水力学5
流体力学 水力学 第五章
7 H [H0 ] 9m 0.75
§5.3 有压管道恒定流 5.3.1 短管水力计算（Q、d、H） 有压流：水沿管道满管流动的水力现象。 特点：水流充满管道过水断面，管道内不存在自 由水面，管壁上各点承受的压强一般不等于大 气压强。
短管：局部水头损失和 速度水头在总水头损失 中占有相当的比重，计 算时不能忽略的管道. （一般局部损失和速度 水头大于沿程损失 的5% ~ 10%）。一般L/d 1000
1 vc c 0
v
2 0 0
2 gH 0 2 gH 0
v hw h j 2g p c pa
2 c
1 1 流速系数： c 0 1 0
1 1 流速系数： c 0 1 0
实验得： 0.97 ~ 0.98 1 推求： 0 2 1 1 0.06 2 0.97 1
2
d2
5.126m 2g
例5 3：如图所示圆形有压涵管，管长50m, 上下游水位差3m 沿程阻力系数为0.03，局部阻力系数：进口 1＝0.5。 第一个转弯 2＝0.71，第二个转弯 3＝0.65，出口
4＝1.0，要求涵管通过流量大约3m 3 / s, 试设计管径d。
2 1 1
2g
v
v
2 2 2
2 2 2
2g
hw
2g
hw
H0 H
v
2 1 1
2g
v
2 2 2
2g
hw
hw h f h j (
l v
v d 2g 2g
2
2
l
v ) d 2g
《水力学》形考任务第5章 有压管道中的水流运动
《水力学》形考任务第5章有压管道中的水流运动一、选择题（共3题，每题10分，共30分）1.水泵的扬程是指（）。
A. 吸水管与压水管的水头损失B. 水泵提水高度+吸水管的水头损失C. 水泵提水高度+吸水管与压水管的水头损失D. 水泵提水高度正确答案是：水泵提水高度+吸水管与压水管的水头损失2.根据管道水头损失计算方法的不同，管道可以分为（）。
A. 并联管道和串联管道B. 复杂管道和简单管道C. 长管和短管正确答案是：长管和短管3.短管淹没出流的计算时，作用水头为（）。
A. 上下游水面高差B. 短管出口中心至上游水面高差C. 短管出口中心至下游水面高差正确答案是：上下游水面高差二、多选题（共1题，每题10分，共10分）4.按短管进行水力计算的管路是（）。
A. 环状管网B. 支状管网C. 虹吸管D. 倒虹吸管正确答案是：虹吸管, 倒虹吸管三、判断题（共5题，每题6分，共30分）5.在等直径圆管中一定发生均匀有压流动。
正确答案是“错”。
6.计算阻力损失时，短管既要考虑局部阻力损失，也要考虑沿程阻力损失，长管计算同样也要考虑这两项损失。
正确答案是“错”。
7.长管是指管道中的水头损失以沿程水头损失为主，局部水头损失和流速水头之和与其相比很小，可以忽略不计。
正确答案是“对”。
8.在压力管道中，由于外界影响使管道中的流速发生急剧变化，引起管中压强发生快速交替升降的水力现象，称为水击。
正确答案是“对”。
9.由若干段直径不同的简单管道首尾相接组成的管道称为串联管路。
对于串联管路，应分别计算各段沿程水头损失及局部水头损失，然后叠加。
正确答案是“对”。
四、计算选择题（共1题，共30分）10.某渠道用直径d=0.7 m的混凝土虹吸管自河中向渠道引水。
河道水位与渠道水位的高差为5 m，虹吸管长度l1=8m，l2=12m，l3=14m，混凝土虹吸管沿程水头损失系数λ=0.022，进口局部水头损失系数ζe=0.5，中间有两个弯头，每个弯头的局部水头损失系数ζb=0.365，出口局部水头损失系数ζou=1.0。
水力学-第5章 明渠恒定均匀流1113
工程中采用最多的是梯形断面， 工程中采用最多的是梯形断面，其边坡系数 m 由 边坡稳定要求确定。 边坡稳定要求确定。在 m 已定的情况下，同样的过水 要求确定 已定的情况下， 面积 A ，湿周的大小因底宽与水深的比值 b / h 而异 。根据水力最佳断面的条件： 根据水力最佳断面的条件： 即
χ = 最小值 A = 常数
解：将已知条件代入基本公式，并用曼宁公 将已知条件代入基本公式， 式计算谢才系数， 式计算谢才系数，整理后可得
nQ( β + 2 1 + m 2 ) 2 / 3 h= 5 / 3 1/ 2 ( β + m) i
3/8
当为水力最佳断面时: 当为水力最佳断面时
β = 2( 1 + m 2 − m) = 2( 1 + 1.252 − 1.25) = 0.702
2
15
用 β m 代替上式中的 β 值，整理后得 即梯形水力最佳断面的水力半径等于水深的一半。 即梯形水力最佳断面的水力半径等于水深的一半。
hm Rm = 2 的梯形断面。 矩形断面可以看成为 m = 0 的梯形断面。以 m = 0
代入以上各式可求得矩形水力最佳断面的 β m 及 Rm .
