工程水力学
水力学、工程流体力学、流体力学的联系与区别
水力学、工程流体力学、流体力学的了解与区别水力学，流体力学，工程流体力学，都是力学的一个分支。
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。
工程流体力学包含于水力学体系之中。
流体力学，是研究流体(液体和气体)的力学运动规律及其应用的学科。
水力学侧重于研究液体的宏观机械运动，而流体力学侧重于研究流体的力学运动规律。
1水力学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。
1.1水静力学水静力学研究液体静止或相对静止状态下的力学规律及其应用，探讨液体内部压强分布，液体对固体接触面的压力，液体对浮体和潜体的浮力及浮体的稳定性，以解决蓄水容器，输水管渠，挡水构筑物，沉浮于水中的构筑物，如水池、水箱、水管、闸门。
堤坝、船舶等的静力荷载计算问题。
1.2水动力学水动力学研究液体运动状态下的力学规律及其应用，主要探讨管流、明渠流、堰流、孔口流、射流多孔介质渗流的流动规律，以及流速、流量、水深、压力、水工建筑物结构的计算，以解决给水排水、道路桥涵、农田排灌、水力发电、防洪除涝、河道整治及港口工程中的水力学问题。
1.3水力学作用随着经济建设的发展，水力学学科衍生了一些新的分支，以处理特定条件下的水力学问题，如以解决河流泥沙运动所导致的河床演变问题的动床水力学，以解决风浪对防护构筑物的动力作用和对近岸底砂的冲淤作用等问题的波浪理论等。
2流体力学流体力学，是研究流体(液体和气体)的力学运动规律及其应用的学科。
主要研究在各种力的作用下，流体本身的状态，以及流体和固体壁面、流体和流体间、流体与其他运动形态之间的相互作用的力学分支。
流体力学是力学的一个重要分支，它主要研究流体本身的静止状态和运动状态，以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动的规律。
在生活、环保、科学技术及工程中具有重要的应用价值。
流体力学分为理论流体力学、实验流体力学、计算流体力学、应用流体力学。
水力学工程实例
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水力学在水利工程中的应用研究
水力学在水利工程中的应用研究水力学是研究液体在运动中的性质和规律的学科，它在水利工程中有着广泛的应用。
水利工程作为一项关系到人类生产生活的基础设施建设，对于合理利用水资源、解决水问题、维护生态环境都起着重要的作用。
水利工程中的水力学研究，旨在深入理解水流的运动规律，为工程设计和运维提供科学依据。
首先，在水利工程设计中，水力学的应用非常重要。
通过分析水的流动规律和特性，工程师可以合理设计水闸、堤坝、渠道和管道等工程设施，确保其安全性和稳定性。
例如，在水闸设计中，水力学研究可以帮助工程师确定合理的闸门开度和闸室尺寸，以控制水流的流量和压力，达到预期的防洪、蓄水和引水效果。
在堤坝设计中，水力学研究可以帮助确定堤身的形状和抗洪能力，从而保证堤坝在洪水冲刷和压力下的稳定。
其次，在水利工程运维中，水力学的应用也至关重要。
水力学研究可以帮助工程师预测和评估水流对工程设施的影响，及时采取措施进行维护和修复。
例如，在水库运行过程中，水流对溢流坝的冲蚀和堆积都会造成一定的影响，工程师可以通过水力学模型研究，提前发现潜在问题，并采取相应的加固和清淤措施。
另外，在排水和给水工程中，水力学研究可以帮助工程师确定管道的流速、流量和压力等参数，并设计合理的管网系统，保证水的正常供应和排放。
此外，水力学研究还可以为水资源管理和生态环境保护提供支持。
水力学研究可以帮助工程师了解河流和湖泊等自然水体的水动力学过程，探索水体的流动规律和水质变化。
通过对水流的模拟和预测，可以更好地管理水资源，实现可持续利用。
同时，水力学研究也可以帮助评估水工程对生态环境的影响，预测水流对河道和湿地生态系统的冲刷和改变，为保护水生态环境提供科学依据。
总之，水力学在水利工程中的应用研究具有重要意义。
通过对水的运动规律和特性的深入研究，可以为水利工程的设计、运维和管理提供科学支持。
水力学的应用不仅能够保证工程设施的安全和稳定，还能够合理利用水资源、解决水问题、维护生态环境，推动社会经济的可持续发展。
水利工程中的水力学原理与应用研究
水利工程中的水力学原理与应用研究水力学是涉及流体运动和它们在物理环境中的行为和影响的学科，这个学科在水利工程中十分重要。
从水电站到水泵站，从水坝到航行设施，水力学原理在种种水利工程实践中被广泛应用。
水力学的原理根植于自然界的物理现象，如重力、压力、运动学、涡流等。
在水力学中，我们需要掌握这些物理现象的基本原理以及它们在实际应用中的具体应用。
例如，在水力学中流体运动的基本方程：连续性方程、动量方程、能量方程都是很重要的。
在应用中，水力学原理被广泛地运用于各种水利工程项目中。
一种应用是在水电站的设计中，设计工程师需要将水流与转子的叶轮转动连接起来，将水流的动能转化为机械能。
在这种情况下我们要使用转子和叶片的流体力学的原理，来增加能量的转化率。
另一个应用是在水泵站的设计中，水泵可以将液体从低处抽上来或者送到高处，这主要依靠泵的运动。
水泵的运动就和水力环境中流体力学原理有关。
