河海大學水力學考研講義(重要知識點總結)

1、第1章概論內容提要本章主要介紹水力學的定義及研究內容。同時介紹了連續(xù)介質模型、波體的特征及主要物理力學性質和作用在波體上的力。1.1 液體的連續(xù)介質模型液體是由無數(shù)沒有微觀運動的質點組成的沒有空隙存在的連續(xù)體,并且認為表征液體運動的各物理量在空間和時間上都是連續(xù)分布的。在連續(xù)介質模型中,質點是最小單元,具有“宏觀小”、“微觀大”的特性 。 1.2 液體的主要物理性質液體的主要物理性質有質量和重量、易流性、黏滯性、壓縮性、表面張力等。液體單位體積內所具有的質量稱為液體的密度,用表示。一般情況下,可將密度視為常數(shù)，水銀的密度p=13600 kg/m3。2.黏滯性易流性: 液體受到切力后發(fā)生連續(xù)變形

2、的性質 。黏滯性：液體在流動狀態(tài)之下抵抗剪切變形的性質。 切力、黏性、變形率之間的關系可由牛頓內摩擦定律給出3壓縮性液體受壓后體積減小的性質稱為液體的壓縮性。用體積壓縮系數(shù)來衡量壓縮性大小，K值越大，液體越難壓縮。4表面張力表面張力是液體自由表面在分子作用半徑一薄層內，由于分子引力大于斥力而在表層沿表面方向產生的拉力。通常用表面張力系數(shù)來度量，其單位為N/m。1.3 作用于液體的力(1)無論是處于靜止或運動狀態(tài)都受到各種力的作用，這些力可以分為兩類。表面力：作用在液體的表面或截面上且與作用面的面積成正比的力，如壓力P、切力F。表面力又稱為面積力。質量力：作用在脫離體內每個液體質點上的力，其大小

3、與液體的質量成正比。如重力、慣性力。對于均質液體，質量力與體積成正比，故又稱為體積力。第2章水靜力學內容提要 水靜力學研究液體平衡（包括靜止和相對平衡）規(guī)律及其在工程實際中的應用。其主要任務是根據(jù)液體的平衡規(guī)律，計算靜水中的點壓強，確定受壓面上靜水壓強的分布規(guī)律和求解作用于平面和曲面上的靜水總壓力等。2.1 靜水壓強及其特性 在靜止液體中，作用在單位面積上的靜水壓力定義為靜水壓強，用字母p表示。單位是N/m2(或Pa)，kN/m2(或kPa)。 靜水壓強具有兩個特性： (1)靜水壓強的方向垂直指向作用面；(2)靜止液體中任一點處各個方向的靜水壓強的大小都相等，與該作用面的方位無關。2.2 液體

4、平衡微分方程1歐拉液體平衡微分方程在靜止液體內部，若在某一方向上有質量力的存在，那一方向就一定存在壓強的變化；反之亦然。2液體平衡微分方程的全微分形式dp=(fxdx+fydy+fzdz)該式表明：當液體所受的質量力已知時，可求出液體內的壓強p的具體表達式。3等壓面及其特性 定義：在互相連通的同一種液體中，由壓強相等的各點所組成的面稱為等壓面。 等壓面方程為 fxdx+fydy+fzdz=0等壓面的特性：等壓面上任意點處的質量力與等壓面正交。2.3 重力作用下靜水壓強的分布規(guī)律1水靜力學基本方程 在重力作用下，對于不可壓縮的均質液體，靜止液體的基本方程為 z+P/pg=c 方程表明：當質量力僅

5、為重力時，靜止液體內部任意點的z和P/pg兩項之和為常數(shù)。 P=P0+pgh 該式表明：在靜止液體內部，任意點的靜水壓強由表面壓強加上該點所承受的單位面積的小液柱的重量組成。2絕對壓強、相對壓強，真空壓強 靜水壓強的兩種表示：絕對壓強、相對壓強， 絕對壓強：以設想沒有任何氣體存在的絕對真空為計算零點所得到的壓強稱為絕對壓強，以Pabs表示。 相對壓強：以當?shù)卮髿鈮簭奝a為計算零點所得到的壓強稱為相對壓強，又稱計示壓強或表壓強，以pr表示。 相對壓強與絕對壓強之間的關系為： Pr=Pabs-Pa真空壓強：如果某點的絕對壓強小于大氣壓強，其相對壓強為負值，則認為該點出現(xiàn)了真空。某點的真空壓強以Pv

