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水力學(xué)Hydraulics重慶交通大學(xué)港口航道與海岸工程專業(yè)基礎(chǔ)課程第1頁緒論(2課時)0水靜力學(xué)(7課時)1有壓管中恒定流(3課時)2液體運動流束理論(10課時)3液流型態(tài)及水頭損失(5課時)4明渠恒定均勻流(4課時)

5★★★★★重慶交通大學(xué)港口與航道工程專業(yè)基礎(chǔ)課程重慶交通大學(xué)港口航道與海岸工程專業(yè)基礎(chǔ)課程第2頁明渠恒定非均勻流(8課時)6水躍(4課時)7恒定平面勢流(2課時)9泄水建筑物下游水流銜接與消能(1課時)12液體運動流場理論(5課時)14滲流(1課時)

158堰流及閘孔出流(2課時)★★重慶交通大學(xué)港口航道與海岸工程專業(yè)基礎(chǔ)課程第3頁第0章緒論本章小結(jié)第0章緒論

1、粘滯性與牛頓內(nèi)摩擦定律；粘滯性：液體質(zhì)點之間因為相對運動產(chǎn)生內(nèi)摩擦力性質(zhì)，這種內(nèi)摩擦力稱為粘滯力或切應(yīng)力。牛頓內(nèi)摩擦定律層流運動第4頁第0章緒論本章小結(jié)2、連續(xù)介質(zhì)與理想液體概念；由瑞士學(xué)者歐拉(Euler)

1753年提出，認(rèn)為液體是由無數(shù)沒有微觀運動質(zhì)點組成沒有空隙連續(xù)體，而且認(rèn)為表征液體運動各物理量，比如密度、速度、壓強等在空間和時間上都是連續(xù)分布和連續(xù)改變。液體質(zhì)點就是一個“宏觀小，微觀大”液體單元。

理想液體，就是把水看作絕對不可壓縮、不能膨脹、沒有粘滯性、沒有表面張力連續(xù)介質(zhì)。第5頁液體（主要是水）是含有慣性、重力特征、易流動性和粘滯性，常溫常壓下不考慮膨脹性和壓縮性、無表面張力且均勻等向連續(xù)介質(zhì)。3、水力學(xué)中所研究液體含有基本物理性質(zhì)4、作用液體上力按作用特點，可分為表面力和質(zhì)量力兩大類。重慶交通大學(xué)港口航道與海岸工程專業(yè)基礎(chǔ)課程第6頁第1章水靜力學(xué)本章小結(jié)第1章水靜力學(xué)1、靜水壓強兩個主要特征和等壓面性質(zhì)；(1)靜水壓強方向與受壓面垂直并指向受壓面。(2)靜水壓強各向等值。靜水壓強性質(zhì)(1)

在平衡液體中等壓面即是等勢面。(2)

等壓面與質(zhì)量力正交。等壓面性質(zhì)第7頁第1章水靜力學(xué)本章小結(jié)2、靜水壓強計算和靜水壓強分布圖繪制；

(1)按一定百分比，用線段長度代表該點靜水壓強大小。

(2)用箭頭表示靜水壓強方向，并與作用面垂直。壓力圖法：相對壓強絕對壓強實際工程中，普通只需繪制相對壓強分布圖。靜止液體中任意點靜水壓強計算公式：第8頁第1章水靜力學(xué)本章小結(jié)3、靜水壓強單位和三種表示方法、水頭幾何意義和物理意義；

壓強大小表示：

(1)以單位面積上壓力數(shù)值即千帕(kPa)來表示1at(工程大氣壓)=98kPa(2)用液柱高表示98kPa=1個工程大氣壓=10m水柱=736mm水銀柱第9頁第1章水靜力學(xué)本章小結(jié)水頭幾何意義和物理意義:靜水壓強基本方程式

z：位置水頭，在參考坐標(biāo)平面以上幾何高度。：壓強水頭，是該點壓強高度。

：測壓管水頭物理意義：代表了單位重量液體所含有位能

代表了單位重量液體所含有壓能

第10頁第1章水靜力學(xué)本章小結(jié)4、平面上靜水總壓力計算(圖解法和解析法)；

(略)5、壓力體圖繪制及曲面上靜水總壓力計算；

(略)第11頁1、液流分類及液體運動基本概念；第2章液體運動流束理論本章小結(jié)(1)恒定流與非恒定流(2)跡線與流線(3)微小流束與總流(4)過水?dāng)嗝?5)流量(6)斷面平均流速(7)一元流、二元流、三元流第12頁2、水動力學(xué)三大方程(連續(xù)性方程、能量方程、動量方程)推導(dǎo)及其應(yīng)用；第2章液體運動流束理論本章小結(jié)連續(xù)性方程