bm βm = = 2 即 bm = 2hm hm
χ = b + 2 h 1 + m 2 = 34 m + 2 × ( 2 . 7 m ) 1 + 1 . 5 2 = 43 . 74 m
102 . 74 m 2 R= = = 2 . 35 m χ 43 . 74 m A
查表可知， 查表可知，对渠线弯曲并已滋生杂草的土 n =0.03
1 1/ 6 1 C= R = (2.35)1/ 6 = 38.4m1/ 2 / s n 0.03
水力学 第五章课后题答案
5.3水泵自吸水井抽水，吸水井与蓄水池用自流管相接，其水位均不变，如图所示，水泵安装高度 = 4.5，
自流管长l=20m，直径d=150mm，水泵吸水管长1 = 12，=0.025，管滤网的局部水头损失系数 = 2.0，水泵
底阀局部水头损失系数 = 9.0.90°弯角局部水头损失系数 = 0.3，真空高度6m时，求最大流量，在这种流量
1
+ 4 + 3 4
H= + ℎ1 + ℎ2 + ℎ4 = 45.43
= + 100 = 145.43
2
=3.357m
5.9图示为一串联管道自水池引水到大气中。第一段管道d1=100mm，l1=25m，第二段d2=50mm，l2=20m，通过流
量 = 5.0 ×
和0.2344,对两渠水面应用伯努利方程可得，
2
2
∆ = + 1 + 2 + 3 + 4
= 8.224
2
2
解得 v=3.452m/s
3
2
解得Q =
v = 0.678 Τ
4
水头线绘制方法：
1.找出骤变截面，用虚线表示
2.根据管道大小判断在不同管道处的流速
3.总水头线在上，测压管水头线在下，进行绘制
设有带底阀莲蓬头及45°弯头一个，压力水管为长50m，直径0.15m的钢管，逆止阀，闸阀各一个，
局部损失系数分别为2，0.2以及45°弯头一个，机组效率为80%，求0.05m3/s流量时的水泵扬程
钢管的粗糙系数取0.012利用公式 =
82
1
3
计算水力学--5洪水波(第4课)
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§1. 洪水波—运动波 一、运动波
Q uA u A A
波速
波速系数
A u 1 u A
一般情况下流速随水深增加而增加，所以有η≥1, 即，在一般情况下，波速总是大于断面平均流速u。
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回顾：
方程的其他形式
• Z，Q为因变量
漫洪滩地的处理
• 动量校正系数 • 调蓄滩地宽度
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回顾：
S-V方程的定解条件
边界条件的组合
缓流流态时：需要给定一个上边界条件、
一个下边界条件以及两个初始条件
急流流态时：需要给定两个上边界条件以 及两个初始条件，不需要给定下边界条件
§1. 洪水波—运动波 运动波三个重要特征
(1) 它只有一族向下游的特征线，所以下游的任何扰
动不可能上溯影响到上游断面的水流情况。
(2) 不论波形传播过程中是否变形，但其波峰保特不
变，没有耗散现象。
(3) 当波形发生变化时，不可避免地会发生运动激波。
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§1. 洪水波—惯性波 一、惯性波
水力学 第5章
因为随着流体的粘度、密度以及流道线性尺寸的不同，临界流速也 不同。
要保证在粘滞力作用下的流动相似，两流动的雷诺数必须相等。 雷诺数是判别流体流动状态的准则数
Re
vd vd
vcr d vcr d
Recr
19
第5章 管流损失和水力计算 5.2 粘性流体的两种流动状态
不论流体的性质和管径如何变化，下临界雷诺数 Re 2320 ,上 cr 临界雷诺数 Re ，甚至更高。 cr 13800
当 Re Re 时，流动为层流。 cr 当 Re Re 时，流动为紊流。 cr 当 Recr Re Re 时，可能是层流或紊流，处于极不稳定状态。 cr
最大流速
圆管中的流量
r02 r 2 d ( p gh) 2 rdr qV vl 2 rdr 4 dl 0 0
r0
r0
r04 d qV ( p gh) 8 dl
平均流速
qV r02 d v 2 ( p gh) r0 8 dl
3
第5章 管流损失和水力计算 本章内容
5.1 粘性流体管内流动的能量损失 5.2 粘性流体的两种流动状态 5.3 管道进口段中粘性流体的流动 5.4 圆管中粘性流体的层流流动 5.5 粘性流体的紊流流动