一般，我们需要了解速度和压力之间的关系，以及泵的几何形状对于在泵内流动的液体的影响。
还有一个重要的应用是在航行设施中。
这里的水力学被应用于考虑船舶的流线型设计，以及船体结构的稳定性。
船体的形状，以及船舶尾部形状的改变，都可以提高船体的航行表现。
另外门级和船闸系统也是需要水力学原理在其中发挥作用的。
总的来说，水力学原理在水利工程中扮演着一个非常关键的角色。
工程师们要了解水流的性质，应用这些原理和技术来设计和优化水利工程设施，以满足各种需求。
随着技术的不断推进和义务的不断增加，水力学原理将在未来的水利工程中被更广泛地使用和发展。
水利工程施工中的水力学问题分析与解决
水利工程施工中的水力学问题分析与解决水利工程施工是指对水资源的开发利用以及水环境治理的过程，其中水力学问题是施工中重要的考虑因素之一。
本文将从水力学问题的分析与解决入手，探讨水利工程施工中的关键问题。
一、水力学原理与施工方案设计在水利工程施工中，水力学原理起着至关重要的作用。
首先，施工方案设计要根据水的流动特性和水体力学规律来确定。
例如，在建设水库大坝时，需要根据水流速度、水位变化等参数，选择合适的泄洪方式和泄洪能力，以确保安全运行。
此外，在河道改道工程中，要考虑水流流速与水位变化对结构物的影响，避免产生河道淤积、冲刷等问题。
二、水力学模拟与试验为了更好地认识水力学问题及其对施工的影响，水力学模拟与试验是必不可少的手段。
通过建立合适的模型，模拟水流的流动规律，可以对水利工程施工中的水动力过程进行研究。
例如，通过在实验室中建立河道模型，可以模拟河流中的水流情况，验证设计参数的合理性，并提供施工过程中的指导。
三、水力学技术在水利工程施工中的应用水力学技术在水利工程施工中有着广泛的应用。
其中，水力学模型的建立与试验是其中重要的一部分。
通过结合实际情况，借助数值模拟软件，可以对施工过程中的水体流动、波浪冲击等水动力学问题进行分析。
同时，水力学技术还可以用于施工过程中的交通工具、水利设备等的设计与改进，提高施工效率和水利工程的安全性。
四、水利工程施工中的水能损失与节能措施在水利工程施工过程中，水能的损失是不可避免的。
为了减少水能损失，需要针对具体的施工情况采取相应的节能措施。
例如，在涵洞施工中，可以通过调整涵洞的设计参数，减小水流速度，降低水能损失。
此外，合理设计施工道路和桥梁，能够减少水流阻力，提高水能的利用效率。
五、水利工程施工中的水质问题与处理方法水利工程施工过程中，可能会产生一些水质问题，如悬浮物、底泥等对水体的污染。
为了保护水资源的环境质量，需要采取一系列的处理方法。
例如，在正常施工中，可以设置拦河堰等措施，阻止污染物流入水体。
水利工程中的水力学原理与应用技术
水利工程中的水力学原理与应用技术水力学是研究液体在静力和动力条件下流动规律的科学，广泛应用于水利工程中。
本文将介绍水力学的基本原理以及在水利工程中的应用技术。
一、水力学原理1. 流体静力学流体静力学研究液体在静力平衡时的性质和规律。
其中一个重要原理是帕斯卡定律，即压力的传递原理。
按照帕斯卡定律，液体在容器中任意一点施加的压力将均匀传递到容器的各个点，且沿着相同方向传递。
2. 流体动力学流体动力学研究液体在动力条件下的性质和规律。
其中包括连续性方程、质量守恒方程和动量守恒方程。
连续性方程描述了液体在流动过程中质量守恒的规律，质量守恒方程保证了液体质量在流动中不会损失，动量守恒方程描述了液体在流动中动量守恒的规律。
3. 流体的黏性和层流与紊流黏性是流体内部分子相互作用的结果，影响流体的运动和形态。
当流体内部黏性较强时，流体流动呈现层流状态，流体各层之间存在规则的滑移现象；当黏性较弱时，流体流动呈现紊流状态，各层之间发生互相混沌的现象。
二、水力学在水利工程中的应用技术1. 水力特性测量技术水力特性测量技术是研究流体流动的关键。
常用的测量技术包括流速测量、水位测量、流量测量等。
流速测量可通过浮标法、流速仪等方法进行；水位测量可通过液位计、压力计等设备进行；流量测量可通过闸门、流量计等进行。
2. 水力模型试验技术水力模型试验技术是将实际水利工程缩小比例制成模型进行试验，以模拟真实工程情况。
通过构建水力模型，可以提前评估工程的稳定性、流量分布等参数，为工程设计提供可靠数据。
常用的水力模型试验技术包括水工模型试验、泥沙模型试验等。
3. 渠道流动的数值模拟技术渠道流动的数值模拟技术利用计算机对水流流动进行模拟，计算不同渠道结构下的流速、压力等参数。
通过数值模拟，可以更加直观地了解流体在不同渠道中的行为规律，为工程设计提供参考。
常用的数值模拟技术包括有限元法、有限差分法等。
4. 水力机械技术水力机械技术是应用水力学原理设计和制造与水力能转换相关的机械设备，如水轮机、水泵等。
水利工程中的水力学理论与应用
水利工程中的水力学理论与应用水力学是研究水的运动规律及其力学性质的学科，在水利工程领域中发挥着重要的作用。
本文将从水理学的基本原理和应用角度出发，探讨水利工程中水力学理论的重要性以及其在实际工程中的应用。
一、水力学理论的基本原理水力学理论研究的核心是水的运动规律和力学性质。
在水利工程中，以下几个基本原理是理解和应用水力学的关键：1.连续性原理：根据质量守恒定律，水在运动过程中的流量保持不变。
这个原理是水力学研究和应用的基础，通过它可以推导出其他水力学理论。
2.动量原理：动量原理描述了水流的动能转化和传递过程。
