河海大學814水力學

1、814水力學GungiPeng2016.11.22、緒論?,1 .牛頓內(nèi)摩擦定律7=叼不?許/角變形率或流速梯度,牛頓流體：如水，空氣，水機等非牛頓流修賓厄母（賓漢）塑性流體:如能?臬、血舞等擬矍性流體：加轅股、油漆等也膨脹流體：如生面亂意粉糊等Ji-科為動力粘度系數(shù)=pv）（注意各物理量單位）2 .牛頓內(nèi)摩擦定律的適用條件為牛頓液體層流運動3 .F=tAo（F為相鄰層之間的內(nèi)摩擦力）4 .圓盤F=?M?=?5 .賓漢塑性流體切應(yīng)力與切應(yīng)變率也成線性關(guān)系，但不過原點，牛頓流體過原點。（p7圖）6 .表面力：壓力、切力。質(zhì)量力：重力、慣性力。7 .液體在流動（連續(xù)不斷變形）過程中，其內(nèi)部會出現(xiàn)抵

2、抗，液體在流動狀態(tài)下抵抗剪切的性質(zhì)稱為液體的粘性（又稱粘滯性）二、水靜力學1 .靜水壓強：垂直指向作用面，一點壓強各方向數(shù)值相等。2 .平衡微分方程：dP=p（xdx+ydy+zdz）,當dP=0,即等壓面，質(zhì)量力與等壓面垂直。3 .液體處于相對平衡：1.等壓面水平，只有重力作用；2.等壓面為斜面，重力和慣性力（產(chǎn)生水平加速度）作用；3.等壓面為旋轉(zhuǎn)拋物面，重力和慣性力（離心力）作用4 .標準大氣壓為101.4KN/m2,絕對壓強等于標準壓強加相對壓強5 .真空高度與真空壓強的換算，P=pgh,真空壓強=I負壓I6 .靜止液體基本方程：z+:?=?靜止液體中任一點相等。7 .解析法：平面上壓力

3、計算：P=APc,即受壓平面形心壓強。與放置方向無關(guān)，只與形心位?11置有關(guān)。yd=yc+而為矩形：Ic=Gbh3,圓：Ic=工行48 .壓力圖法：P=Qb,壓強分布圖面積。壓強分布：三角形e=1/3h,梯形：e=g餐券?9 .曲面：Px=PxcAx;Pz=pgV,p=?+?0=arctan?10 .虛壓力體：水面和壓力體在兩側(cè)，實壓力體在同側(cè)三、液體一元恒定總流基本原理1 .恒定流與非恒定流：液體流動時空間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，反之為非恒定流（與t是否有關(guān)，有無當?shù)丶铀俣龋? .均勻流與非均勻流：流場中位于同一流線上各質(zhì)點的流速矢量不沿程變化（流線不相交）為均

4、勻流，反之為非均勻流。非均勻流可以分為漸變流和急變流（有無遷移加速度）3 .元流：微小流管中的液流4 .總流：由無數(shù)元流集合而成的整股水流稱為總流5 .一元流與三元流：液體的運動要素僅是一個坐標變量的函數(shù)，這種運動稱為一元流，運動要素是三個坐標變量的函數(shù)，稱三元流6 .流線：某一瞬間在流場中繪出的曲線，在此曲線上所有液體質(zhì)點的速度矢量都和該曲線相切。7 .跡線：同一質(zhì)點在一個時段的運動軌跡線8 .連續(xù)方程：V1A1=V2A29 .能量方程：z1+?+3?2+?=z2+器+券+?hw=hf（沿程）+hj（局部）10 .動量方程：P1-P2+R=pQ32V2-31v1;R為固體邊壁對水流的作用力1

5、1 .動能/動量校正系數(shù)，越不均勻越大，因此層流遠大于紊流12 .同一管流斷面上，動能校正系數(shù)“比動量校正系數(shù)陜13 .過水斷面上的壓強大小與基準面選擇無關(guān)14 .均勻流斷面上（非“流場內(nèi)”）的壓強分布規(guī)律與靜水壓強規(guī)律相同四、層流和紊流、液流阻力和水頭損失1.管流：Re=葭?小于2300為層流，大于2300為紊流,?Re=，=?1?2 .明渠：Re=?小與500為層流，大于500為紊流，R=A/X3 .雷諾數(shù)為慣性力與粘性力之比4 .均勻流：t=pgRJ5 .層流流速分布：拋物線分布；紊流流速分布：對數(shù)分布（普朗特動量傳遞理論）6 .上臨界流速：層流變紊流；下臨界流速：紊流變層流7 .圓管層