本章重点
沿程阻力（水头）损失计算 局部阻力（水头）损失计算
5.6 沿程损失的实验研究
5.7 非圆形管道沿程损失的计算 5.8 局部损失 5.9 管道流动的水力计算
28
第5章 管流损失和水力计算 5.3 管道进口段中粘性流体的流动
管道进口段长度与雷诺数有关
水力学-第5章 明渠恒定均匀流
R/m 1.625 1.866 2.090 2.310
C /( m
1/2
/ s)
Q AC
Ri /( m / s )
42.6 59.3 78.6 100.9
3
21.25 27.00 33.25 40.00
44.5 45.5 46.5 47.0
由上表绘出 h ~ Q 曲线。从曲线查得： 当 Q =70 m3/s 时，h = 3.3 m 。
5
nK
3 8 1 h 3 h m b b
根据上式就可绘出另一组曲线
h b
～
b
2 .6 7
（见附图II）
nK
现应用附图 II 解本例，
K Q i 70 m / s 1 800
3
1980 m / s
3
b
2 . 67
(6 m )
2 . 67 3
第五章
5.5
明渠恒定均匀流
明渠均匀流的水力计算
对于梯形渠道，各水力要素间存在着下列函数关系:
Q AC
Ri f ( m , b , h , i , n )
主要有下列几种类型：
一、已知渠道的断面尺寸b、m、h及底坡i、粗糙 系数n，求通过的流量（或流速）。 二、已知渠道的设计流量Q、底坡i、底宽b、边坡 系数m和粗糙系数n，求水深h。 三、已知渠道的设计流量Q、底坡i、水深h、边坡 系数m及粗糙系数n，求渠道底宽b。 四、已知渠道的设计流量Q，水深h、底宽b、粗糙 系数n及边坡系数m，求底坡i。 五、已知流量Q、流速v、底坡i、粗糙系数n和边 坡系数m，要求设计渠道断面尺寸。
i
（1）试算～图解法
可假设一系列 h 值，代入上式计算相应的 Q 值，并 绘成 h ~ Q曲线，然后根据已知流量，在曲线上即可查 出要求的 h 值。
水力学5.1(2、3)实际流体的动力学基础(N-S方程,能量方程)
水力坡度J: 当总水头线为直线时,
J hw l
当总水头线为曲线时, J dhw dH dl dl
5.3.3 实际流体恒定总流能量方程的意义
能量方程的几何意义:
(2)测管水头线可沿程降 低或升高.为什么?
测管水头线坡度JP:
d(z p)
JP
dl
水力学中规定:所有沿 程下降的坡度为正,所 以式中有一负号.
5.3.3 实际流体恒定总流能量方程的意义
能量方程的几何意义:
(3)在流速不变的流段内, 测管水头线与总水头线 平行.为什么?
5.3.4 实际流体恒定总流能量方程的应用
能量方程的应用条件及注意事项: (1)必须是恒定流,且为不可压缩的均质流体.
(2)作用于流体上的质量力只有重力,所研究的流 体边界是静止的.
流速分布越均匀,α越接近于1. 流速分布越不均匀,α的值越大. 一般渐变流, α≈1.05~1.10
为简便，常常取α=1.0
5.3.2 实际流体恒定总流的能量方程
Q (z1i
p1i
)dQi
Q
u12i 2g
dQi
Q (z2i
p2i
)dQi
Q
u22i 2g
dQi
Q hw idQi
(3)第三类积分: Q hw dQ
5 实际(粘性)流体的动力学基础
实际(粘性)流体
仅有连续性方程远远不能解决实际 问题,如:作用力,能量问题等
本章主要任务:
给出实际(粘性)流体的运动微分方程 (N-S方程),在此基础上讨论元流和恒定 总流的伯努利方程(能量方程),动量方程 的推导以及它们的意义和应用
5 实际(粘性)流体的动力学基础
水力学第5版课后题答案
水力学第5版课后题答案1、1．速度在数值上等于单位时间内通过的路程．[判断题] *对错(正确答案)2、2．高空雨滴下落的运动是自由落体运动．[判断题] *对错(正确答案)3、1．两个孩子共提一桶水时，要想省力，两个人拉力间的夹角应大些．() [判断题] *对错(正确答案)4、21．关于声现象，下列说法正确的是（）[单选题] *A．人听到声音是否响亮只跟发声体发声时的振幅有关B．人们可以用声学仪器接收到超声波判断地震的方位和强度C．倒车雷达是利用回声定位探测车后的障碍物(正确答案)D．用大小不同的力敲击同一音叉是为了探究音调与频率的关系5、34．关于物质的密度，下列说法正确的是（）[单选题] *A．铜的密度是9×103kg/m3，表示lm3铜的质量为9×103kg(正确答案)B．一罐氧气用掉部分后，罐内氧气的质量变小密度不变C．一块砖切成体积相等的两块后，砖的密度变为原来的一半D．