根据动量定理，水在流动中产生的动能可以用来推动水轮机等设备，实现能量的转化和利用。
3.流态方程：流态方程描述了水流的运动状态和水力参数之间的关系。
例如，研究水流的速度分布、压力分布以及阻力大小等都是通过流态方程进行分析和计算的。
4.阻力公式：阻力公式是水力学中重要的理论工具，用于计算水流通过各种水工建筑物时的阻力大小和能量损失。
常见的阻力公式包括密液流动公式、开水沟流动公式等。
二、水力学理论在水利工程中的应用水力学理论在水利工程中有广泛的应用，主要包括以下几个方面：1.水力发电：利用水力学理论计算水流的动能，并将其转化为机械能，进而转化为电能。
水力发电是目前世界上最重要的可再生能源之一，也是水利工程中的重要应用领域。
2.水闸与泄洪道设计：通过水力学理论计算水流通过水闸和泄洪道时的水力参数和阻力，以确保水流的安全、稳定和合理的排放。
3.堤防和水库设计：水力学理论可以用于计算风暴潮、洪水和涌浪对堤防和水库的冲击力，从而确定其抗冲击能力和安全性。
4.渠道和管道设计：利用水力学理论可以计算渠道和管道中水流的流速、压力分布及阻力大小，以实现对水流的控制、输送和调节。
5.水力建筑物设计：通过水力学理论可以计算水流通过水轮机、泵站、溢流堰和节制闸等水力建筑物时的水力特性，为设计和施工提供依据。
总结：水力学理论作为水利工程的基础理论，对于工程设计、施工和运营具有重要意义。
水利工程中的水力学原理与水流力学分析
水利工程中的水力学原理与水流力学分析水利工程是指通过调节、利用、研究水资源的工程技术，以确保水资源的合理开发和利用。
水力学原理和水流力学分析是水利工程设计和水文学研究的重要内容。
本文将探讨水利工程中的水力学原理和水流力学分析的相关知识。
1. 效应和水力学原理在水利工程中，水力学原理是研究流体的运动规律和力学特性的学科。
它涉及的基本概念包括：流体的密度、速度、压力、流量和流动的稳定性。
根据伯努利方程，我们可以计算在给定点上流体的总能量。
此外，阿基米德原理是水力学原理中的另一个重要概念，它解释了浮力对于浸入液体中的物体的作用。
2. 水流力学分析方法在水力学原理的基础上，水流力学分析是水利工程设计过程中的重要环节。
它包括研究水流动态特性、水流力学参数和水流的运动模式。
水流力学分析可以运用于水闸、泵站、堰坝、河道等各种水利工程中。
而研究水流动态特性时，常用的水流力学分析方法包括流量测量、压力测量和图像分析等。
3. 水流力学分析在水利工程中的应用水流力学分析在水利工程中具有广泛的应用。
其中最常见的应用是设计和优化水流通道，如水闸和泵站的水道设计，以确保流体的稳定和有效的水力传输。
另外，在水利工程的水质调控方面，水流力学分析也起着重要的作用。
通过分析水流的运动模式和特性，可以优化污水处理工艺和净水系统，提高水质的处理效果。
4. 水力学原理和水流力学分析的挑战在水利工程中，水力学原理和水流力学分析也面临着一些挑战。
首先，水流力学分析需要大量的准确的实验数据和模型验证。
此外，复杂的水流条件和不可预测的自然灾害也会给水力学原理和水流力学分析带来困难。
因此，准确预测水流行为和解决实际问题需要结合现代计算方法和模拟技术。
5. 结论水力学原理和水流力学分析是水利工程设计和研究的基础。
它们对于水流的运动规律和水流力学参数的研究，有助于优化水利工程设计，提高水资源的利用效率。
同时，水流力学分析的应用也面临一些挑战，需要更多的实验数据和模型验证，以及结合现代技术的创新。
水力学的理论和工程应用
水力学的理论和工程应用水力学是研究液体运动规律的科学，是现代流体力学的一个分支。
它主要研究液体在管道、河道、水坝和水轮机等设备中的流动行为和特性，包括流速、流量、压力和水力特性等。
水力学的理论和工程应用对现代化的水利工程建设具有重要的作用，下面将对水力学的理论和工程应用进行介绍。
一、水力学的理论水力学的理论包括静水力学和动水力学两部分。
1、静水力学静水力学是研究静止液体内部的力学性质。
静止液体的压力是均匀的，即在液体中的任何一点，液体都对该点施加同样的压力。
根据帕斯卡原理，液体的压强仅仅与其深度有关，与液体的形状、容积等因素无关。
由此可得出以下公式：P=ρgH其中，P为液体的压强，ρ为液体的密度，g为重力加速度，H 为液体的深度。
2、动水力学动水力学是研究流动液体的力学性质。
流体的运动是多种多样的，可以是水平、垂直或螺旋形等。
动水力学研究的领域包括管道、河道、水坝、水轮机、船舶等。
在流体动力学中，流态可分为两种类型：层流和涡流。
如图所示，左侧为层流，右侧为涡流。
层流与涡流二、水力学的工程应用水力学的工程应用包括水资源开发、水利工程建设、水产养殖等三个方面。
1、水资源开发水资源开发是指利用河流、湖泊、地下水和海水等自然水源开展水资源利用的活动。
水力学在水资源开发中有重要的应用，例如，水电站的选址、水电站发电机组的水轮机选型、水库调度管理等。
2、水利工程建设水利工程建设是指为了统计、调度、保护和发挥水资源作用而进行的一系列工程开发和建设活动。
水力学在水利工程建设中的应用十分广泛，包括河流的整治、水坝的设计、水闸的建设、农田水利工程建设等。
3、水产养殖水产业是指在河流、湖泊、海洋等水体中开展养殖、捕捞、加工等一系列生产活动。
水力学在水产养殖中也有着广泛的应用。
