6頁/共48頁7例：例：試?yán)L制圖中試?yán)L制圖中abcabc曲面上的壓力體。曲面上的壓力體。解：因abc曲面左右兩側(cè)均有水的作用，故應(yīng)分別考慮。d dd/2d/2c cb ba a水水水水第7頁/共48頁8abcbacab段曲面(實(shí)壓力體)bc段曲面(虛壓力體)cbaba陰影部分相互抵消bacabc曲面(虛壓力體)第8頁/共48頁9 考慮右側(cè)水的作用bc段曲面(實(shí)壓力體)c cb ba a第9

5、頁/共48頁10左側(cè)水的作用右側(cè)水的作用cbacbacb ba aabc曲面(虛壓力體)cba第10頁/共48頁11復(fù)習(xí)題水力學(xué)內(nèi)容提要與習(xí)題詳解P21：2.10P31：2.11第11頁/共48頁12三、流體運(yùn)動(dòng)基本原理復(fù)習(xí)要點(diǎn)三、流體運(yùn)動(dòng)基本原理復(fù)習(xí)要點(diǎn)1 1、恒定流、非恒定流、均勻流與非均勻流、漸變、恒定流、非恒定流、均勻流與非均勻流、漸變流與急變流流與急變流2 2、三大方程、三大方程方程及各項(xiàng)的物理意義方程及各項(xiàng)的物理意義方程的應(yīng)用方程的應(yīng)用 三大方程揭示了液體一元流動(dòng)的基本規(guī)律，是水力學(xué)中最基本、也是最重要的方程式。 掌握三大方程的應(yīng)用，是學(xué)好水力學(xué)的關(guān)鍵。 第12頁/共48頁13（1

6、）連續(xù)方程）連續(xù)方程計(jì)算某一已知過水?dāng)嗝娴拿娣e和斷面平均流速或者已知流速求流量 2211vAvAQ第13頁/共48頁14whgvgpzgvgpz222222221111（2）能量方程）能量方程靜止液體靜止液體pzCg, ,即水靜力學(xué)基本方程即水靜力學(xué)基本方程第14頁/共48頁15水力學(xué)的許多公式是應(yīng)用能量方程推導(dǎo)出來的水力學(xué)的許多公式是應(yīng)用能量方程推導(dǎo)出來的有壓管流基本公式有壓管流基本公式干擾波波速公式干擾波波速公式小孔口自由出流公式小孔口自由出流公式孔口淹沒出流公式孔口淹沒出流公式管嘴恒定出流公式管嘴恒定出流公式有壓管流自由出流和淹沒出流計(jì)算公式有壓管流自由出流和淹沒出流計(jì)算公式虹吸管和水泵

7、裝置的水力計(jì)算公式虹吸管和水泵裝置的水力計(jì)算公式水躍的能量損失水躍的能量損失棱柱體明渠恒定漸變流微分方程棱柱體明渠恒定漸變流微分方程第15頁/共48頁16zzzyyyxxxvvQFvvQFvvQF112211221122（3）動(dòng)量方程）動(dòng)量方程求解水流與固體邊界之間的相互作用力 第16頁/共48頁17（4）應(yīng)用三大方程解題）應(yīng)用三大方程解題 熟悉各方程的應(yīng)用條件。 弄清各方程所反映的物理量與物理量之間及運(yùn)動(dòng)與邊界之間的關(guān)系。 解題前，必須先明確“求什么”，了解所求問題的性質(zhì)，類型。 對(duì)于各種不同類型的習(xí)題，勤作多練。第17頁/共48頁18第18頁/共48頁19 應(yīng)用能量方程時(shí)，應(yīng)首先作好“三選

8、”（選斷面、選代表點(diǎn)、選基準(zhǔn)面）； 應(yīng)用動(dòng)量方程時(shí)，應(yīng)首先作好“三步”（作脫離體、作計(jì)算簡圖、取坐標(biāo)系）。 正確、恰當(dāng)?shù)刈骱谩叭x”與“三步”，對(duì)于減少未知量，簡化計(jì)算有著十分重要的意義，關(guān)于關(guān)于“三選三選”與與“三步三步”中的有關(guān)問題中的有關(guān)問題第19頁/共48頁20名稱名稱基本原則基本原則常見選法常見選法斷面斷面選擇選擇凡漸變流凡漸變流斷面均可斷面均可明渠明渠堰（或閘）前斷面、收縮斷面堰（或閘）前斷面、收縮斷面壓力管流壓力管流管前進(jìn)口斷面、管前大容器液面、自管前進(jìn)口斷面、管前大容器液面、自由管流出口斷面、由管流出口斷面、p p或或z z待求的斷面待求的斷面代表代表點(diǎn)選點(diǎn)選擇擇凡漸變流凡漸變

