水力學(xué)知識(shí)點(diǎn)

10連續(xù)介質(zhì)實(shí)際流體模型

學(xué)問(wèn)點(diǎn)0由質(zhì)點(diǎn)組成的連續(xù)體,具有：易流淌性、粘滯性、不行壓縮性、不計(jì)外表張力的性質(zhì).粘滯性：牛頓內(nèi)摩擦定律dudy抱負(fù)流體模型：不考慮粘滯性。作用在液體上的力：質(zhì)量力、外表力例：1.在靜水中取一六面體分析其所受的外力作用在該六面體上的力有 〔〕〔a〕切向力、正壓力 (b)正壓力(c) 正壓力、重力 (d)正壓力、切向力、重力在明渠均勻流中取一六面體其所受的外力作用在該六面體上有 〔〕〔a〕切向力、正壓力 (b)正壓力(c)正壓力、重力 (d)正壓力、切向力、重力抱負(fù)流體與實(shí)際流體的區(qū)分僅在于，抱負(fù)流體具有不行壓縮性。 〔〕第1章 水靜力學(xué)靜壓強(qiáng)的特性垂直指向受壓面。在同一點(diǎn)各方向的靜壓強(qiáng)大小與受壓面方位無(wú)關(guān).等壓面：等壓面是水平面的條件水靜力學(xué)根本方程z g

pp0

gh根本概念靜壓強(qiáng)分布圖5.點(diǎn)壓強(qiáng)的計(jì)算利用：等壓面、靜壓強(qiáng)根本方程。解題思路：①找等壓面③利用靜壓強(qiáng)根本方程推求。6PbI圖解法：IP解析法：P

ghAc

y y c作用在曲面上的靜水總壓力關(guān)鍵：壓力體畫(huà)法

D c yAc以曲面為底面，向自由液面〔自由液面延長(zhǎng)面〕投影，曲面、鉛錘面、自由液面所包圍的水體為壓力體。壓力體與水在同一側(cè)為實(shí)壓力體，鉛錘分力方向向下。反之，為虛壓力體，鉛錘分力方向向上。例1.流體內(nèi)部某點(diǎn)存在真空，是指 〔〕〔a〕該點(diǎn)確實(shí)定壓強(qiáng)為正值 〔b〕該點(diǎn)的相對(duì)壓強(qiáng)為正值〔c〕該點(diǎn)確實(shí)定壓強(qiáng)為負(fù)值 〔d〕該點(diǎn)的相對(duì)壓強(qiáng)為負(fù)值流體內(nèi)部某點(diǎn)壓強(qiáng)為2個(gè)大氣壓，用液柱高度為 〔〕10米水柱 b)22米水柱 c)20米水柱 d)25米水柱無(wú)論流體作何種運(yùn)動(dòng)，流體內(nèi)任何一個(gè)水平面都是等壓面。 〔〕第2章 液體運(yùn)動(dòng)的流束理論描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法：拉格朗日(Lagrange)法、歐拉(Euler)法根本概念跡線和流線、流管、元流、總流和過(guò)水?dāng)嗝?、流量和斷面平均流速、一元流、二元流和三元流、恒定流與非恒定流、均勻流與非均勻流；漸變流、急變流。3.不行壓縮均質(zhì)流體連續(xù)性方程u ux yx

u z 0x y z1 恒定總流連續(xù)方程：A1

Av2 2抱負(fù)流體元流的能量方程p u2 p u2z 1 1 z 2 21 g 2g 2 g 2g實(shí)際流體元流的能量方程p u2 p u2z 1 1 z 2 2 h”1 g 2g 2 g 2g w實(shí)際流體恒定總流能量方程p v2 p

v2z 1 11 z 2 2 2h1 g 2g 2 g 2g

w12p v2 p

v2z 1 11 Hz 2

2 2hg 2gg 2g

w12能量方程應(yīng)用留意事項(xiàng)〔三選〕〔可任選，以便利為原則〕〔必需是均勻流或漸變流斷面，中間可為急變流〕〔可任選，以便利為原則〕恒定總流淌量方程2 2