例如，利用水流改善水体水质，提升养殖效益；利用水力学原理设计和改进渔网，增强其捕获能力等。
总之，水力学的理论和工程应用在现代水利工程建设和水产业发展中发挥着重要作用。
水利工程：水力学考点(三)
水利工程：水力学考点（三）1、单选薄壁孔口与管嘴（厚壁孔口）的区别在于（）。
A.有无收缩断面；B.自由出流还是淹没出流；C.作用水头的大小；D.是否有真空压强存在。
正确答案：D2、问答题简述明渠均匀流发生的（江南博哥）条件和特征。
正确答案：明渠均匀流发生的条件：明渠均匀流只能出现在底坡不变，断面形状，尺寸，壁面粗糙系数都不变的长直顺坡渠道中。
明渠均匀流的流线是相互平行的直线，因此具有以下特征：（1）过水断面的形状，尺寸及水深沿程不变。
（2）过水断面上的流速分布，断面平均流速沿程不变。
（3）总水头线、水面线及渠底线相互平行。
所以，总水头线坡度（水力坡度）J，水面线坡度（测压管水头线坡度）Jp和渠道底坡i彼此相等，即J=Jp=i。
3、单选曲面上静水总压力的（）。
A.垂直分力的方向与重力一致；B.垂直分力的大小等于压力体的水重；C.水平分力的方向指向曲面的水平投影面；D.水平分力的大小等于水平投影面形心点的压强与水平投影面积的乘积。
正确答案：B4、名词解释表面力正确答案：作用于所取液体表面，与受作用表面面积成比例的力，分为垂直作用面的压力和平行作用面的切力。
5、名词解释水头损失正确答案：由于液流内部各液团和各液层间产生的阻抗相对运动的内摩擦力产生的能耗。
6、单选均匀泄流管道的（）等于（）。
[注：两括号填同一字母]A.水头损失；同长同质的直管水头损失；B.某断面流量；入口断面的流量；C.某断面的流量；折算流量；D.水头损失；同长同质的直管水头损失的。
正确答案：D7、单选下列的（）不是动量方程左端的力。
A.作用于流段上的动水压力；B.作用于流段上的固体边界摩阻力；C.水对固体边界的作用力；D.作用于流段上的重力。
正确答案：D8、填空题运动粘滞系数与动力粘滞系数成（）比。
正确答案：正9、单选虹吸管的最大真空值出现在（）。
A.入口处；B.出口处；C.最高处；D.最高处的最末端。
正确答案：D10、问答题温度对流体粘性系数有何影响？原因何在？正确答案：温度升高时液体的粘滞系数降低，流动性增加，气体则相反，粘滞系数增大。
工程水力学
1.水跃: 当明渠中的水流由急流状态过渡到缓流状态时，会产生一种水面突然跃起的特殊的局部水力现象，这种特殊的局部水力现象称为水跃。
2.表面旋滚起点的过水断面1-1称为跃前断面，该断面处的水深h1叫跃前水深。
表面旋滚末端的过水断面2-2称为跃后断面，该断面处的水深h2叫跃后水深。
跃后水深与跃前水深之差称为跃高a，跃前断面至跃后断面的水平距离称为跃长Lj。
3.水跃的分类淹没水跃：当时，当下游水深大于临界水跃的跃后水深时，水跃淹没收缩断面，称为淹没水跃。
临界水跃：当时，水跃的跃首刚好发生在收缩断面上，跃后水深等于下游水深，称为临界水跃。
远离式水跃：远离式水跃：当时，水跃发生在收缩断面之后，跃后水深大于下游水深，称为远离式水跃.4.共轭水深的计算:当明渠断面的形状、尺寸和渠中的流量给定时，由已知的一个共轭水深计算未知的一个共轭水深。
5.水跃能量损失机理简述：1.）运动要素变化的非常强烈；2.）水流激烈紊动、混掺，产生了较大的附加切应力；3. ）跃前断面的大部分动能转化为热能消耗；6.闸孔出流：当顶部闸门部分开启，水流受闸门控制而从建筑物顶部与闸门下缘间孔口流出时的水流状态。
7.堰流：当顶部闸门完全开启，闸门下缘脱离水面，闸门对水流不起控制作用时，水流从建筑物顶部自由下泄时的水流状态。
8.闸孔出流和堰流的异同点1）共同点都属于局部性控制建筑物，使建筑物前水位雍高，上下游产生水位落差；重力作用下的水流运动，势能转化为动能；作用水头越大，泄流量越大；都属于明渠急变流，在较短的距离内流线发生急剧变化；离心惯性力的作用不可忽视，其对压强分布和过流能力都有影响。
能量损失是局部损失。
9.堰和堰流：无压缓流经障壁溢流时,上游发生壅水,然后水面跌落,这一局部水力现象称为堰流（Weir Flow）;障壁称为堰。
10.堰流的分类(1) 薄壁堰流δ/H<0.67（2）实用堰流0.67<δ/H<2.5（3）宽顶堰流2.5<δ/H<1011.非真空实用堰（non-vacuum weir）：若堰面的剖面曲线基本上与堰的水舌下缘外形相符，水流作用于堰面上的压强仍近似为大气压强，这种堰称为非真空实用堰。
水力学在施工中的应用
水力学在施工中的应用
水力学是关于流体运动和流体力学的研究。
它在施工中具有广泛的应用。
下面列举了一些：
1. 水力学计算：在建筑物和桥梁的设计和建造中，需要进行各种水力学计算，包括流量、压力和液位等方面的计算。
2. 水文学计算：水文学研究水文过程，是一种需要进行水力学计算的领域。
在洪水、水库、城市排水系统等方面的设计中，也需要进行水文学计算。
3. 贯流与波浪分析：在海洋工程、船舶设计和海岸防御等方面，需要进行贯流与波浪分析，以便优化设计和施工。
4. 堤岸设计：水力学也在堤岸设计中发挥着重要作用。
要在河道和海岸线上构建高效的堤岸，需要进行河道的水动力学分析。
5. 水电站设计与管理：水力学是水电站设计和管理的核心。
水力发电是一种清洁能源，水力学对于保障水电站的安全和可靠性非常重要。
总之，水力学的应用非常广泛，可以发挥在各种施工领域的重要作用。