9、流斷面上的斷面上的點(diǎn)均可點(diǎn)均可明渠明渠水面點(diǎn)水面點(diǎn)壓力管流壓力管流過水?dāng)嗝嬷行狞c(diǎn)過水?dāng)嗝嬷行狞c(diǎn)基準(zhǔn)基準(zhǔn)面選面選擇擇凡水平面凡水平面均可均可明渠明渠過渠底高程較低的斷面處的最低點(diǎn)作過渠底高程較低的斷面處的最低點(diǎn)作水平面（平底時(shí)，過渠底作水平面）水平面（平底時(shí)，過渠底作水平面）壓力管流壓力管流過斷面中心點(diǎn)高程較低的斷面處的中過斷面中心點(diǎn)高程較低的斷面處的中心點(diǎn)作水平面（水平管道，過管軸線心點(diǎn)作水平面（水平管道，過管軸線作水平面）作水平面）管、渠綜管、渠綜合合過上游（或下游）河（渠）水面作基過上游（或下游）河（渠）水面作基準(zhǔn)面準(zhǔn)面第20頁/共48頁21“三步三步”簡要?dú)w納簡要?dú)w納 p 脫離體脫離體

10、1.1.脫離體是一由兩漸變流斷面脫離體是一由兩漸變流斷面“切出切出”，并，并“剝?nèi)內(nèi)ァ绷斯潭ㄟ吔绲乃w；了固定邊界的水體；2.2.脫離體的邊界：脫離體的邊界： 脫離體兩端的漸變流斷面；脫離體兩端的漸變流斷面； 固體或氣體邊界與液流的接觸面固體或氣體邊界與液流的接觸面 第21頁/共48頁22 計(jì)算簡圖 1.1.計(jì)算簡圖是在脫離體上標(biāo)出了全部作用力及流速方向的示意圖2.2.作用于脫離體上的力包括 （1 1）表面力：）表面力：兩漸變流斷面處相鄰水體對(duì)脫離體的兩漸變流斷面處相鄰水體對(duì)脫離體的動(dòng)水總壓力。動(dòng)水總壓力。 周界表面對(duì)脫離體的作用力（作用周界表面對(duì)脫離體的作用力（作用于脫離體周界表面上的動(dòng)水

11、總壓力；脫離體側(cè)表面于脫離體周界表面上的動(dòng)水總壓力；脫離體側(cè)表面上的液流阻力）上的液流阻力） （2 2）質(zhì)量力：）質(zhì)量力：脫離體內(nèi)液體的重力脫離體內(nèi)液體的重力 3.3.待求未知力可先假定方向，若解出結(jié)果為正，則假定正確。否則，說明該力的方向與假定方向相反 第22頁/共48頁23 坐標(biāo)系坐標(biāo)系 1.1.坐標(biāo)系一般為直角坐標(biāo)系；坐標(biāo)系一般為直角坐標(biāo)系；2.2.坐標(biāo)系的方位可以任意選取，原則上以使方程中坐標(biāo)系的方位可以任意選取，原則上以使方程中未知項(xiàng)少為宜。應(yīng)用中往往總是將一軸與某一向未知項(xiàng)少為宜。應(yīng)用中往往總是將一軸與某一向量（力或流速）相平行；量（力或流速）相平行；3.3.坐標(biāo)軸的正向可任意設(shè)定

12、；坐標(biāo)軸的正向可任意設(shè)定；4.4.坐標(biāo)系應(yīng)準(zhǔn)確地標(biāo)定在計(jì)算簡圖上（或附近）坐標(biāo)系應(yīng)準(zhǔn)確地標(biāo)定在計(jì)算簡圖上（或附近） 第23頁/共48頁24例: 水流通過如圖水流通過如圖3-223-22所示管路流入大氣，已知：形測壓管所示管路流入大氣，已知：形測壓管中水銀柱高差中水銀柱高差h=0.2mh=0.2m，h h1 1=0.72m H=0.72m H2 2O O，管徑，管徑d d1 1=0.1m=0.1m，管，管嘴出口直徑嘴出口直徑d d2 2=0.05m=0.05m，不計(jì)管中水頭損失，試求管中流量，不計(jì)管中水頭損失，試求管中流量q qv v。解：首先計(jì)算1-1斷面管路中心的壓強(qiáng)。列等壓面方程得： 則

13、(mH2O)列1-1和2-2斷面的能量方程11Hgghphg1Hg1ghhgp272. 02 . 06 .131Hg1hhgpgVgpzgVgpz2222222111第24頁/共48頁25由連續(xù)性方程： 將已知數(shù)據(jù)代入上式，得 （m/s） 管中流量 （m3/s）21221ddVVgVgV2015216122022221 .12151676 .192V024. 01 .1205. 0442222VdqV第25頁/共48頁26112233Ddd311223v1P1P2v2P3v3xRoyx第26頁/共48頁27解解：（1 1）運(yùn)用能量方程計(jì)算斷面）運(yùn)用能量方程計(jì)算斷面2 22 2和和3 33 3上