v1

)F重量形式：Q(v v )F2 2x 12x xQ(2v2y1v2y)FyQ(v2 2z

v1

)Fz動(dòng)量方程應(yīng)用留意事項(xiàng)選擇脫離體〔掌握面〕建立坐標(biāo)系全面分析外力動(dòng)量方程為矢量式，流速、力均有方向。方程左邊為所取流段的動(dòng)量的變化率，肯定是流出的動(dòng)量減去流入的動(dòng)量。三大方程聯(lián)合應(yīng)用〔1〕〔2〕〔1〕〔2〕定理對(duì)于任一物理過(guò)程，存在有n個(gè)物理量，總可以寫(xiě)成函數(shù)f(q,q,q1 2 3

qn

)0假設(shè)選擇其中m 個(gè)物理量作為根本量〔流體力學(xué)中一般m3，一個(gè)幾何量，一個(gè)動(dòng)量，一個(gè)動(dòng)力氣理量可以用這3個(gè)根本量表示，寫(xiě)為無(wú)量綱的 式，共寫(xiě)出(n3)個(gè)有效 式，q 4 4 qqq1 2 3F(4,56....n)0通過(guò)量綱和諧原理建立其物理量之間的關(guān)系，此乃定理。例.1.在水箱上接出一條等直徑圓管末端設(shè)有閥門(mén)已掌握流量假設(shè)水箱內(nèi)水面不隨時(shí)間變化、當(dāng)閥門(mén)開(kāi)度肯定時(shí)，管中水流為 〔〕(a)恒定均勻流〔b〕恒定非均勻流〔c〕非恒定均勻流〔d〕非恒定非均勻流恒定流肯定是均勻流。 〔〕在恒定流狀況下，流線與跡線重合。 〔〕3章液流型態(tài)與水頭損失1.液體流淌的兩種型態(tài)層流：流體質(zhì)點(diǎn)互不摻混，做有條不紊的規(guī)章運(yùn)動(dòng)。紊流：流體質(zhì)點(diǎn)相互摻混，形成渦體，做雜亂無(wú)章的運(yùn)動(dòng)。管流：

Revd

RevR水頭損失

Re2023 Rec l v2

500fhf

d2g0均勻流根本公式固體邊界：0圓管過(guò)水?dāng)嗝嫔锨袘?yīng)力的分布2.

gRJ 流體內(nèi)部：gRJr0r0切應(yīng)力：

dudy

gJu (r2r2)斷面流速分布： 4 0最大流速〔管軸線上〕 gJ

max

gJr24 01斷面平均流速： v

r2 8 0 2

maxh 64lv2f Red3g64

h

l v2令 Re

f d3g紊流的特征紊流中運(yùn)動(dòng)要素的脈動(dòng)瞬時(shí)流速：u(t)u u”x x x1時(shí)均流速：

u x T

u(t)dtu u”x x xu”脈動(dòng)流速：x紊流附加切應(yīng)力

u ux x

du

l2( )2du1 2 dy dydu紊流流速分布u1

vlnyc對(duì)數(shù)曲線分布，流速分布均勻化了。此即粘流底層

1.0 1.0的緣由。受粘滯力作用，有一極薄層流體附在管壁上不流淌；在靠近固體邊界四周的液層做層流運(yùn)動(dòng)，稱之為粘性底層。粘性底層的厚度用 厚度不是一成不變的，與直徑、雷諾數(shù)、粗糙度有關(guān)。紊流分區(qū)確定粗糙度K 粘性底層 紊流流核〔1〕水力光滑區(qū) K0.4〔2〕過(guò)渡粗糙區(qū) 0.4K6〔3〕粗糙區(qū)〔阻力平方區(qū)〕K6尼古拉茲試驗(yàn)區(qū)，Re<2300，層流區(qū) λ=f(Re)，區(qū)，Re=2300~4000，層流到紊流過(guò)渡區(qū)λ=f(Re,K/d)III區(qū)，105<Re>4000，紊流水力光滑區(qū) λ=f(Re).=f(Re、K/d).區(qū)，粗糙管，λ=f(K/d).‘阻力平方區(qū)’。v2j局部損失計(jì)算公式： h 2gj突然放大局部損失計(jì)算公式的推導(dǎo)。(vv)2h 1 2 j 2gA v2 v2 A h(1 1)2