6、表示： Pv=Pa-P 真空的大小除了以真空壓強Pa表示外，還可以用真空高度hv表示。定義為： hv= Pv/pg2.4 重力和慣性力同時作用下的液體平衡 研究相對平衡液體主要解決兩個問題，一是等壓面的形狀，特別是自由液面的形狀；二是液體中各點壓強的計算。 2.5 作用于平面上的靜水總壓力1解析法靜水總壓力的大?。喝我庑螤钇矫嫔系撵o水總壓力P等于該平面形心點的壓強Pc與平面面積A的乘積。靜水總壓力的方向：靜水總壓力P的方向垂直指向受壓面。靜水總壓力的作用點：yc2矩形平面靜水壓力壓力圖法實際工程中常見的受壓面大多是矩形平面，對上、下邊與水面平行的矩形平面采用壓力圖法求解靜水總壓力及其作用點的位

7、置較為方便。上式表明：矩形平面上的靜水壓力等于該矩形平面上壓強分布圖的面積乘以寬度所構成的壓強分布體的體積。這一結論適用于矩形平面與水面傾斜成任意角度的情況。矩形平面上靜水總壓力P的作用線通過壓強分布體的重心（也就是矩形半寬處的壓強分布圖的形心），垂直指向作用面，作用線與矩形平面的交點就是壓心D。對于壓強分布圖為三角形的情況，其壓力中心位于水面下2h/3處。2.6 作用于曲面上的靜水總壓力1靜水總壓力的大小 曲面靜水總壓力水平分力：故靜水總壓力的水平分力的大小、方向和作用點均可用前述的解析法或壓力圖法求解。 曲面靜水總壓力鉛垂分力：用壓力體來求 壓力體是由以下各面組成： (1)曲面本身； (2

8、)通過曲面周界的鉛垂面5 (3)自由液面或其延續(xù)面。 可用如下法則判別Pz的方向：(1)如壓力體和對曲面施壓的液體在該曲面的兩側，則Pz方向向上；(2)如壓力體和對曲面施壓的液體在該曲面的同側，則Pz方向向下。求得Px和Pz后，根據(jù)合成定理，作用于曲面上的靜水總壓力為分壓力的平方和。2靜水總壓力的方向靜水總壓力P與水平面之間的夾角口為： Tan=Pz/Px求得角后，便可定出P的作用線方向。3靜水總壓力的作用點 將Pr和P：的作用線延長，交于一點，過該點作與水平面交角為口的直線，它與曲面的交點D就是靜水總壓力的作周點。 對于圓柱面，則不必求出該點，可直接通過圓心作與水平面交角為的直線，它與曲面的

9、交點就是靜水總壓力的作用點。第3章液體一元恒定總流基本原理內容提要本章首先介紹描述液體運動的兩種方法和液體運動的基本概念，再從運動學和動力學角度出發(fā)，建立液體運動所遵循的普遍規(guī)律。即從質量守恒定律建立水流的連續(xù)方程，從能量守恒定律建立水流的能量方程，從動量定理建立動量方程，并利用三大方程解決工程實際問題。3.1 描述液體運動的兩種方法1拉格朗日法 此法引用固體力學方法，把液體看成是一種質點系，并把流場中的液體運動看成是由無數(shù)液體質點的跡線構成。每一質點運動都有其運動跡線，由此可進一步獲得液體質點流速加速度等運動要素的數(shù)學表達式。綜合每一質點的運動狀況，即可獲得整個液體的流動狀況，即先從單個質點

10、入手，再建立流場中液流流速及加速度的數(shù)學表達式。 對時間求一階和二階偏導數(shù)，在求導過程中a，b，c視為常數(shù)，便得到該質點的速度和加速度在x，y，z軸方向的分量2歐拉法 歐拉法以液體運動所經過的空間點作為觀察對象，觀察同一時刻各固定空間點上液體質點的運動，綜合不同時刻所有空間點的情況，得到整個流體的運動，故歐拉法亦稱為流場法。 歐拉法可把運動要素視做空間坐標(x，y，z)與時間坐標t的連續(xù)函數(shù)。自變量z、y、z、t亦稱為歐拉變數(shù)。 對xyzt求偏導，即可到加速度的表達式。3.2液體運動的幾個基本概念1恒定流與非恒定流：用歐拉法表達液體運動時，可把液體運動分為恒定流與非恒定流兩大類。液體流動時空間