14、的動(dòng)水壓強(qiáng)。上的動(dòng)水壓強(qiáng)。 22112222pvpvgggg1221144 32.65/3.14 1.2QQvm sAd2212.650.359219.6vmg2222244 1.52.65/3.14 0.85QQvm sAd2222.650.359219.6vmg112233Ddd311223v1P1P2v2P3v3xRoyx第27頁/共48頁28（2 2）再運(yùn)用動(dòng)量方程求解水流對(duì)三通管的作用力。）再運(yùn)用動(dòng)量方程求解水流對(duì)三通管的作用力。 52255555101.20.859.82 9.8 100.707 1.0 1000 3 (2.65 0.7072.65)4411.084 107.860

15、 100.0233 103.24 10 N 根據(jù)三通管對(duì)稱于x軸，可得， Ry=0所以水流對(duì)三通管的作用力為R=2.24105N，方向與R相反。 第28頁/共48頁29四、液流型態(tài)與水頭損失復(fù)習(xí)要點(diǎn)四、液流型態(tài)與水頭損失復(fù)習(xí)要點(diǎn) 第29頁/共48頁30復(fù)習(xí)題 P49：3.7；3.8；3.9 P53：3.13 P87：4.1 P89：4.6第30頁/共48頁31關(guān)于長管和短管的區(qū)分關(guān)于長管和短管的區(qū)分五、有壓管中的恒定流五、有壓管中的恒定流 第31頁/共48頁32例：由高位水箱向低位水箱輸水，如圖所示。已知兩水箱的水位差 ,輸水管段的直徑和長度分別為 ，沿程水頭損失系數(shù) ，閥門的局部水頭損失系數(shù)

16、為3.5，不計(jì)行近流速水頭的影響。試求其輸水流量并繪制其總水頭線和測壓管水頭線。 3Hm14dcm120lm27dcm215lm10.02520.02H第32頁/共48頁33221122(1)(1)0.4536AdAd22212221149()16AdvvvvAd22222211112222112212222222vlvvvlvvHgdgggdgg閥20.66/vm s23222210.0025/4QA vd vms解：兩管連接處，管道突然擴(kuò)大，其局部阻力系數(shù)為由 Q=vA得將各參數(shù)值代入上述方程，得第33頁/共48頁34總水頭線和測壓管水頭線如下圖所示：H第34頁/共48頁35復(fù)習(xí)題P123

17、： 6.5 ？P127： 6.1(a)第35頁/共48頁36 1 1、明渠水流的特點(diǎn)、明渠水流的特點(diǎn) 2 2、明渠均勻流的特性、明渠均勻流的特性 3 3、明渠均勻流的產(chǎn)生條件、明渠均勻流的產(chǎn)生條件 4 4、水力最佳斷面與允許流速的概念、水力最佳斷面與允許流速的概念 5 5、明渠均勻流的基本公式及其水力計(jì)算、明渠均勻流的基本公式及其水力計(jì)算六、明渠恒定均勻流六、明渠恒定均勻流 第36頁/共48頁371 1、明渠水流的三種流態(tài)及其判別、明渠水流的三種流態(tài)及其判別 2 2、微波波速、弗汝德數(shù)、斷面比能、臨界水深、微波波速、弗汝德數(shù)、斷面比能、臨界水深、臨界底坡臨界底坡3 3、棱柱體明渠非均勻漸變流水

18、面曲線分析、棱柱體明渠非均勻漸變流水面曲線分析4 4、水躍和水跌概念、水躍和水跌概念5 5、水躍基本方程、水躍函數(shù)、共軛水深的計(jì)算、水躍基本方程、水躍函數(shù)、共軛水深的計(jì)算七、明渠恒定非均勻流七、明渠恒定非均勻流 第37頁/共48頁38繪制變底坡明渠水面線的步驟：1 1）在底坡改變處畫一條鉛直線；）在底坡改變處畫一條鉛直線；2 2）分別畫出鉛直線上、下游渠道的）分別畫出鉛直線上、下游渠道的N-NN-N線和線和K-KK-K線線3 3）找出控制水深；）找出控制水深；4 4）定性判斷水面線的趨勢；）定性判斷水面線的趨勢；5 5）根據(jù)水面線唯一性原則，畫出水面線，并標(biāo)）根據(jù)水面線唯一性原則，畫出水面線，并標(biāo)注名稱。注名稱。第38頁/共48頁39n 沒有水躍的變坡渠道的水面聯(lián)接沒有水躍的變坡渠道的水面聯(lián)接1 1）從緩流到急流）從緩流到急流2 2）從緩流到緩流）從緩流到緩流3 3）從急流到急流）從急流到急流第39頁/共48頁40n 發(fā)生水躍的變坡渠道水面連接發(fā)生水躍的變坡渠道水面連接 當(dāng)水流由急流變成緩流必發(fā)生水躍。設(shè)上游控制當(dāng)水流由急流變成緩流必發(fā)生水躍。設(shè)上游控制水深水深 t t1 1( (急流急流) )，下游控制水深，下游控制水深 t t2 2( (緩流緩流) )。 1 1）遠(yuǎn)驅(qū)式水躍）遠(yuǎn)驅(qū)式水躍( (h ht t1