密度不同的两个实心物体，其质量一定不同6、31．在炎热的夏天，下列能有效降低室内气温的办法是（）[单选题] *A．关闭门窗，不让外界的热空气进来B．在地上洒一些水(正确答案)C．打开电风扇D．打开电冰箱的门，散出冷空气7、61．关于微观粒子的发现与提出，下列说法正确的是（）[单选题] *A．电子是英国物理学家卢瑟福发现的B．原子的核式结构模型是盖尔曼提出的C．中子是由查德威克发现的(正确答案)D．夸克是比中子、质子更小的微粒，是由英国物理学汤姆生提出的8、10．同学们进入图书馆都会自觉地轻声细语，从物理的角度分析，这样做的目的是（）[单选题] *A．减小声音的响度(正确答案)B．降低声音的音调C．改变声音的音色D．减小声带振动的频率9、3．关于声现象，下列说法正确的是（）[单选题] *A．声音在各种介质中的传播速度均是340m/sB．音乐厅内，观众能够根据响度来辨别不同的演奏乐器C．悦耳动听的音乐不可能是噪声D．住宅楼安装双层玻璃窗是在传播过程中减弱噪声的(正确答案)10、41．下列物态变化现象中，说法正确的是（）[单选题] *A．夏天从冰箱取出的冰棍周围冒“白气”，这是空气中水蒸气的凝华现象B．市场上售卖“冒烟”的冰激凌，是由于其中的液氮汽化吸热致使水蒸气液化形成(正确答案)C．在饮料中加冰块比加冰水的冰镇效果更好，是因为冰块液化成水的过程中吸热D．手部消毒可以用酒精喷在手上，感到凉爽是因为酒精升华吸热11、3．对匀减速直线运动，公式v2－v02＝2ax中的a必须取负值．[判断题] *对错(正确答案)12、3．一个力F和它的两个分力都是物体实际受到的力．[判断题] *对错(正确答案)13、30．如图，我国首款国际水准的大型客机C919在上海浦东机场首飞成功，标志着我国航空事业有了重大突破。
水力学课件第五章
紊流
管中为石油时
vd 100 2 333.3 2300 Re 0.6 ν
层流
作业
1、2
均匀流沿程水头损失与切应力的关系
沿程水头损失与切应力的关系 在管道恒定均匀流中，取总流流段1-1到2-2，各 作用力处于平衡状态：F=0。
P1
1
0 0
2
P2 2 z2
z1 z2 sin l
p1 p2 hf g g
m 13600 ( 1)hp ( 1) 0.3 4.23m 900
设流动为层流
4Q v 2.73m / s 2 d
l v 2 64 l v 2 64 l v 2 hf d 2 g Re d 2 g vd d 2 g
Re
d 1.175 0.075 979 < 2300 4 0.9 10
层流
1 2 1 Q 1.175 d 3600 1.175 3.14 0.075 2 3600 18.68m 3 / h 4 4
2、求沿程水头损失
64 64 0.0654 Re 979
T
T
u x u x u x
T
1 1 1 ' ux (ux ux )dt ux dt ux dt ux ux 0 T0 T0 T0
其它运动要素也同样处理：
1 p T 1 p T
T
pdt
0 T 0
p p p
pdt 0
脉动值说明：
—局部损失系数(无量纲)
一般由实验测定
实际液体流动的两种形态
雷诺试验
实验条件：
水力学 第五章_有压管道的恒定流
各种流速下的k值计算,其结果见表5—2. 为了计算方便,编制出各种管材,各种管径的比阻A的计算表 .钢管的 见表 钢管的A见表 见表5-4. 钢管的 见表5—3,铸铁管的 见表 ,铸铁管的A见表 .
2.串联管路 . 由直径不同的几段管路依次连接而成的管路,称为串联 由直径不同的几段管路依次连接而成的管路 管路.串联管路各管段通过的流量可能相同,也可能不同. 根据能量方程得(各管段的流量Q,直径d,流速v不同,整个 整个 串联管路的水头损失应等于各管段水头损失之和): 串联管路的水头损失应等于各管段水头损失之和
= ε = 0.54 × 0.97 = 0.62
2.大孔口的自由出流 大孔口的自由出流
适用上式, Ho为大孔口中心的水头, = ε
中ε较大.
在水利工程中,闸孔出流可按大孔口出流计算,其流量系数列 于表51中.
§5—2 液体经管嘴的恒定出流
1.圆柱形外管嘴的恒定出流 . 圆柱形外管嘴: 圆柱形外管嘴: 在孔口断面处接一直径与孔口直径完全相同 的圆柱形短管,其长度L=(3～4)d. 收缩断面C-C处水流与管壁分离,形成漩涡区;在管嘴出口断 面上,水流已完全充满整个断面. 列 管嘴为自由出流时的 伯努利方程 以通过管嘴断面形心的水平面为 基准面; 基准面; 对 断面 断面0-0 和 管嘴出口断面 b-b列方程.