水力学（工程流体力学）流体静力学要点总结
第二章 流体静力学•静水压强特性：（1）第一特性：静水压强的方向与作用面的内法线方向重合（2）第二特性：静止流体中某一点静水压强的大小与作用面的方位无关（只与深度位置有关）•流体平衡微分方程：⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫=∂∂⋅-=∂∂⋅-=∂∂⋅-010101z p Z y p Y x p X ρρρ流体处于平衡状态时，作用于流体上的质量力与压强递增率间的关系 用途：质量力已知时，用该式求静止流体内的压强分布规律)(Zdz Ydy Xdx dp ++=ρ dz zW dy y W dx x W dW ∂∂+∂∂+∂∂= 势函数；有势的力zW Z y W Y x W X ∂∂=∂∂=∂∂=；； dW dp ρ= 积分得：p W C ρ=+ 当某点压强0p 、力的势函数0W 已知时（即边界条件已知）得 00()p p W W ρ=+-•静水压强分布规律：〖一〗 'pC z C γγ+== 或 1212p p z z γγ+=+z ：单位重量流体具有的位能或位置水头；γp：单位重量流体具有的压能或压强水头； γp z +：单位重量流体具有的总势能或测压管水头（测压管液面相对于基准面的高度）；C p z =+γ: 表明静止流体中单位重量流体具有的总势能守恒或测压管水头为常数物理意义：静止液体中各点单位重量液体具有的总势能相等几何意义：静止液体中各点的测压管水头相等，测压管水头线是水平线从能量意义上来说：静止流体中各点的位置水头与压强水头之和都相等，或者静止流体中各点的测压管水头线为一水平线。
〖二〗边界条件：0z z =时，0p p =则0p p h γ=+•22/10132533.107601m N O mH mmHg atm ===（标准大气压）22/98070107361m N O mH mmHg at ===（工程大气压）•压强表示方法：绝对压强：绝对真空状态做为压强起始计算零点，以abs p 表示；相对压强：一个大气压做为压强起始计算零点，以p 表示；•等压面及其性质：①等压面与质量力正交②水平面是等压面的条件：由于等压面与质量力正交，静止流体中等压面是水平面。
水力学的基础理论和应用
水力学的基础理论和应用水力学是一门研究流体运动学及力学的学科，涉及范围广泛，是工程系学生必修课程之一。
水力学的基础理论包括质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律等，而在实际应用中，水力学涉及到各个领域，如水力发电、水利工程、污水处理、海洋工程等。
一、水力学基础理论1.1 质量守恒定律质量守恒定律是指在任何一个封闭系统内，流入该系统的流体总质量等于流出该系统的流体总质量，即质量不会消失和增加。
这一定律是水力学中最基础、最重要的定律之一。
在水力学中，质量守恒定律被应用在研究各种管道、渠道、河流、湖泊等工程问题中。
1.2 动量守恒定律动量守恒定律是指流体在运动中动量的总量不会因为外力的作用而发生改变。
动量守恒定律中包括牛顿第二定律，即单位时间内的总动量的变化等于给流体的力的总和。
在水力学中，动量守恒定律应用于研究液体在管道、渠道、泵站等各个工程设施中的运动规律，可以帮助工程师们更好地设计和优化工程设施。
1.3 能量守恒定律能量守恒定律是指在任意封闭系统中，能量总量保持不变。
在水力学中，能量守恒定律被广泛应用于研究液体在运动中的各种能量变化，包括流体动能、重力势能、压力能等。
二、水力学应用2.1 水力发电水力发电是指利用水流动能转化成机械能，再经由电机转化成电能的一种发电方式。
水力发电是目前世界上最主要的可再生能源之一。
水力学在水力发电中有着重要的应用，例如研究水轮机的性能、水电站的设计和优化、水利工程的管理等。
2.2 水利工程水利工程主要包括各种输水设施，如水库、堤坝、渠道、闸门等，以及水文测量、水资源利用、防洪减灾等方面的工程设施。
水力学在水利工程中有十分广泛的应用，如研究闸门开启规律、计算水库泄洪流量、优化渠道设计、预测洪水发生概率等.2.3 污水处理污水处理是指将自然界中的废水通过处理使其符合国家和地方的环保标准后排入自然界或再利用。
水力学在污水处理中被广泛应用，如设计污水处理厂中的管道和泵站、计算流量和压力等。
水力学(工程流体力学)复习要点
6
6、曲面上静水总压力计算中应注意的问题
1）正确绘制Px分布图。这里， 弄清投影面Ax的意义并找出相应 曲面的Ax是至关重要的；
2）正确绘制压力体剖面图。绘 制压力体剖面图，实质上是按一 定的方式和比例（同一点的Pz与 h等长），绘制“垂直方向的压 强分布图”。
7
例1:复式压差计测气体管道的压强差。
17
（1）连续方程——计算某一已知过水断面的面积和断
面平均流速或者已知流速求流量
A1v1 A2v2
（2）能量方程——是最重要最常用的基本方程：它与
连续方程联合求解可以计算断面上的平均流速或平均压强， 与动量方程联解，可以计算水流对边界的作用力，在确定 建筑物荷载和水力机械功能转换中十分有用
p1 v p2 v z1 z2 hw g 2 g g 2 g
10
证明
上下游的湿水长度
L=H/sinθ, l=h/sinθ 上下游的总压力 力F和f 对O取矩
1 1 F gHbL , f ghbl 2 2