6、流沿程水頭損失系數(shù)：入=64/Re,明渠層流：入=24/Re8 .紊流瞬日流速=時均流速+脈動流速（可正可負）9 .紊流切應(yīng)力=粘性切應(yīng)力+雷諾應(yīng)力（質(zhì)點摻混引起的附加切應(yīng)力）10 .紊流附加切應(yīng)力與脈動流速、液體密度有關(guān)，與動力粘性系數(shù)科無關(guān)11 .粘性底層：粘性起主要作用，流速近似按直線變化。（邊界層不是粘性底層）12 .運動流體的全部摩擦損失都發(fā)生在緊靠固體邊壁的薄層（邊界層），層外的流體可以看作理想液體求解13 .局部水頭損失通過理論分析與實驗來確定14 .紊流核心區(qū)：脈動現(xiàn)象，紊流切應(yīng)力等于紊流附加切應(yīng)力層流紊流光滑區(qū)紊流過渡粗糙區(qū)紊流粗糙區(qū)入后美雷諾數(shù)雷諾數(shù)相對粗糙度和雷諾數(shù)相對粗

7、糙度入與速度次方-10.2500.25與v無關(guān)hf（與速度次方）11.751.752.0215.16.紊流壓強擺動：紊流具有脈動作用17.謝才公式：Q=CA?曼寧公式：C=1?？學？?J=樂，hf=?吊入4?赤尸8?入二得18.冷水水力坡度J1大于熱水水力坡度J219.粗糙區(qū)紊流散熱效果最佳20.隨著流量增大，紊流從光滑區(qū)到過渡粗糙區(qū)到粗糙區(qū)21.紊流粗糙區(qū)，同一材料的管道，d越小，沿程水頭損失系數(shù)入越大22 .同一種管徑和粗糙度的管道，雷諾數(shù)不同時，可以在管中形成紊流光滑區(qū)，粗糙區(qū)，過渡粗糙區(qū)23 .文德里管測流量，流量公式是根據(jù)能量方程、連續(xù)方程推導(dǎo)、一一一一、一一，八一,?霞際24 .文

8、德里管的流量系數(shù)小于1的原因：能量損失，科=?理論工653.0nJJJiJU.OUr43加睛$76仃&口25.畢托管測流速原理是駐點原理26 .斷面面積沿程增大的水平管道，其管軸壓強不一定沿程增大，考慮水頭損失27 .液體作紊流運動時，相對粗糙度越大，沿程水頭損失入可能越大（穆迪圖）28 .只有粘性液體才有層流紊流之分五、液體三元流動基本原理1.三元連續(xù)方程:祭祭等0,流函數(shù)存在條件2.線變形：xx=?3.旋轉(zhuǎn)角速度:3Z=（翳;等?,判斷無旋運動，勢函數(shù)存在條件、,1?4 .角變形：y=-（寶?+而?），是否剪切變形5 .恒定平面勢流：流函數(shù)少x,y;段?，？?？翡-?連續(xù)方程滿足平

9、面流動6 .速度勢函數(shù)J登?篝？?？無旋滿足7 .d少=-?d（）=?8 .不可壓縮恒定平面流動中，任意兩流線之間通過的單寬流量等于該兩流線的流函數(shù)之差9 .液體是否為有旋運動，取決于液體微團本身是否旋轉(zhuǎn)，而與液體微團的運動軌跡無關(guān)10 .沿著流動方向，在同一流線上各點的勢函數(shù)值是增大的11 .歐拉液體平衡方程對理想液體和實際液體均適用（歐拉方程只用于靜止狀態(tài)，而靜止液體不考慮粘性）六、有壓管流1 .長管和短管：沿程水頭損失占95%以上為長管2 .長管不計流速水頭和局部水頭3 .長管的總水頭線與測壓管水頭線相重合4 .串聯(lián)管道流量相同：Q=Q1=Q2=Q3=?.5 .并聯(lián)管道沿程水頭損失相等：

10、Q=Q1+Q2+Q3+?6 .并聯(lián)管道由于液流總重量不同，所以總機械能不等，但單位能量相等7 .水擊相長：Tc=周期T=4?8 .直接水擊：Ts<?間接水擊：Ts>?P=pcv0,貝U?H=cv09 .直接水擊壓強：？P=pcv0-v,閥門完全關(guān)閉時，水擊壓強10 .水擊研究中，液體和管道假設(shè)都是彈性體，產(chǎn)生可壓縮的非恒定流11 .管流負壓區(qū)是指測壓管水頭線在管軸線以下的部分。12 .水流在等直徑直管中作恒定流動時，其測壓管水頭線沿程下13 .水泵：揚程Hp=z+hw;安裝高度hs=-（焉+葭+?14 .V02W0,出口處為突然擴大的水流，總水頭線下降至下游水面上方，測管水頭線上升

11、后與下游水面相接，此時兩者相差流速水頭。V02=0此時局部水頭損失等于管道的流速水頭,總水頭線下降至下游水面處，測管水頭線與下游水面相接。七、明渠均勻流1.J=Jp水面坡度二i底坡，v=C?2.正坡i>0,平坡i=0,負坡i<03.正常水深h0與流量寬度b,坡度m有關(guān),Q,糙率n,底坡i,寬度b,坡度m有關(guān)；臨界水深hc與流量Q,3?矩形斷面hc=方，q=Q/b4 .梯形斷面：A=(b+mh0)h0,X=b+2h01+?2,R=A/X,C=；?5 .水力最佳斷面：當渠道的底寬i,糙率n一定，在通過已知設(shè)計流量時所選定的過水面積最小，或者是過水面積一定時通過的流量最大，符合這種條件的