11、各點處的所有運動要素都不隨時間而變化的流動稱為恒定流。2一元流、二元流與三元流：液體的運動要素是三個坐標變量的函數(shù)，這種運動稱為三元流3 流線與跡線4 流管5 斷面平均流速6 均勻流和非均勻流：各質點的流速矢量沿程不變稱為均勻流7漸變流與急變流：漸變流是流速沿流線變化緩慢的流動；此時流線近乎平行，且流線的曲率很小。漸變流的極限就是均勻流。急變流是流速沿流線急劇變化的流動；此時流線的曲率較大或流線間的夾角較大，或兩者皆有之。8系統(tǒng)和控制體所謂系統(tǒng)是指由確定的連續(xù)分布的眾多液體質點所組成的液體團（即質點系）。所謂控制體是指相對于某個坐標系來說，有液體流過的固定不變的任何體積。3.3 恒定流動的連續(xù)

12、方程3.4 恒定流的能量方程水力坡度：單位長度流程上的水頭損失定義為水力坡度，用J表示。測管坡度：單位長度流程上測管水頭值稱為測壓管坡度，用Jp表示。式中的負號，是因為當測壓管水頭沿程減小時，為使J，Jp為正值，故取負號。能量方程的應用條件是：(1)液體是不可壓縮的，流動是恒定的。(2)質量力只有重力。(3)所取過水斷面必須取在均勻流或漸變流斷面上，但兩斷面之間可以是急變流。(4)兩個過水斷面之間沒有外界的能量從控制體內加入或支出。如果有外界能量加入（如水泵）或從內部支出能量（如水輪機），則恒定總流能量方程應改寫。3.5 恒定總流動量方程動量方程的應用條件：液流必須是恒定流；液體是不可壓縮的；

13、所取的控制體中，有動量流進和流出的控制面，必須是均勻流或漸變流過水斷面，但期間可以是急變流。用動量方程解題時，應注意以下幾點：(1)在選取控制體時，應適當選取控制面的位置，以滿足是均勻流或淅變流斷面的條件；(2)分析作用在控制面上和控制體中的所有作用力；(3)選取直角坐標系（注意其方向，以簡化計算），分別寫出分量形式的方程，注意式中力和動量投影的正負號。3.6 空化與空蝕的概念空化：在常溫下，當局部壓強降低到一定程度時，水質點將汽化形成微小氣泡存在于水流中，將此現(xiàn)象稱為空化（亦稱為空穴或氣穴）。第四章層流和紊流、液流阻力和水頭損失內容提要 本章重點討論有關水頭損失的分類、水頭損失的有關規(guī)律和水

14、頭損失的計算，介紹層流和紊流的有關概念。4.1水頭損失的分類 水頭損失分為沿程水頭損失hf，和局部水頭損失hj兩大類。4.2 液體運動的兩種流態(tài)層流和紊流液體質點以平行而不相混雜的方式流動，這種流動稱為層流。液體質點的軌跡極為紊亂，水質點相互混雜和碰撞，這種流動稱為紊流，又稱湍流。1沿程損失hf，和平均流速v的關系對于圓管中的液體流動，hf與vm的關系如下。層流：hfV1，說明hf與v的1次方成比例。紊流：hfv1.75-2.0，說明hf與v的1.752.0次方成比例。2流態(tài)的判別雷諾(Reynolds)數(shù) 下臨界雷諾數(shù)可以表示為Rec。經過在圓管中的反復試驗，下臨界雷諾數(shù)Rec比較固定，其值