L l F( s ) f ( s ) 3 3
整理得
l f 1 L H F S 3 1 f F
即
H 3 h3 S 3( H 3 h3 ) sin
25
• 计算简图
1.计算简图是一在脱离体上标出了全部作用力及流速方向
的示意图 2.作用于脱离体上的力包括 （1）表面力： 1）两渐变流断面处相邻水体对脱离体的动水总压力 2）周界表面对脱离体的作用力（包括：作用于脱离体周 界表面上的动水总压力；脱离体侧表面上的液流阻力）
（2）质量力：脱离体内液体的重力
Pz
h
d
螺栓所受总拉力即为Pz
水力学理论在土木工程中的应用
水力学理论在土木工程中的应用水力学是研究水流运动和水体性质的科学，具有广泛的应用领域，特别在土木工程中，水力学理论的应用举足轻重。
本文将探讨水力学理论在土木工程中的应用，从水利工程、水电工程和水资源管理等方面进行阐述。
1. 水利工程中的应用水利工程是指利用水力学原理和方法设计、建设和管理各类水利设施的工程。
其中，水力学理论作为水利工程的基础，渠道流动的研究和排水系统的设计都离不开水力学的支持。
例如，在渠道流动中，通过研究水力学的相关公式和模型，可以确定合适的渠道形状和尺寸，提高水流的输送能力，有效解决渠道阻塞和沉积问题；在排水系统设计中，通过水力学分析，可以预测降雨过程中的洪水水位和流量，为工程的规划和设计提供科学依据。
2. 水电工程中的应用水电工程是指通过水力发电的方式利用水能，将其转化为电能的工程。
水力学理论在水电工程中发挥着重要的作用。
例如，在水轮机的设计和运行过程中，通过水力学模型和实验，可以优化水轮机叶片的形状和布置，提高发电效率；在水库的设计和管理中，通过水力学模拟和分析，可以确定合理的水库开闸方案，最大限度地减少对下游生态环境的影响。
3. 水资源管理中的应用水资源管理涉及到对水资源的开发、利用和保护等方面的工作。
水力学理论在水资源管理中的应用主要体现在水资源评价和水资源优化利用方面。
通过水力学的研究和分析，可以评估水资源的可持续利用能力，为水资源的规划和管理提供科学依据。
同时，通过水力学的模拟和优化，可以合理配置水资源，提高水资源的利用效率，实现水资源的可持续发展。
总之，水力学理论在土木工程中的应用是十分广泛的。
不仅能够解决工程中的实际问题，提高工程设施的效率和性能，还能够保护环境，促进可持续发展。
因此，水力学理论的研究和应用对土木工程的发展起到了重要的推动作用，对于提升整个行业的水平和水平不可或缺。
在未来的发展中，还需要进一步深化水力学理论的研究，不断创新和应用，为土木工程的发展注入新的动力。
土木工程中的水力学研究与应用
土木工程中的水力学研究与应用水力学是土木工程中的一个重要学科，研究液体在各种条件下的运动规律及其影响。
它的研究对象包括河流、湖泊、水库等自然水体，以及水管、水闸等人工水利设施。
水力学的研究和应用对于水资源的科学开发利用、防洪减灾和环境保护等方面具有重要意义。
水力学的研究内容主要包括水流运动的基本方程和水力学模型的建立。
水流运动的基本方程可以用连续方程、动量方程和能量方程来描述。
连续方程描述了水体的质量守恒关系，动量方程描述了水体的运动规律，能量方程描述了水体的能量变化情况。
这些方程相互联系，构成了水流运动的完整描述。
水力学模型的建立是为了解决实际工程问题而进行的简化和近似处理，使得问题的求解更加简便和可行。
在水力学的研究中，流态分类是一个基础和重要的问题。
根据流速和水深的关系，可以将流态分为亚临界流和超临界流。
亚临界流是流速小于临界流速的情况，此时水体的运动是稳定的，并且水深变化不大。
超临界流是流速大于临界流速的情况，此时水体的运动是非稳定的，形成水势波并且水深变化很大。
水力学的研究成果在土木工程中得到了广泛的应用。
其中，水文学是水力学的一个重要分支，研究水文过程和水文数据的处理方法。
水文学的研究对于水资源的科学开发利用和防洪减灾有着重要的意义。
比如，在水电站的设计中，需要通过水文学的研究来确定设计洪水和最低流量，以确保水电站的正常运行和安全性。
此外，在灌溉工程中，水文学的研究可以帮助确定灌溉的水量和灌溉期，提高灌溉的效果和效率。
除了水文学，水力学在河道治理、水利工程设计和水环境保护等方面也起到了重要的作用。
在河道治理中，水力学的研究可以帮助确定河道的截面形状和堤防的设计高程，以防止河水泛滥和洪水灾害。
在水利工程设计中，水力学的研究可以帮助确定水利设施的尺寸和参数，以保证其正常运行和安全性。
在水环境保护中，水力学的研究可以帮助分析和预测水体的水质和水量变化情况，以制定相应的保护和治理方案。
总之，水力学是土木工程中的一个重要学科，它的研究和应用对于水资源的科学开发利用、防洪减灾和环境保护具有重要意义。
工程水力学专业
工程水力学专业工程水力学是一门研究水流运动规律及其在工程中应用的学科。
它是水利工程、水电工程、港口工程、海洋工程等领域的重要基础学科。
本文将从工程水力学的定义、研究内容、应用领域等方面进行介绍。
一、定义工程水力学是研究水流运动规律及其在工程中应用的学科。
它主要研究水流的流态、流速、流量、水力特性、水力力学、水力学模型等问题。
工程水力学是水利工程、水电工程、港口工程、海洋工程等领域的重要基础学科。
二、研究内容工程水力学的研究内容主要包括以下几个方面：1.水流的流态和流速水流的流态和流速是工程水力学研究的重点。