能量方程

動量方程第13頁3、了解測壓管水頭線、總水頭線、水力坡度、測壓管坡度、流速水頭、總水頭；第2章液體運動流束理論本章小結(jié)第14頁1、水頭損失產(chǎn)生條件及分類；本章小結(jié)第3章液流型態(tài)及水頭損失

沿程水頭損失：沿程都有且隨流程增加水頭損失，用hf

表示。產(chǎn)生必備條件：

(1)液體含有粘滯性；

(2)因為固體邊界影響，液流內(nèi)部質(zhì)點之間產(chǎn)生相對運動。

局部水頭損失：發(fā)生在局部范圍之內(nèi)水頭損失，用hj表示。第15頁2、液體流動型態(tài)判別及雷諾數(shù)物理意義；本章小結(jié)第3章液流型態(tài)及水頭損失

層流：水流流速較小，各流層液體質(zhì)點運動各自進行，互不混雜。

湍流(紊流)：水流流速較大，各流層液體質(zhì)點形成渦體，相互混摻。判別依據(jù)：雷諾數(shù)物理意義：表征慣性力與粘滯力對比關(guān)系。第16頁3、兩類水頭損失計算；本章小結(jié)第3章液流型態(tài)及水頭損失沿程水頭損失局部水頭損失第17頁4、了解沿程阻力系數(shù)改變規(guī)律；本章小結(jié)第3章液流型態(tài)及水頭損失第18頁1、管道分類；本章小結(jié)第4章有壓管中恒定流有壓管分類I按與時間是否相關(guān)按布置情況分ìí?有壓管恒定流有壓管非恒定流ìí?簡單管道(重點)復(fù)雜管道(了解)第19頁

長管：沿程水頭損失占總水頭95％以上；局部水頭損失和流速水頭可忽略。

短管：局部水頭損失及流速水頭之和大于沿程水頭損失5％，計算中不能忽略。第4章有壓管中恒定流有壓管分類II

按水頭損失比重分{長管短管本章小結(jié)第20頁2、簡單管道水力計算；本章小結(jié)第4章有壓管中恒定流有壓管道計算主要內(nèi)容是水頭損失。按短管計算時，可分兩類：(1)自由出流；(2)淹沒出流；(1)自由出流(2)淹沒出流在其它條件一樣情況下，二者流量系數(shù)一致；經(jīng)過管道系統(tǒng)流量大小決定于有效水頭。第21頁本章小結(jié)第4章有壓管中恒定流按長管計算時，局部水頭損失和流速水頭可忽略。流量計算公式在給水管道中，水流(v<1.2m/s)可能屬過渡粗糙區(qū)，應(yīng)對上述公式進行修正。第22頁本章小結(jié)第5章明渠恒定均勻流1、明渠均勻流水力特征及產(chǎn)生條件；(1)水力特征

總水頭線、水面線和底坡線三者相互平行。流動特征

過水?dāng)嗝媪魉俜植?、斷面平均流速沿程不變；所以，動能修正系?shù)和流速水頭也沿程不變；能量特征

過水?dāng)嗝嫘螤?、尺寸及水深沿程不變；幾何特?/p>

第23頁本章小結(jié)第5章明渠恒定均勻流(2)產(chǎn)生條件

水流應(yīng)為恒定流。恒定流

流量應(yīng)沿程不變。單一流

渠道必須是長直棱柱體順坡明渠，糙率沿程不變。順坡流

渠道中無閘、壩等各種水工建筑物干擾。無干擾第24頁本章小結(jié)第5章明渠恒定均勻流2、明渠均勻流水力計算基本公式及其應(yīng)用；明渠均勻流計算公式連續(xù)方程謝才公式對明渠均勻流J=i第25頁本章小結(jié)第5章明渠恒定均勻流3、水力最正確斷面概念及梯形斷面水力最優(yōu)寬深比條件；(1)概念(2)最優(yōu)寬深比條件符合該條件斷面，工程量最小，稱水力最正確斷面。問題提出：

在經(jīng)過流量一定時，怎樣使過水?dāng)嗝婷娣e最??？在面積一定情況下，怎樣使流量到達最大？第26頁本章小結(jié)1、明渠非均勻流水力特征、產(chǎn)生條件及水力現(xiàn)象；第6章明渠恒定非均勻流水力特征：明渠底坡線、水面線、總水頭線彼此互不平行。第27頁本章小結(jié)第6章明渠恒定非均勻流產(chǎn)生條件：明渠橫斷面幾何形狀或尺寸沿流程改變，粗糙度或底坡沿流程改變，或在明渠中修建人工建筑物(閘、橋梁、涵洞)，都能使明渠水流發(fā)生非均勻流動。水力現(xiàn)象：在明渠非均勻流中，若流線是靠近于相互平行直線，或流線間夾角很小、流線曲率半徑很大，這種水流稱為明渠非均勻漸變流，反之為明渠非均勻急變流。第28頁本章小結(jié)2、斷面比能概念及改變規(guī)律；第6章明渠恒定非均勻流把基準(zhǔn)面選在渠底斷面比能