15、約為Rec=2300。 這樣，可以用水流的雷諾數(shù)與臨界雷諾數(shù)的大小關系進行比較判別流態(tài)。當水流雷諾數(shù)小于臨界雷諾數(shù)時，為層流；反之為紊流。 雷諾數(shù)的物理意義可理解為水流的慣性力和黏滯力之比。對于小雷諾數(shù)，意味著黏滯力的作用大，黏滯力對液流質點運動起抑制作用，當雷諾數(shù)小到一定程度，呈層流狀態(tài)；反之，呈紊流狀態(tài)。 非圓管中流動的液流也有層流和紊流，也有相應的雷諾數(shù)和臨界雷諾數(shù)。如明渠水流的雷諾數(shù)，其特征長度可用水力半徑R來表征。 水力半徑定義為過水斷面面積A與濕周的比值。4.3均勻流基本方程對圓管中的均勻流，不同半徑處的平均切應力可用下式表示，稱為均勻流基本方程：均勻流基本方程對管流和明渠水流均適

16、用，對層流和紊流也均適用。切應力沿徑向r呈線性分布，這一分布規(guī)律對層流和紊流都適用。4.4 層流運動1圓管均勻層流 (1)流速分布 圓管層流的流速分布是以管軸為中心的旋轉拋物面，稱為拋物線形的流速分布。(2)流量Q (3)斷面平均流速v (4)沿程損失hf及沿程水頭損失系數(shù)(5) 動能校正系數(shù)和動量校正系數(shù) 可見層流的動能校正系數(shù)和動量校正系數(shù)都比1大得多，表明層流流速在斷面上的分布很不均勻。2二元明渠均勻層流(1)流速分布(2)流量和斷面平均流速(3)沿程損失hf及沿程水頭損失系數(shù)4.5沿程水頭損失的一般公式從分析層流運動導出計算hf的一般公式為上式稱為達西一魏斯巴赫(Darcy-Weisb

17、ach)公式，對層流和紊流均適用。4.6紊流概述1.紊流的脈動現(xiàn)象和時均概念2.紊流切應力3.紊流的黏性底層研究表明，并不是在紊流的所有區(qū)域，黏性切應力和紊流附加切應力都起著作用。實際上，在紊流的某些區(qū)域，黏性切應力起主要作用，紊流附加切應力的作用幾乎為零；而在另外一些區(qū)域，紊流附加切應力起主要作用，黏性切應力的作用幾乎為零。因此，可以把紊流的區(qū)域劃分為黏性底層、過渡層和紊流核心區(qū)，稱為紊流的結構。4.紊流的水力光滑面、水力過渡粗糙面和水力粗糙面 當液流為紊流時，根據(jù)黏性底層厚度亂與絕對粗糙度的相對關系，可將壁面分為以下三類。(1)水力光滑面 當<0時，這種壁面稱為紊流水力光滑壁面，簡稱

18、為光滑面，相應的圓管簡稱光滑管。(2)水力過渡粗糙壁面 當0<<（0+1）時，這種壁面稱為紊流水力過渡粗糙壁面，簡稱為過渡粗糙面。(3)水力粗糙壁面 當>（0+1）時，這種壁面稱為紊流水力粗糙面，簡稱為粗糙面，相應的圓管簡稱為粗糙管。4.7 紊流的流速分布1對數(shù)流速分布2指數(shù)流速分布4.8 沿程水頭損失系數(shù)A的試驗研究1人工粗糙管沿程水頭損失系數(shù)A的試驗研究尼古拉茲試驗(1)紊流光滑區(qū)(2)紊流粗糙區(qū)(3)紊流過渡粗糙區(qū)圓管中沿程水頭損失與流速的關系可小結如下。(1)層流:hfv1(2)紊流 光滑區(qū):hfv1.75過渡粗糙區(qū):hf=y1.752.0粗糙區(qū):hfy2.0 , 故

19、粗糙區(qū)又稱為紊流阻力平方區(qū)。4.9謝才公式 V=式中，水力半徑R的單位以m計；J為水力坡度；C稱為謝才系數(shù)。對均勻流，將謝才公式改寫后得沿程損失的計算式為 Hf= 常用的謝才系數(shù)C的經驗公式為曼寧(RManning)公式 C=R為水力半徑，以m為單位；n稱為曼寧粗糙度或曼寧粗糙度系數(shù)。4. 10局部水頭損失hj=第五章液體三元流動基本原理內容提要 本章主要介紹不可壓縮液體三元流動的基本理論與公式。5.1 流線與跡線微分方程1流線微分方程 流線是在流場中瞬時畫出的曲線，且曲線上各質點的速度矢量與曲線在各點相切。2跡線微分方程 跡線是一個液體質點在一段時間內的運動軌跡，是對于某一特定的液體質點而言

