水力学知识点讲解
水力学知识点总结
水力学知识点总结1. 水的基本性质水是自然界中非常重要的物质，它具有一系列独特的物理、化学性质。
如水的密度、粘度、表面张力等重要性质对水力学研究有着重要的影响。
2. 水动力学水动力学是研究流体的运动规律及其与物体之间的相互作用的科学。
水动力学是水力学的基础，分为静水力学和流体力学。
静水力学研究静止的流体，而流体力学则研究流体的运动。
3. 流体静力学流体静力学是研究静止流体中的压力、浮力和力的平衡问题。
在水力学中，流体静力学主要用于水库、坝体等结构的压力分析。
4. 流体动力学流体动力学是研究流体运动及其产生的压力、阻力以及对物体的作用力。
在水力学中，流体动力学主要应用于河流、渠道等流体动力学性质的研究。
5. 流态力学流体力学是研究流体运动状态与性质的学问。
在水力学中，流态力学主要应用于分析水流的速度、流量、流向、涡流情况等。
6. 水流的稳定性水流的稳定性是水力学中的重要概念，它指的是水体流动时所产生的稳定的流态特性，包括流态的平稳性、安定性和可操作性等。
7. 水力工程水利工程是利用水资源进行灌溉、供水、发电等利用的工程。
水利工程设计要考虑水力学的各种知识，如水流的稳定性、水利工程的结构和设备等方面。
8. 水道工程水道工程是为了改善河流、渠道等水道的通航、排涝等目的的工程项目。
在水道工程设计中，水力学知识对水流速度、水位变化、水力坡等方面有着重要影响。
9. 水电站在水力学中，水电站是一个重要的应用领域。
水力功率的计算、水轮机的设计、水库的水位控制等都需要水力学知识。
10. 河流水文学河流水文学是研究河流的水文特性、水位变化规律、涨落情况等方面的科学。
水文学是水力学中应用最广泛的一个分支，水利工程、水资源评价等方面都需要水文学的知识。
11. 液压机械液压机械是以流体静力学和流体动力学的理论为基础，利用液体作为传动介质的机械装置。
水力学的理论基础对液压机械的设计、制造和使用都有着重要的影响。
12. 水资源评价水力学的知识还被应用于水资源评价领域，通过水文学、水文模型等方法来评价水资源的分布、利用、保护等问题。
水力学__主要知识点
第3章 流态与水头损失
水头损失以及与水头损失有关的液体的流态。
（一）水头损失的计算方法
1.总水头损失： hw= ∑hf + ∑hj 沿程水头损失：
通过尼古拉兹实验研究发现紊流三个流区内的沿程水力摩擦系数
的变化规律。
5. λ的变化规律 尼古拉兹实验 （人工粗糙管）
层流区： λ=f1(Re)=
64 Re
光滑区：λ= f2 (Re) 紊流粗糙区紊也称流为区紊：流粗过阻糙渡力区区平：：方λλ==区，ff34沿((Rr0程e), 水r0 力) 摩擦系数λ与雷诺数无关，
忽略不计
j
hf
l d
2
2g
H
Q2 K2
l
K Ac R — 流量模数
1
l d
（5）水头线绘制 注意事项： （1）局部水头损失集中在一个断面； （2）管中流速不变，总水头线平行于测压管水头线； （3）总水头线总是下降，而测压管水头线可升可降； （4）当测压管水头线在管轴线（位置水头线）以下，表示该处存在负压； （5）注意出口的流速水头（自由出流）或局部损失（淹没出流）。
1.连续介质：液体是由液体质点组成的连续体,可以用连续函数描述
液体运动的物理量.