比能曲線第29頁本章小結(jié)3、臨界水深、臨界底坡計算及應(yīng)用；第6章明渠恒定非均勻流臨界水深：對應(yīng)于斷面單位能量最小水深，hK。矩形斷面：任意斷面：臨界底坡：正常水深等于臨界水深時對應(yīng)底坡，iK；

第30頁本章小結(jié)4、明渠水流狀態(tài)判別方法(最少掌握三種)；第6章明渠恒定非均勻流(2)(1)(3)(4)(5)(均勻流適用)第31頁本章小結(jié)5、棱柱體明渠中恒定漸變流水面曲線類型及特點、定性分析與計算；第6章明渠恒定非均勻流12種水面曲線陡坡緩坡臨界坡底坡i正坡平底逆坡第32頁本章小結(jié)6、明渠非均勻流水力計算基本公式；第6章明渠恒定非均勻流逐段試算法計算水面曲線基本公式

計算類型：(兩種)

已知流段兩端水深，求流段距離△S。解法：對棱柱體明渠，套公式。

已知流段一端水深和流段長度△S

，求另一端水深。解法：假定另一端水深，進行試算(慣用)。第33頁本章小結(jié)1、水躍定義、類型及作用；第7章水躍定義：水流由急流狀態(tài)過渡到緩流狀態(tài)時，會產(chǎn)生一種水面突然躍起特殊局部水力現(xiàn)象。類型：水躍形式主要與躍前斷面Fr1相關(guān)。

完全水躍：表面有旋滾水躍。

波狀水躍：當(dāng)1<Fr1<1.7時，水躍表面將形成一系列起伏不大單波，波峰沿流降低，最終消失。消能效果很差。作用：消能。第34頁本章小結(jié)2、棱柱體水平明渠水躍方程(7.2)或(7.4)式；第7章水躍棱柱體水平明渠水躍方程或：在棱柱體水平明渠中，躍前水深h1與躍后水深h2具有相同水躍函數(shù)值。所以，稱這兩個水深為共軛水深。第35頁本章小結(jié)3、共軛水深計算；第7章水躍試算法！

(利用水躍方程求解)假定某一共軛水深，當(dāng)水躍方程左右兩端相等時即為所求。第36頁第7章水躍

圖解法！

(利用水躍函數(shù)曲線求解)本章小結(jié)躍后水深躍前水深第37頁本章小結(jié)4、水躍能量損失及水躍長度計算；第7章水躍消能效率以消能系數(shù)表示：矩形明渠躍長公式梯形明渠躍長公式第38頁本章小結(jié)1、堰流及閘孔出流水力特征；第8章堰流及閘孔出流堰流時，閘門對水流不起控制作用，水面線為一光滑降落曲線；閘孔出流時，水流受閘門控制，閘孔上、下游水面曲線不連續(xù)。(一)差異：

兩種流動均是因為建筑物壅高水位，在重力作用下流動；都是勢能轉(zhuǎn)化為動能過程；

兩種流動均是在較短距離內(nèi)流線發(fā)生急劇彎曲，屬明渠急變流，能量損失主要是局部損失。(二)共同點：第39頁本章小結(jié)第8章堰流及閘孔出流2、各種堰流水力計算；堰流計算基本公式3、閘孔出流水力計算；寬頂堰閘孔自由出流計算公式第40頁本章小結(jié)第9章泄水建筑物下游水流銜接與消能當(dāng)前，慣用銜接與消能辦法主要有：

底流式消能；

挑流式消能；

面流式消能；

綜合式消能；1、泄水建筑物下游水流消能方式

第41頁本章小結(jié)第9章泄水建筑物下游水流銜接與消能2、底流消能收縮斷面水深計算對矩形斷面：第42頁本章小結(jié)第12章液體運動流場理論探索液體運動基本規(guī)律兩種路徑：流束理論

流場理論

流束理論：把液體運動看作一元流動，只考慮沿流束軸線方向運動，而忽略與軸線垂直方向橫向運動，研究含有不足。流場理論：把液體運動看作是充滿一定空間而由無數(shù)液體質(zhì)點組成連續(xù)介質(zhì)運動。研究每個液體質(zhì)點空間位置、流速、加速度、壓強等。把液體運動看作是三元流動，研究含有普遍意義。1、流場理論與流束