1

(1 1)2j A 2g

12g

A 2 A 2 A v22

v2

( 21)2h( j

1)

2 22

A A 2g 2g1 1等直徑圓管中紊流的過(guò)流斷面流速分布是 〔 〕呈拋物線分布 (b)呈對(duì)數(shù)線分布(c)呈橢圓曲線分布 (d)呈雙線分布2.壁面粗糙的管道肯定是水力粗糙管?！病?.在進(jìn)展水力計(jì)算時(shí)，短管是指管道幾何長(zhǎng)度較短的管道?！病?.臨界雷諾數(shù)的大小僅與流體的流速有關(guān)，與流體的性質(zhì)無(wú)關(guān)。〔〕5紊流各區(qū)沿程阻力系數(shù)與ReKd的關(guān)系？7.層流與紊流的內(nèi)部切應(yīng)力有何不同？4孔口分類(lèi)：大孔口與小孔口〔Hd

10Hd

10〕薄壁孔口與厚壁孔口自由出流與漂浮出流恒定出流與非恒定出流薄壁小孔口恒定出流2gH0Q2gH0QQ1.32A 2gHn0 n ， pc 0.75 收縮斷面壓強(qiáng)： 0管嘴工作條件：(a)l(3~4)d；(b)H 9m(水柱)0短管的水力計(jì)算流量公式：QA

1lld2gH2gH0總水頭線與測(cè)壓管水頭線的畫(huà)法?？偹^線測(cè)壓管水頭線。規(guī)律：總水頭線沿程總是下降的?！卜粗硿y(cè)壓管水頭線沿程可升可降?？偹^線與測(cè)壓管水頭線重合，為折線。長(zhǎng)管的水力計(jì)算簡(jiǎn)潔管路lv2 8g l Q2 Q2計(jì)算公式：

Hh f

d2g c2

4R2gA2

lA2C2RKAC

R流量模數(shù)RHhf

Q2lK2粗糙區(qū)〔v12m/s

Hhf

Q2lK2水力光滑區(qū)或紊流過(guò)渡區(qū)〔v1.2m/s〕Hhf

kQ2lK2 l H h lQ2還可表示為： f8

d2g d2g2d4 g2d5s令： g2d5 〔比阻〕f粗糙區(qū)〔v12m/s：Hh SlQ2f水力光滑區(qū)或紊流過(guò)渡區(qū)〔v

1.2m/s〕Hh kSlQ2 kf —修正系數(shù)串聯(lián)管路n

n Q2計(jì)算原則〔1〕H slQ2 H

i lii ii1

i1

K2 ii〔2〕Qi

qQi

〔節(jié)點(diǎn)流量〕并聯(lián)管路〔1〕n n

h h h ....ff1 f2 f3f〔2〕

ii1

〔節(jié)點(diǎn)流量〕例：1.總水頭線與測(cè)壓管水頭線的根本規(guī)律之一，是： 〔 〕〔c〕測(cè)壓管水頭線沿程上升?！瞕〕測(cè)壓管水頭線總是沿程下降的。外延管嘴的正常工作條件是 〔 〕3-49(c)管長(zhǎng)l<(3-4)d9〔b〕管長(zhǎng)l=(3-4)d，作用水頭小于95章明渠恒定均勻流明渠的分類(lèi)：按渠身形式分類(lèi)： 棱柱形渠道 非棱柱形渠道按底坡分類(lèi)：順坡渠道i0；逆坡渠道i0；平坡渠道i0按渠道斷面分類(lèi)：梯形渠道、矩形渠道、復(fù)式斷面渠道……流淌形態(tài)：明渠恒定流、明渠非恒定流、明渠均勻流、明渠非均勻流明渠非均勻流又分為：急變流與漸變流明渠均勻流的水力特征：iJ J底坡線、水面線、總水頭線，三線平行。 P水深、過(guò)流斷面的外形、尺寸；斷面平均流速及流速分布沿程不變水體重力沿水流方向的分力等于固體邊界對(duì)水流的摩阻力。②渠道為長(zhǎng)、直棱柱型渠道③i和n沿程不變④順坡渠道4、明渠均勻流的根本公式