20、的。對于恒定流動，跡線與流線是重合的。5.2 液體三元流動的連續(xù)性方程直角坐標系下微分形式的連續(xù)性方程為5.3 液體微團運動的基本形式不僅與剛體一樣具有平移和轉動，還有變形運動。1平移平移是指液體微團在運動過程中任一線段的長度和方位均不變的運動。平移速度2線變形率線變形是指微團在運動過程中，僅存在各線段的伸長或縮短。線變形率3角變形率角變形是微團在經過一段時間后，各線段產生了相向偏轉造成的。角變形率4旋轉角速度旋轉運動是微團在經過一段時間后，各線段產生了同向偏轉造成的。旋轉角速度5.4 液體恒定平面勢流1流函數(shù)及其特性 流函數(shù)存在的條件是： 流函數(shù)的主要物理性質：(1)流函數(shù)的等值線就是流線。

21、(2)兩條流線間所通過的單寬流量等于兩個流函數(shù)值之差，(3)對于平面不可壓縮液體的無旋流動，流函數(shù)是調和函數(shù)，滿足拉普拉斯2. 流速勢函數(shù)及其特性勢函數(shù)存在的條件：無旋運動。無旋運動是指旋轉角速度為零的流動。流速勢函數(shù)P的主要物理性質：(1)等勢線與流線正交，等勢面即為過水斷面。(2)流速勢函數(shù)妒滿足拉普拉斯方程，是調和函數(shù)。3流函數(shù)與勢函數(shù)為共軛調和函數(shù)4流網及其性質等勢線簇與流線簇交織成的正交網格稱為流網。流網具有如下性質：(1)流網是正交網格。由于流線與等勢線互相垂直，具有相互正交的性質，所以，流網為正交網格。(2)流網中每一網格的邊長之比，等于流速勢函數(shù)和流函數(shù)增值之比。(3)對于曲邊

22、正方形網格，任意兩條流線間的單寬流量為常量。5.5 液體運動微分方程 動量守恒是液體運動時所應遵循的一個普遍定律，在研究液流內部應力特征的基礎上，建立符合液體運動特性的動量方程即為運動微分方程。第6章有壓管流內容提要本章應用液體運動的基本規(guī)律來分析有壓管流的水力學問題，管流主要解決兩個問題：其一，流量Q與水頭H，管徑d和管道特性之間的關系；其二，壓強沿管線的分布，即繪制測壓管水頭線。最后討論有壓管道非恒定流的水擊現(xiàn)象及簡單的水力計算。6.1 短管的水力計算 1自由出流 2淹沒出流 6.2 長管的水力計算1.簡單管道的水力計算 在長管中，忽略流速水頭和局部水頭2.串聯(lián)管道的水力計算3.并聯(lián)管道的

23、水力計算 由兩條或兩條以上的管段在同一節(jié)點處分出，又在另一節(jié)點處匯合的管道系統(tǒng)稱為并聯(lián)管道。4.沿程均勻泄流管道的水力計算當流量全部沿程均勻泄出時，其水頭損失只等于全部流量集中在管末端泄出時水頭損失的1/3。6.3 有壓管路中的水擊1直接水擊與間接水擊直接水擊：閥門關閉時間Ts小于水擊波的一個相長。間接水擊：閥門關閉時間Ts大于水擊波的一個相長。2直接水擊壓強的計算3間接水擊壓強的計算第7章明渠均勻流內容提要 本章研究明渠恒定均勻流。明渠均勻流理論是渠道設計的基礎，主要內容包括明渠均勻流的力學特性及形成條件，明渠均勻流的水力計算及各種問題的解法。7.1 明渠的幾何要素1明渠的底坡 底坡是指明渠