水流的流态分为层流、湍流和过渡流。
水流的流速是指水流通过某一截面的单位时间内通过的水量。
水流的流态和流速对于水利工程、水电工程等工程的设计和施工具有重要的指导意义。
2.水力特性水力特性是指水流在不同条件下的特性，包括水流的压力、速度、流量、水位等。
水力特性对于水利工程、水电工程等工程的设计和施工具有重要的指导意义。
3.水力力学水力力学是研究水流对物体的作用力及其规律的学科。
它主要研究水流对物体的压力、浮力、阻力等问题。
水力力学对于水利工程、水电工程等工程的设计和施工具有重要的指导意义。
4.水力学模型水力学模型是指将实际水利工程、水电工程等工程的水流情况通过模型进行模拟，以便进行实验研究的方法。
水力学模型对于水利工程、水电工程等工程的设计和施工具有重要的指导意义。
三、应用领域工程水力学的应用领域非常广泛，主要包括以下几个方面：1.水利工程水利工程是指利用水资源进行灌溉、排水、防洪、供水等方面的工程。
工程水力学在水利工程的设计和施工中具有重要的指导意义。
2.水电工程水电工程是指利用水能进行发电的工程。
工程水力学在水电工程的设计和施工中具有重要的指导意义。
3.港口工程港口工程是指建设港口、码头等设施的工程。
工程水力学在港口工程的设计和施工中具有重要的指导意义。
4.海洋工程海洋工程是指在海洋中进行建设、开发、利用等方面的工程。
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不稳定和很不稳定等6个区域，并给出安全临界振幅A(μm)应小于某频率f(Hz)
的函数表达式，即：log A 3.14 1.16log f 美国阿肯色河通航枢纽中采用了以振动构件平均位移划分的判别标准 平均位移(mm) 0～0.0508 0.0508～0.254 振动危害程度 忽略不计(可正常运行) 微小危害
2 1 T Dx xt x dt T 0
离散化：
1 Dx N
x
N n 1
n
x
2
③均方差: (也称均方根、标准差)
Dx
④相关函数: 自相关
1 T R 0 xt x xt x dt T 当 0 时，R Dx
T 0
⑤功率谱:
(a)定义 ：S f 4 0 R cos 2f d 或 j 2f
S f R e
d
表示脉动能量在频率上的分布 ，自功率谱密度 函数Sx(f)常简称为自谱。 对上式取逆变换，得
由于Sx(f)和Rx(τ)之间是傅里叶变换对的关系，两 者是一一对应的，故两者含有完全相同的信息。因为 Rx(τ)为实偶函数，Sx(f)也必为实偶函数。
如果x(t)是一个电压信号的时间历程，则把这个信号加 到lΩ的电阻上，其瞬时功率为 p(t)=x2(t)/R=x2(t)
振 幅
频率
频域视角 时域视角 时间
瞬时功率的积分就是信号的总能量。因此上式左 端可看作是信号的平均功率Pav。既然Sx（f）曲线（下 方）和频率轴所包围的面积就是信号的平均功率，则Sx （f）就表示信号的平均功率沿频率轴的分布密度，故 称为Sx（f）自功率谱密度函数。 典型：
0.254～0.508 >0.508
中等危害 严重危害
(3)导墙振动
水利水电工程当中的隔（导）墙是轻型水工结构，用于引导水流或分割 不同流态水流。由于水流的强烈紊动，有可能导致结构的振动破坏。国内外 已经发生了多起导墙强烈振动和破坏的工程实例。 ①美国德克萨斯洲的德克萨尔卡那坝（Texarkana Dam）隔水墙的破坏： 隔水墙和底板的连接处发生断裂，除了8根钢筋外(已弯成90度)，墙中所有钢 筋都断裂了，迹象表明，这些钢筋是由于金属的疲劳破坏所引起的。同时， 有迹象表明，在隔墙倒塌之前，曾发生过剧烈的侧向振动，因为钢筋周围的 混凝土压碎深度达0.6—0.9m。 ②美国加利福尼亚州的垂尼蒂坝（Trinity Dam）隔水墙的破坏： 沿着消力池底板高6.1m处有一条水平工作缝，分水隔墙的上部倒塌了，从 钢筋的破坏迹象看出，破坏是由于疲劳产生的，剩下来的那部分隔墙，两边 底部（隔水墙的嵌固端）都有相当长的水平弯曲裂缝，中间还有一条垂直裂 缝。 ③美国新泽西州科罗拉多河纳佛角坝（Navajo Dam）隔水墙的破坏： 导墙中不少钢筋折断或弯曲，沿导墙根部出现整齐的一排疲劳裂缝。据报 导，导墙是由于振动导致疲劳破坏，泄水时，当泄量超过50m3/s，隔墙便出 现振动，振动频率和脉动压力耦合。
动应力评估
对于混凝土在泄洪振动作用下的疲劳破坏问题，至今还没
有成熟的理论。混凝土的疲劳极限强度大致可以取0.5倍混凝土
的静力极限强度，考虑到水工混凝土工作条件的复杂性以及徐 变等因素的影响，我们认为可取泄洪振动的“允许应力”为0.45 倍 的静力的允许应力值，如静力条件下允许拉应力取1.2MPa，则 泄洪振动的允许拉应力可取0.56MPa。
2.2.3 增加空蚀的可能性
瞬时压强比时均压强低，即便是时均压强不足以发生空化，
瞬时也可能发生，从而增加建筑物发生空蚀的可能性。
2.3 脉动压强的分析方法
(1)频率分析(数理统计) (2)随机数据处理 几个名词：
①均值:
1 x T
1 x N
xt dt
T 0
离散化：
x
n 1
N
n
均值和方差表示随机过程的平均强度 ②方差:
20 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 A-1 A-2 A-3 A-4 A-5 A-6