水力学 第五章 有压管路(道)
液体经薄壁孔口的恒定出流 液体经管嘴的恒定出流 短管的水力计算 长管的水力计算 离心水泵的水力计算
教学重点：
１.孔口出流及管嘴出流的计算。 ２.短管水力计算方法。
教学难点：
１.孔口出流及管嘴出流的流动现象。 ２.管嘴的长短为什么会影响管嘴的流动。 3.短管的计算要点。
§5-1 液体经薄壁孔口的恒定出流 （自由出流）
①对水来说，为防止汽化的容许真空度hv=7mH2O，因此， 其水头H就不能高于7/0.75=9.5m
②为达到增加外管嘴流量的目的，不应使管嘴太长或太短， 因此一般管嘴长度l=3-4d为宜。
3、常用管嘴的出流
1）流线型管嘴： 0.97
适用于要求流量大，水头损失小的情况。
2）收缩管嘴：出流量与收缩角度θ有关。
第五章 有压管路的 恒定流动
本章主要研究液体经孔口、管嘴、管路流动时 的特性，确定流速，流量及有关的影响因素。
有压管路：
液体在压差作用下流动时，液体整个周围都和固体 壁面相接触，没有自由表面。
在这样的流动中，固体壁面处处受到液体压强的作 用，并且压强的大小一般不等于大气压强。
§5-1 §5-2 §5-3 §5-4 §5-5
面处称为缩脉，用ωc来表示，ωc与小孔面积ω的比值
称为收缩系数ε 。
0v02
c
1 pa
2g
HH
0
c
如图列1-c截面间伯氏方程
0
d
c
H
p1
1v12
2g
0
pc
c vc2
2g
hm
1
此时只考虑局部水头损失，忽略沿程水头损失
∵ pc p1 pa
∴
H
1v12
水力学 第五章
故
H0
2v 2
2g
hf hj
上式表明，管道的总水头将全部消耗于管道的水头损 失和保持出口的动能。
l v2 因为沿程损失 h f d 2g
局部水头损失
v2 h j 2 g
有
l v2 H 0 ( 2 ) d 2g
3
取 2 1 管中流速 通过管道流量
K Q H l
由表4-1即可查出所
若为短管
d
4Q
c 2 gH
17
流量系数 c 与管径有关，需用试算法确定。
三、管线布置已定，当要求输送一定流量时， 确定所需的断面尺寸（圆形管道即确定管道直 径）。这时可能出现下述两种情况：
2．管道的输水量 Q，管长l 已知，要求选定所需的管径 及相应的水头。从技术和经济条件综合考虑。 (1) 管道使用要求： 管中流速大产生水击，流速小泥沙 淤积。 (2) 管道经济效益：管径小，造价低，但流速大，水头 损失也大，抽水耗费也增加。反之管径大，流速小，水头 损失减少，运转费用少，但管道造价高。 当根据技术要求确定流速后管 4Q d 道直径即可由右式计算： v 18
水利工程的有压输水管道水流一般属于紊流的水力粗糙
区，其水头损失可直接按谢齐公式计算，用 8 g 2
H 8g l v 8gl Q2 Q l 2 2 2 2 2 C d 2 g C 4R 2 gA AC R
2 2
C
则
令 K AC R ，即得
Q2 H hf 2 l K
或
QK
23
4-3 简单管道水力计算特例—— 虹吸管及水泵装置的水力计算
一、虹吸管的水力计算
虹吸管是一种压 力输水管道，其顶 部高程高于上游供 水水面。 特点：顶部真空理 论上不能大于10m H2g，一般其真空 值小于(7~8m )；虹 吸管长度一般不大，应按短管计算。
水力学教程 第5章
第五章孔口、管嘴出流和有压管流从本章开始，将在前面各章的理论基础上，具体研究各类典型流动。
孔口、管嘴出流和有压管流就是水力学基本理论的应用。
容器壁上开孔，水经孔口流出的水力现象称为孔口出流(Orifice Flow)；在孔口上连接长为3～4倍孔径的短管，水经过短管并在出口断面满管流出的水力现象称为管嘴出流(Spout Flow)；水沿管道满管流动的水力现象称为有压管流(Flow in Pressure Conduits)。
给排水工程中各类取水、泄水闸孔，以及某些量测流量设备均属孔口；水流经过路基下的有压涵管、水坝中泄水管等水力现象与管嘴出流类似，此外，还有消防水枪和水力机械化施工用水枪都是管嘴的应用；有压管道则是一切生产、生活输水系统的重要组成部分。
孔口、管嘴出流和有压管流的水力计算，是连续性方程、能量方程以及流动阻力和水头损失规律的具体应用。
§5-1 液体经薄壁孔口的恒定出流在容器壁上开一孔口，若孔壁的厚度对水流现象没有影响，孔壁与水流仅在一条周线上接触，这种孔口称为薄壁孔口，如图5-1-1所示。
图5-1-1一般说，孔口上下缘在水面下深度不同，经过孔口上部和下部的出流情况也不相同。
但是，当孔口直径d(或开度e)与孔口形心以上的水头高H相比较很小时，就认为孔口断面上各点水头相等，而忽略其差异。
因此，根据d/H的比值大小将孔口分为大孔口与小孔口两类：若d ≤H /10，这种孔口称为小孔口，可认为孔口断面上各点的水头都相等。