24、渠底高差與相應渠道長度的比值。以符號i表示底坡，i>0表示明渠渠底高程沿程降低，稱為正坡明渠；當渠底高程沿程不變，i=0稱為平坡明渠；當渠底高程沿程增加，i<0，稱為負坡明渠2明渠過水斷面的幾何要素 明渠過水斷面的幾何要素主要包括過水斷面的水深h、過水面積A、濕周X和水力半徑R等。以常見的梯形斷面為例，其幾何要素如下。 水深h：指過水斷面上渠底最低點到水面的距離。 底寬b：梯形斷面的渠底寬度。 邊坡系數(shù)m: 過水斷面面積A: A=（b+mh）h 濕周X： 水力半徑R：7.2 明渠均勻流的特點及產生條件1明渠均勻流的水力特點(1)過水斷面的流速分布、斷面平均流速、流量、水深以及過水斷

25、面的形狀、尺寸沿程不變；(2)水力坡度、水面坡度、底坡三者相等；(3)作用在水流上的重力在水流方向上的分量與水流所受的阻力相等。2明渠均勻流產生的條件(1)水流為恒定流，流量沿程不變，并且無支流的匯入或分出；(2)明渠為長直的棱柱形渠道，粗糙度沿程不變，并且渠道中無水工建筑物的局部干擾；(3) 底坡為正坡。7.3 明渠均勻流的水力計算在明渠均勻流的水力計算中，主要應用謝才公式，并用曼寧公式確定謝才系數(shù)C。明渠中發(fā)生均勻流時的水深稱為正常水深，以h0表示。與其相應的水力要素均加下標“0”。明渠均勻流水力計算主要有三類基本問題。(1)驗證渠道的輸水能力。對已建成的渠道，已知渠道斷面的形狀、尺寸、渠

26、道土壤性質和護面情況以及渠道底坡，求輸水能力Q。(2)確定渠道底坡。已知渠道斷面的形狀、尺寸、粗糙度及設計流量或流速，要確定渠道底坡。由已知的n、m、b、h0。可首先算出流量模數(shù)K，再求解渠道底坡i。(3)設計渠道斷面尺寸。根據(jù)已知的Q、優(yōu)、規(guī)和i，求解渠道的斷面尺寸b或h0，可采用試算法。7.4 渠道設計中的其他問題1明渠水力最佳斷面對于土質渠道常采用的梯形斷面，有：最佳寬深比，最佳水力半徑。2明渠的允許流速 在設計渠道時，為保證渠道不致發(fā)生渠床的沖刷和泥沙的淤積，要求v不淤<V<V不沖。3明渠的組合粗糙度斷面 當渠道斷面的濕周由不同材料組成時，則各部分的粗糙度不同，這種情況下可

27、用綜合粗糙度代替斷面粗糙度進行水力計算，用nc來計算整個流動的阻力和水頭損失。4明渠的復式斷面渠道橫斷面上望塑巴鋈度或底寬有突然變化的斷面稱為復式斷面，其特點是：主河槽的水力半徑大，粗糙度??；而灘地水力半徑小，粗糙度大。第8章明渠非均勻流內容提要 本章研究的是明渠非均勻流，從運動學和能量兩個方面來研究和建立緩流、急流的判別標準，以及明渠中緩流和急流相互轉換時產生的水力現(xiàn)象水躍和水跌；研究明渠非均勻變流的基本特性及其水力要素沿程變化的規(guī)律；分析水面曲線的變化及其計算。8.1 緩流、臨界流和急流1緩流、臨界流和急流的特點 明渠水流的流態(tài)有緩流、臨界流和急流。緩流多見于底坡較緩的渠道或者平原河道中，

28、是指水深較大，流速較小的流動；急流的水深較小，流速較大，多見于底坡較陡的渠道或者山區(qū)的河道中；緩流和急流的分界是臨界流。2緩流、臨界流和急流的判別方法(1)波速判別法 當v<c時，干擾波能向上、下游傳播，水流為緩流； 當v=c時，干擾波恰不能向上游傳播，水流為臨界流； 當v>c時，干擾波不能向上游傳播，水流為急流。(2)弗勞德數(shù)判別法 可用弗勞德數(shù)來判別明渠水流的流態(tài)。 Fr<1，水流為緩流； Fr=1，水流為臨界流； Fr>1，水流為急流。(3)斷面單位能量判別法(4)臨界水深判別法 h>hc時，為緩流； h=hc時，為臨界流； h<hc時，為急流。(5)