QACRiRiQKRiRi

KACi1 1i

流量模數(shù)R1R謝齊系數(shù)：C n

6〔曼寧公式〕C Ry〔巴氏公式〕n5、水力最優(yōu)斷面定義：在過(guò)流斷面的面積、糙率、底坡肯定前提下，通過(guò)流量最大的斷面11m2對(duì)于梯形斷面渠道：h

(b)hh

2(

m)矩形渠道： b2h h明渠均勻流水力計(jì)算的根本問(wèn)題iQKiiQ2設(shè)計(jì)渠道的底坡： K2〔試算或圖解法〕6章明渠恒定非均勻流第7章 水躍1、明渠水流流淌類(lèi)型方干擾波波速方干擾波波速弗勞德數(shù)臨界水深臨界底坡法cghmFrvghmhiKK流態(tài)緩流vcFr1.0hh iiK K臨界流vcFr1.0hh iiK K急流vcFr1.0hhkiiK斷面單位能量〔斷面比能〕Ehv2s 2g

E hQ2s 2gA2

E f(h)sQ2 A3 K臨界流方程：g BK跌水與水躍〔1〕跌水現(xiàn)象

〔矩形渠道:h 〕3q3q2g緩坡接陡坡的渠道〔2〕水躍現(xiàn)象〔1〕水躍方程：

緩坡渠道末端有跌坎Q2∵gA

Ayc

f(h)

(h”)(h“)∴〔3〕水躍的類(lèi)型臨界式水躍h∴t

h“(b)

hh“漂浮式水躍 t(c)

遠(yuǎn)驅(qū)式水躍

hh“t臨界水深、臨界底坡、緩坡、陡坡水面曲線的定性繪制〔緩坡、陡坡〕水面曲線變化根本規(guī)律全部a型、C型曲線都是壅水曲線。全部b型曲線都是降水曲線。水面曲線具有不同的凹凸性。性繪制水面曲線的方法與原則依據(jù)底坡或水深，按均勻流條件，推斷急流、緩流，確定N-N線與K-K線。視底坡轉(zhuǎn)變或水工建筑物的影響，分析水流加速，還是減速，推斷水面曲線是壅水曲線還是降水曲線。水流受阻，水流減速運(yùn)動(dòng)，水深變大，為壅水曲線，反之為降水曲線。把底坡轉(zhuǎn)變或水工建筑物的影響，視為干擾，確定對(duì)上游的影響。假設(shè)上游急流，這個(gè)干擾形成的波不向上游傳播，上游水面為均勻流，水面線不變；假設(shè)為緩流，干擾波向上游傳播，上游水面曲線變化。從急流到緩流消滅水躍，從緩流到急流發(fā)生跌水。例：1.明渠水流，從急流過(guò)渡到緩流，發(fā)生跌水。----------------〔 〕2.明渠水流，從急流過(guò)渡到緩流，發(fā)生跌水跌。---------------〔 〕3.跌水的形成條件是 〔 〕〔a〕從急流過(guò)渡到急流 〔b〕從急流過(guò)渡到緩流〔c〕從緩流過(guò)渡到急流 〔d〕從緩流過(guò)渡到緩流8堰流的分類(lèi)

0.67

0.67H

2.5寬頂堰：

2.5H

10.0Qmb2gH1.5

Qmb

2gH1.52g堰流根本公式 0 0 2g有側(cè)向收縮：

Qm0

H1.5漂浮出流：

Qm 2gH1.503、寬頂堰〔1〕寬頂堰自由出流〔1〕〔2〕堰頂上水流為急流。寬頂堰漂浮出流〔1〕一次水面跌落，下游消滅動(dòng)能恢復(fù)z堰頂上水流為緩流。寬頂堰漂浮過(guò)程及漂浮標(biāo)準(zhǔn)

〔2〕〔1〕必要條件：h0s〔2〕充分條件：h 0.8Hss 0第12章 液體運(yùn)動(dòng)的流暢理論質(zhì)點(diǎn)的速度、加速度uxuyu

u(x,y,z)xu(x,y,z)yu(x,y,z)z z質(zhì)點(diǎn)加速度的表達(dá)式〔歐拉法〕ua xx t

uu xx x

uu y y

uu xz z液體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的根本形式有旋流與無(wú)旋流 1 u u ( z y)x 2