若d ≥H /10，称为大孔口。
当孔口出流时，水箱中水量如能得到源源不断的补充，从而使孔口的水头H 不变，这种情况称为恒定出流。
本节将着重讨论薄壁小孔口恒定出流。
1．小孔口的自由出流从孔口流出的水流进入大气，称自由出流(Free Efflux)，如图5-1-1所示，箱中水流的流线从各个方向趋近孔口，由于水流运动的惯性，流线不能成折角地改变方向，只能光滑、连续地弯曲，因此在孔口断面上各流线并不平行，使水流在出孔后继续收缩，直至距孔口约为d /2处收缩完毕，形成断面最小的收缩断面，流线在此趋于平行，然后扩散，如图5-1-1所示的c -c 断面称为孔口出流的收缩断面。
大学水力学课件水力学(第5版)课后答案
《大学水力学课件:水力学(第5版)课后答案》摘要：主要内容：明渠的类型及其对水流运动的影响，明渠均匀流的特性及其产生条件，明渠均匀流的计算，水力最佳断面及允许流速，粗糙度不同的明渠及复式断面明渠的水力计算，主要内容：堰流的类型及计算公式，薄壁堰流的水力计算，实用堰流的水力计算，宽顶堰流的水力计算，窄深堰流的水力计算，闸孔出流的水力计算，了解薄壁堰流的水力计算，实用堰流的水力计算，宽顶堰流的水力计算，窄深堰流的水力计算水力学是研究以水为代表的液体的宏观机械运动规律，及其在工程技术中的应用。
水力学包括水静力学和水动力学。
【【【一、本课程大纲根据20**年本科人才培养方案进行修订。
（一）（二）1、掌握基本概念。
包括：流体的主要物理性质及作用于流体的力，静水压强及其特性，压强的测量与表示方法，恒定一元流，理想液体，微小流束，均匀流与非均匀流，非均匀渐变流与急变流，水头损失，液体运动的两种型态，管道的基本概念，明渠的类型，明渠均匀流，水力最佳断面，允许流速，明渠水流的三种流态，断面比能与临界水深，临界底坡、缓坡与陡坡，明渠恒定非均匀渐变流，水跃，共轭水深，堰流的类型，闸孔出流。
掌握基本理论。
包括：静水压强的基本公式，几种质量力同时作用下的液体平衡，实际液体恒定总流的能量方程及应用，恒定总流的动量方程及应用，量纲分析与π定理，液流型态及水头损失液体运动的两种型态，谢才公式，棱柱体明渠中恒定非均匀渐变流水面曲线分析，棱柱体水平明渠的水跃方程，水跃的能量损失，堰流与闸孔出流。
掌握基本计算。
一是建筑物所受的水力荷载，即所承受的静水压力、动水总作用力等的计算；二是建筑物的过水能力计算；三是水流的流动形态及水头损失计算；四是水流的能量消耗计算。
2、水力学是力学的一个分支，通过课程学习和训练，使学生掌握水力学基本概念、基本原理、基本技能和方法；培养学生分析解决问题的能力和实验技能，并为学习专业课程和处理工程实际中的技术问题打下基础。
2024年度-水力学教程(第五版)全套教学课件pptx
明渠具有自由表面，水流受重力作用，沿程水头损失以沿程摩阻为主，局部损失较小。
24
明渠均匀流基本公式推导过程
03
均匀流定义
基本公式
推导过程
明渠中水流流速、水深等水力要素沿程不 变的流动。
谢才公式、曼宁公式，用于计算明渠均匀 流的流速、流量等水力要素。
基于水流连续方程、能量方程和动量方程 ，结合明渠均匀流的特性进行推导。
25
断面单位能量线绘制技巧分享
单位能量线定义
表示单位重量水体所具有的总机械能沿程变化的 曲线。
绘制步骤
确定控制断面，计算各断面单位能量并标注，用 光滑曲线连接各点。
技巧分享
合理选择控制断面，注意标注单位能量的量纲和 符号，保持曲线光滑连续。
26
水力最优断面设计思路探讨
水力最优断面定义
01
在给定流量和渠道底坡条件下，使过水断面面积最小或湿周最
要点二
短管水力计算
短管内的沿程损失和局部损失计算，总水头损失的计算方 法。
20
管道局部损失产生原因及计算方法
局部损失产生原因
流速分布改变、流动方向改变、流动截面变化等引起的 能量损失。
局部损失计算方法
通过实验确定局部阻力系数，利用公式计算局部损失。
21
管道系统优化设计原则
经济性
在满足使用要求的前提下，尽量降 低管道系统的投资和运行费用。
度大小相等。
02
流管
在流场中，由一组流线所围成 的管状区域。
03
流束
单位时间内通过某一过流断面 的流体体积。
15
恒定流与非恒定流判别依据
恒定流
流场中各空间点上流体质点的物理量（ 如速度、压强、密度等）不随时间变化 。
水力学流态详解水力学第五版答案详解
水力学流态详解水力学第五版答案详解水力学教学辅导第3章水动力学基础【教学基本要求】1、了解描述液体运动的拉格朗日法和欧拉法的内容和特点。
2、理解液体运动的基本概念，包括流线和迹线，元流和总流，过水断面、流量和断面平均流速，一元流、二元流和三元流等。