29、底坡判別法 當明渠發(fā)生均勻流時的正常水深h0。恰好等于臨界水深hc時，其相應的底坡稱為臨界底坡，用ic表示。 當明渠中的水流為均勻流時： i<ic，h0>hc，即緩坡上的均勻流為緩流； i>ic，h0<hc，即陡坡上的均勻流為急流；i=ic，h0=hc，即臨界坡上的均勻流為臨界流。8.2 兩種流態(tài)的轉換 1水跌 處于緩流狀態(tài)的明渠水流，因渠底突然變?yōu)槎钙禄蛳掠吻罃嗝嫘螤钔蝗粩U大，引起水面降落。水流以臨界流動狀態(tài)通過這個突變的斷面，轉變?yōu)榧绷?。這種從緩流向急流過渡的局部水力現(xiàn)象稱為水跌。2水躍(1)水躍的產生條件在較短渠段內水深從小于臨界水深急劇地躍升到大于臨界水深的局

30、部水力現(xiàn)象稱為水躍。水躍的產生條件是水流由急流向緩流過渡，它常發(fā)生于閘門、溢流堰、陡槽等泄水建筑物的下游。(2)水躍基本方程與共軛水深關系 8.3 棱柱體明渠水面曲線微分方程棱柱體明渠恒定漸變流微分方程建立了水深h對距離s的水面曲線微分方程，形式，它反映水深沿程變化規(guī)律，可用來分析水面曲線的形狀。8.4 棱柱體明渠水面曲線形狀分析1棱柱體明渠水面曲線的分區(qū)和命名 根據(jù)5種底坡上的正常水深N-N線和臨界水深C-C線共劃分有12個區(qū)。規(guī)定水面曲線在N-N線和C-C線之上的區(qū)域稱為1區(qū)，在二者之間的區(qū)域稱為2區(qū)，在二者之下的區(qū)域稱為3區(qū)。分別將在不同底坡上發(fā)生的水面曲線型號標以下角標1、2、3表示。

31、 區(qū)域劃分后，各區(qū)域內水面曲線的形式用棱柱體水面曲線微分方程分析。212條水面曲線的共同規(guī)律 (1)發(fā)生在1、3區(qū)的均為壅水曲線，2區(qū)的均為降水曲線； (2)當水深接近正常水深時，水面線以N-N線為漸近線； (3)當水深接近臨界水深時，水面線在理論上垂直臨界水深線C-C線，但此時的水流已不符合漸變流條件，而是屬于急變流。8.5 明渠水面曲線計算對明渠水面曲線采用分段求和法進行計算8.6 天然河道水面曲線計算第9章堰流和閘孔出流內容提要 水力學中，把頂部溢流的泄水建筑物稱為堰。過堰的水流，當沒有受到閘門控制時為堰流。當過堰的水流受到閘門控制時為閘孔出流，簡稱孔流。本章主要討論堰流和孔流的計算。9

32、.1 堰流的特點及分類堰流是指水流經過泄水建筑物時發(fā)生水面連續(xù)且光滑的跌落現(xiàn)象。堰流的特點是：水流在重力作用下由勢能轉化為動能；屬于急變流，計算中只考慮局部水頭損失；屬于控制建筑物，用于控制水位和流量 按堰壁厚度與堰上水頭之比，將堰分為三類： 比值< 0.67，薄壁堰 0.67<比值<2.5，實用堰2.5<比值<10，寬頂堰9.2 堰流的基本公式堰流的基本計算公式：式中：堰的流量系數(shù)；側收縮系數(shù)；淹沒系數(shù)；堰寬；堰上總水頭；過堰流量。9.3 薄 壁 堰1流量系數(shù) 薄壁堰計算中，用堰上水頭H代替總水頭H0而將髫的影響并人流量系數(shù)中。2淹沒系數(shù)當下游水位影響堰的泄流量時為淹沒出流，薄壁堰發(fā)生淹沒出流的條件是：下游水位高于堰頂；堰下游發(fā)生淹沒水躍。同時滿足以上兩個條件時，則發(fā)生淹沒出流，要考慮淹沒系數(shù)。9.4 實 用 堰 實用堰一般分為曲線型