12、斷面稱為水力最佳斷面?-n一，一一詔=21+?2-?,矩形=2(b=2h)6 .緩坡明渠中的均勻流只能是緩流，陡坡明渠中的均勻流只能是急流？+?2?2+?+?7 .組合糙率斷面：nc=22+22+22222，行<2132.0F?22+?2?22+?+?22?nc=?21+?2+?'?>?2.08 .復(fù)式斷面：Q=Q1+Q2+?=K1?+K2?+?=?2?2?1?+?2?2?2?+?9 .渠道斷面設(shè)計時，選用糙率n偏小，引起輸水能力不足或溢漫現(xiàn)象八、明渠非均勻流1 .緩流和急流判別：1.V<?干擾波能向上下游傳播，水流為緩流,2 .Fr<1,水流為緩流，F(xiàn)r=-2

13、L動能與勢能之比?3 .繆?0,水流為緩流，Es=h+胃3?4 .h>hc,水流為緩流，hc=/5 .i<ic,h0>hc,即緩坡上的均勻流為緩流2 .緩流斷面單位能量隨水深增大而增加，急流斷面單位能量隨水深增大而減小。3 .急流到緩流發(fā)生水躍（Fr>1fr<1,存在一點Fr=1）,緩流到急流發(fā)生水跌?Fr=1?74 .水躍萬程：h2=(1+8?-1),矩形:h2>?為遠離式水躍,h2=ht為臨界水躍，h2<?為淹沒水躍5 .正坡分為緩坡（i<ic）,臨界坡（i=ic）,陡坡（i>ic）6 .十二條水面線熟記規(guī)律1:1區(qū)，3區(qū)升，2區(qū)降規(guī)律

14、2：接近N-N線時，以N-N線為其漸進線規(guī)律3:接近C-C線時，垂直于C-C線均勻流的水面線是N-N線7 .明渠水流中，斷面單位能量Es沿程增大：緩坡M1;陡坡S1,S2;臨界坡C1。斷面單位能量Es沿程減小：緩坡M2,M3;陡坡S3;臨界坡C3;平坡H2,H3;負坡A2,A3（流速與波速關(guān)系）8 .壅水曲線的水深增大，高程一般減小9 .緩流通過矩形斷面明渠中障礙物時，障礙物上的水面必然下降九、堰流和閘孔出流1.?<0.67,薄壁堰；0.67<?<2.5,實用堰；2.5<梟10,寬頂堰2.堰流基本集散公式：Q=3emB2?。2,三個系數(shù)分別是側(cè)收縮系數(shù)，淹沒系數(shù)，流量系

15、3 .薄壁堰、實用堰淹沒出流條件：1.下游水位高于堰頂，2.下游發(fā)生淹沒水躍4 .寬頂堰淹沒出流條件：要0.8,hs為下游水位高于堰頂?shù)臄?shù)值，H0為堰上總水頭5 .實用堰：?>0.75為堰流，?<0.75為孔流；寬頂堰：第0.65為堰流，?<0.65為孔流。6 .實用堰水頭H大于設(shè)計水頭Hd時，流量系數(shù)m大于設(shè)計流量系數(shù)md7 .堰流由于流線在極短的范圍內(nèi)急劇變化，是急變流，能量損失以局部損失為主8 .防止薄壁堰水舌下面形成局部真空，應(yīng)安裝通氣管十、泄水建筑物下游水流的銜接與消能1 .消能方式：底流消能，面流消能，挑流消能2 .底流消能：消力池水力設(shè)計，池深d,池長13 .取

16、最大流量為設(shè)計流量時，消力池的長度不一定最大；最大流量不一定是消力池深度的設(shè)計流量。4 .利用底流消能時，以略有淹沒的水躍消能為宜（保證水躍位置穩(wěn)定）H一、滲流1 .滲流模型：假設(shè)全部滲流空間（土壤和孔隙的總和）均被流體所充滿，但任一斷面上的滲流量等于實際滲流量，水頭損失等于實際水頭損失，而整個模型區(qū)內(nèi)任一點的滲流運動要素，可以表示成滲流空間的連續(xù)函數(shù)，這樣就便于用水力學或流體力學的方法進行研究。2 .達西定律：v=kJ,滲流流速v與水力坡度J的一次方成比例，只適用于層流3 .流網(wǎng)計算：u=k-?q=?m為流線-1,n為勢線-14 .滲流一點處壓強：P=pgH+Z,H=h-?H（ni-1）5 .滲流系數(shù)及邊界條件相同，作用水頭不同，滲流流網(wǎng)相同。十三、水力相似與模型試驗基本原理1 .量綱：區(qū)別物理量類別的標志。基本量綱和誘導(dǎo)量綱。2 .單位：量度各種物理量數(shù)值大小的標準。3