3、掌握液体运动的分类和特征，即恒定流和非恒定流，均匀流和非均匀流，渐变流和急变流。
4、掌握并能应用恒定总流连续性方程。
5、掌握恒定总流的能量方程，理解恒定总流的能量方程和动能修正系数的物理意义，了解能量方程的应用条件和注意事项，能熟练应用恒定总流能量方程进行计算。
6、理解测压管水头线、总水头线、水力坡度与测压管水头、流速水头、总水头和水头损失的关系。
【学习重点】1、液体运动的分类和基本概念。
2、恒定总流的连续性方程、能量方程和动量方程及其应用是本章的重点，也是本课程讨论工程水力学问题的基础。
3、恒定总流的连续性方程的形式及应用条件。
4、恒定总流能量方程的应用条件和注意事项，并会用能量方程进行水力计算。
5、能应用恒定总流的连续方程和能量方程联解进行水力计算。
【内容提要和学习指导】3.1 概述本章讨论液体运动的基本规律，建立恒定总流的基本方程——连续性方程、能量方程和动量方程，作为解决工程实际问题的基础。
由于实际液体流动时质点间存在着相对运动，因而必须考虑液体的粘滞性，而液体运动要克服粘滞性，必然导致液体能量的损耗，这就是液体运动的水头损失。
关于水头损失放在第4章专门进行讨论。
由于本章内容较多而且很重要，网上辅导分两次进行。
第一次主要讨论描述液体运动的方法、液体运动的基本概念、运动的分类和特征、恒定总流连续性方程和能量方程及其应用。
3.2描述液体运动的拉格朗日方法和欧拉方法（1）拉格朗日方法也称为质点系法，它是跟踪并研究每一个液体质点的运动情况，把它们综合起来就能掌握整个液体运动的规律。
这种方法形象直观，物理概念清晰，但是对于易流动（易变形）的液体，需要无穷多个方程才能描述由无穷多个质点组成的液体的运动状态，这在数学上难以做到，而且也没有必要。
计算水力学--5洪水波(第4课)
回顾：
方程的其他形式
• Z，Q为因变量
漫洪滩地的处理
• 动量校正系数 • 调蓄滩地宽度
Leila边界条件的组合
缓流流态时：需要给定一个上边界条件、
忽略（1）（2）（3）： 忽略（4）（5） ： 忽略（1）（2） ： 不忽略，完全考虑 ：
运动波 惯性波 扩散波 动力波
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§1. 洪水波—运动波 一、运动波
由于动量方程前三项 可以忽略，可简化为： 与连续方程联立， 消去h可得方程 消去Q可得方程
S0 - S f = 0
Z
ZMax 涨水 落水
∂h S0 S f 0 ∂x
1 ∂h Q Q0 1 S0 ∂x
扩散项的存在所以洪水波的波 峰会逐渐坦化。
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QMax
绳套形水位流量关系
Q
§1. 洪水波的简化方法—扩散波 涨洪时：
∂h <0 ∂x
Z 落水
故 Q > Q0
假定河段槽蓄量V与出流量Q及入流量I之间存在着如下的线性关系
V＝K [ x I + (1 – x ) Q ]
且 0≤x≤0.5
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§2. 洪水波的简化方法—马斯京根法 将河段槽蓄量关系代入连续方程整理得：
t
Q2 C1I1 C2 I 2 C3Q1
I2 Q2
为了保持u、E二者之和不变，当u变小时，E(它反映水深)变大； 当u变大时，E变小，因此流速和水深之间是互相转化，形成周 期性的振荡波，湖泊中的谐振波属于这种情况。
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5.2 污水泵站的工艺特点（重点）
5.2.1 水泵的选择
1、泵站设计流量的确定 排水泵站的设计流量一般均按最高 日最高时污水流量决定。 一般小型排水泵站(最高日污水量在 5000m3以下)，设l-2套机组；大型排水 泵站(最高日污水量超过15000m3)设3-4 套机组。
5.1.1 组成与分类
一、泵房组成 1、组成：由机器间，配电部分及吸水井三部分 组成 2、作用： （1）机器间：机器间设置水泵机组，管道和控 制设备等，有时还有低压配电盘。 （2）配电部分：有变压器及高压配电设备，前 者通常设于室外。当电源由附近低压接入时，就 没有这部分了。 （3）吸水井：是一个小水池，接纳来水供水泵 抽送，有时也起一定的水量调节作用。
第五章 排水泵站
主要内容
5.1 概述 5.2 污水泵站的工艺特点 5.3 雨水泵站的工艺特点 5.4 合流泵站的工艺特点 5.5 螺旋泵站的工艺特点
重点与难点：
➢排水泵站（包括污水泵站、雨水泵站、 合流泵站）设计中水泵的选择
➢集水池容积的确定 ➢水泵机组与管道的布置与敷设 ➢泵站中的辅助设施 ➢排水泵站的工艺设计步骤和方法