测点
2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
11
120 100
动位移均方根值/m
45
测点号
构皮滩
表孔单独泄洪 中孔单独泄洪 表中孔联合泄洪
40 35 30
拉西瓦
冲击荷载 孔口过流荷载 下游涌浪荷载 整体
水流脉动荷载相互联系、相互作用的问题。
120
100
溪洛渡
表孔单独泄洪 中孔单独泄洪 表中联合泄洪(设计水位) 表中联合泄洪(校核水位) 表中联合泄洪(P=0.5%)
24 22 20
二滩
动位移均方根值/m
80
18
位移均方根（μ m）
16 14 12 10 8 6 4
60
40
大地脉动 4＃表 孔 3＃、4＃中孔 3＃、4＃、5＃中孔 2＃、3＃、4＃、5＃中孔
2.2.2 可能引起建筑物的振动 脉动荷载会引起建筑物的随机振动。 脉动压强是随机性的，可以看成是由各种频率分量的周期性 压强组成的。当某一频率分量的脉动压强与建筑物的自振频率 (某一阶)一致或非常接近时，可能引起共振。
脉动压力导致建筑物振动的工程实例
(1)高拱坝泄洪振动
我国的水能资源可开发量和目前的建设规模居世界首位，且 多位于西部的高山峡谷地区，水电工程在泄洪消能方面的共同特 点是“水头高、流量大、泄洪功率大、河谷狭窄、地质条件复 杂”，我国已建（二滩）或拟建的高坝的泄洪流量、水头和功率 居 世界领先水平，坝身泄洪振动响应也是工程设计和运行关心的重 要指标。高坝泄洪时诱发坝体结构振动，属库水—地基—坝体和
为止水体型不良和物理性能达不到标准以及闸门结构在动水作用
下的流激振动问题，有的闸门因在特殊水动力荷载作用下产生强 烈振动，乃至因失稳而破坏。根据国内外大量工程的运行经验，
能否确保水工闸门的运行安全，在某种程度上涉及到大坝乃至整
个水利枢纽的运行安全问题。
造成结构强烈振动的根本原因在于水动力荷载与结构动力特性的不利组合作用，特 别是当水动力荷载位于闸门结构低频区形成低阻尼、高响应放大倍数的共振状态，以致 因振幅迅速上升最终导致支臂动力失稳破坏。 不同的工程因闸门段的泄水道体型不同，施加于结构的水动力荷载亦不同。荷载类 型一般可以归纳为以下几类：①空穴水流产生的水流压力脉动荷载；②波浪力和具有短 胸墙封闭式气囊的冲击型荷载；③船闸阀门空穴流及气囊暴裂冲击荷载；④止水空穴流 与自激振动；⑤不良底缘形式导致的卡门涡激励力与门后波(涌)作用力；⑥门前其他特 殊水动力荷载。
xt
R
xt
自相关函数的物理意义： 表示随机过程某一点在两个不同时刻脉动 量之间的依赖关系，描述随机过程在时间域上 的特性。 将自相关函数标准化：
R / Dx
互相关：
1 Rxy T
xt xyt y dt
Part 2 高速水流的脉动压强
2.1 脉动压强的成因
2.2 脉动压强对水工建筑物的影响
2.3 脉动压强的分析方法 2.4 随机过程的基本概念 2.5 脉动压强的频率特性 2.6 脉动压强的幅值
2.7 脉动压强的点面转换
2.8 脉动压强的模型相似率 2.9 脉动压强沿缝隙的传播规律
2.1 脉动压强的成因
解 适值计算
后代 1100101110 1011101010 0011001001
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
闸门振动的研究工作，国外早在20世纪30年代就已开始，我国自50年代以
来也取得了一定的进展。关于闸门振动的危害程度的判别，肖天铎推荐
Patrikat的方法。Patrikat认为振动的危害程度取决于振幅与频率的综合效应。 它在对数坐标上将危害程度划分为稳定、合理稳定、可以采用、稍不稳定、
正弦波 白噪声
⑥概率密度
Px xt x x px lim x 0 x
用来描述随机过程的振幅特性
⑦ 某工程实测水垫塘底板振动位移
时间过程
功率谱
概率密度
⑧ 小结
●均值及方差系描述随机过程的平均特征，代表随机过 程的平均强度。 ●相关函数是描述随机过程在时间域上的特性，主要是 通过它的富里哀变换求功率谱密度。 ●功率谱密度是描述随机过程在频率域上的特性，它建 立了随机过程频率分布结构。 ●概率密度函数是描述随机过程的振幅特性，用于表示 随机过程瞬时值的概率。
Rx ( )
S x ( f )e j 2f df
(b) 物理意义
S f 4 R cos 2f d
0
令τ=0有
Rx (0)
S x ( f )df
即1 lim T 2T NhomakorabeaT
T
x (t )dt
2
S x ( f )df
④ 前苏联
前苏联的巴帕津斯基水利枢纽溢洪道消力池内作为检修用的分水墙由于振 动而破坏：沃特金水利枢纽水电站厂房与坝之间的隔墩段承受了不能允许的
强烈振动。
⑤ 我国 万安水电站导墙在运行过程中倒塌。 大化水电站在泄流中发现某一流量范围内，闸墩发生显著振动，在过坝流 量超过4400m3/s时，操作人员在闸墩上已有振动的明显感觉，在流量超过 7000m3/s时，闸墩的振动最大，观测到最大振幅达3mm左右，大大超过闸墩 允许振幅值； 1982年，乌江渡原型观测发现左滑右导墙的激烈振动，在闸门开度大于 4m时，导墙振动有随着闸门开度增加而加大的趋势，在闸门全开时，左右导 墙侧向振动振幅最大值达2mm左右（1987年观测值），均超过前苏联有关文 献提出的对水工建筑物混凝土结构的允许振幅值。