小结设计要点
水泵台数不多于四台的污水泵站和三台或以下的
雨水泵，必须与周围建筑物相适应。
当水泵台数超过4台时，地下及地上部分都可以 采用矩形或由矩形组合成的多边形；地下部分有时为 了发挥圆形结构比较经济和便于沉并施工的优点，也 可以来取将集水池和机器间分开为两个构筑物的布置 方式，或者将水泵分设在两个地下的圆形构筑物内， 地上部分可以处理为矩形或腰圆形。这种布置适用于 流量较大的雨水泵站或合流泵站。
6、选泵要点 (1)所选水泵在集水池水位变化范围内都应在 高效段内 (2)水泵并联时，联合运行与单泵运行时都应 在高效段内
集水池中水位变化时水泵工况 水泵并联及单独运行时工况
(3) 选用工作泵的要求是在满足最大排水量的条 件下，减少投资，节约电耗，运行安全可靠，维 护管理方便。
(A)流量选择：大小兼顾、型号整齐 (B)泵的形式：污水泵站中一般选立式离心污 水泵；当流量大时，可选择轴流泵；当泵房不太 深时，也可选用卧式离心泵。对于排除含有酸性 或其他腐蚀性工业废水的泵站，应选择耐腐蚀的 水泵。排除污泥，应尽可能选用污泥泵。 (4) 备用泵选择：如果泵站经常工作的水泵不多 于四台，且为同一型号，则可只设一套备用机组； 超过4台时，除安设一套备用机组外，在仓库中 还应存放一套。 (5)考虑扩建
5、按集水池与机器间的组合情况，可分为合建 式泵站和分建式泵站。
6、按照控制的方式，可分为人工控制、自动控 制和遥控3类。
5.1.2 排水泵站的基本类型
合建式圆形排水泵站
适于中、小型排水量，水泵不超 过4台。 优点：圆形结构受力条件好，便 于沉井法施工，降低工程造价， 水泵启动方便，易于根据吸水井 中水位实现自动操作。 缺点：机器内机组与附属设备布 置较困难，当泵房很深时，工人 上下不便，且电动机容易受潮。
二、分类
1、按其排水的性质，可分为污水(生活污水、生 产污水)泵站、雨水泵站、合流泵站和污泥泵站。
2、按其在排水系统中的作用，可分为中途泵站 (或叫区域泵站)和终点泵站(又叫总泵站)。
3、按水泵启动前能否自流充水，可分为自灌式 泵站和非自灌式泵站。
4、按泵房的平面形状，可分为圆形泵站和矩形 泵站。
3、水泵型号：来水性质不同，污水泵型号不 同，确定选不到水泵时可以选清水泵。污水泵
站一般扬程不高，可选择立式离心泵，轴流泵， 混流泵，条件合适时，应选潜污泵。
4．水泵台数： 小型泵站，可按2～3台（2用一备）配置，单 泵流量为1/2设计流量。 大中型泵站可按2～3台或3～4台配置，单泵流 量可按分级抽水方式分配p200 5、水泵规格 根据流量和扬程，水泵台数及水泵特性曲线
5.2.2 确定集水池容积
在满足安装格栅和吸水管的要求，保证水泵
工作时的水力条件以及能够及时将流入的污水 抽走的前提下，应尽量小些。
(1)全昼夜运行的大型污水泵站：不小于泵站 中最大一台水泵5min出水量的体积。
(2) 小型污水泵站：能够满足储存夜间流入量 的要求。
(3) 工厂的污水泵站：根据短时间内淋浴排水 量来复核
1、排水管渠；2、集水池；3、机器间； 4、压水管； 5、卧式污水泵；6、格栅
合建式矩形排水泵站
适于大型泵站 优点：在机组、管道和附属 设备的布置方面较为方便， 启动操作简单，易于实现自 动化。电气设备置于上层。 不易受潮，工人操作管理条 件良好。 缺点：建造费用高。当土质 差，地下水位高时，因不利 施工，不宜采用。
2、泵站的扬程
H HSS HSd hs hd (1～2)
Hss——吸水地形高度(m)，为集水池内最低水位与 水泵轴线之高差； Hsd——压水地形高度(m)，为水泵轴线与输水最高 点(即压水管出口处)之高差； Σhs和Σhd——污水通过吸水管路和压水管路中的水 头损失(包括沿程损失和局部损失)。
1、排水管渠；2、集水池；3、机器间； 4、压水管； 5、立式污水泵；6、立式电动机；7、格栅
分建式矩形排水泵站
优点：结构上处理比 合建式简单，施工较 方便，机器间没有污 水渗透和被污水淹没 的危险。 缺点：要抽真空启动， 为了满足排水泵站来 水的不均匀，启动水 泵较频繁。
1、排水管渠；2、集水池；3、机器间； 4、 压水管； 5、水泵机组；6、格栅
(4)集泥池：根据从沉淀池、消化池一次排出 的污泥量或回流和剩余的活性污泥量计算确定
(5)自动控制的污水泵站 集水池容积计算 (A)泵站为一级工作时：
W Q0 4n
(B)泵站分二级工作时：
W Q2 Q1 4n
W——集水池容积(m3)； Q0——泵站一级工作时水泵的出水量(m3/h) ； Q1、Q2——泵站分二级工作时，一级与二级工作水 泵的出水量(m3/h) n——水泵每小时启动次数，一般取n＝6。