2．理想液体：忽略粘滞性、可压缩性的液体
（三）作用在液体上的两类作用力
第1章水静力学
水静力学包括静水压强和静水总压力两部分内容。通过静水压强和静水
总压力的计算，可以求作用在建筑物上的静水荷载。
水力学部分章节知识点
绪论1、密度是指单位体积液体所含有的质量 量纲为[M/L3]，单位为kg/m32、容重是指单位体积液体所含有的重量 量纲为[F/L3]，单位为N/m3一般取ρ水=1000 kg/m3，γ水=9800N/m3=9.8kN/m3第一章 水静力学1、静水压强的特性：①静水压强垂直指向受压面②作用于同一点上各方向的 静水压强的大小相等2、3、绝对压强——以设想没有大气存在的绝对真空状态作为零点计量的压强，用p ′表示（绝对压强恒为正值）相对压强——以当地大气压作为零点计量的压强，用p 表示。
（相对压强可正可负） 4、真空——当液体中某点的绝对压强小于当地大气压强pa ， 即其相对压强为负值时，称为水力意义上的“真空”真空值（或真空压强）——指绝对压强小于大气压强的数值，用pk 来表示 5、压强的单位：1个工程大气压=98kN/㎡ =10m 水柱压=735mm 水银柱压6、压强的测量①测压管②U 形水银测压计③差压计7、静水压强分布图的绘制规则：1.按一定比例，用线段长度代表该点静水压强的大小 2.用箭头表示静水压强的方向,并与作用面垂直 8、平面的静水总压力的计算 ①图解法②解析法9、作用于曲面上的静水总压力（投影） 第二章 液体运动的流束理论1、迹线——某液体质点在运动过程中，不同时刻所流经的空间点所连成的线。
流线——是指某一瞬时，在流场中绘出的一条光滑曲线，其上所有各点的速度向量都与该曲线相切。
/流管——由流线构成的一个封闭的管状曲面 微小流束——充满以流管为边界的一束液流总流——在一定边界内具有一定大小尺寸的实际流动的水流，它是由无数多个微小流束组成2、水流的分类（1）按运动要素是否随时间变化①恒定流——运动要素不随时间变化②非恒定流——运动要素随时间变化（2）按同一流线上各质点的流速矢是否沿流程变化①均匀流——同一流线上流速矢沿流程不发生变化②非均匀流 a 、渐变流b 、急变流 3、均匀流的重要特性（1）过水断面为平面，且过水断面的形状和尺寸沿程不变(2) 同一流线上不同点的流速应相等，从而各过水断面上的流速分布相同，断面平均流速相等(3) 均匀流（包括非均匀的渐变流）过水断面上的动水压强分布规律与静水压强分布规律p z C gρ+=0p p ghρ=+相同，即在同一过水断面上各点的测压管水头为一常数推论：均匀流（包括非均匀的渐变流）过水断面上动水总压力的计算方法与静水总压力的计算方法相同。
水力学主要知识点
（水工专业）
（一）液体的主要物理性质
绪论
1．惯性与重力特性
2．粘滞性：液体的粘滞性是液体在流动中产生能量损失的根本原因.
描述液体内部的粘滞力规律的是牛顿内摩擦定律 :
du
dy 注意牛顿内摩擦定律适用范围：1)牛顿流体， 2)层流运动
3．可压缩性。 在研究水击时需要考虑
4．表面张力特性。 进行模型试验时需要考虑
那么铅垂分力的方向向下；当压力体与受压面在曲面的两侧，则铅垂分力的方向向上.
（3） 合力方向：α=arctg Pz
Px
第 2 章 液体运动的流束理论
（一）液体运动的基本概念
1. 流线的特点:反映液体运动趋势的图线
流线的性质:流线不能相交；流线不能转折
2 .流动的分类
非恒定流
均匀流
液流
恒定流
非均匀流
渐变流
（2）能量方程应用注意事项:
三选：选择统一基准面便于计算
选典型点计算测压管水头 :
p z
g
选计算断面使未知量尽可能少
（ 压强计算采用统一标准）
（3）能量方程的应用：
它经常与连续方程联解求 ：断面平均流速，管道压强，作用水头等。
文丘里流量计是利用能量方程确定管道流量的仪器。
毕托管则是利用能量方程确定明渠（水槽）流速的仪器。
急变流 在均匀流和渐变流过水断面上，压强分布满足： z p c
g
2
（二）液体运动基本方程
1.恒定总流连续方程
v 1A1= v A2 2 ,
v2 A1
Q=vA
利用连续方程，已知流量可v以1 求A断2 面平均流速，或者通过两断面间的几何关系求断面平
水力学 主要知识点
（一）水头损失的计算方法
1.总水头损失： 沿程水头损失： 达西公式 圆管
l 2 hf 4R 2g
hw= ∑hf + ∑hj
l 2 hf d 2g
λ—沿程水头损失系数 R—水力半径 R A 圆管 R d 4 局部水头损失 ζ—局部水头损失系数
V2 hj 2g
3.恒定总流动量方程 F Q
2 2 1
∑Fx=ρQ（β2 v 2x-β1 v 1x）
投影形式
∑Fy=ρQ（β2 v 2y -β1 v 1y）
∑Fz=ρQ（β2 v 2z -β1 v 1z）
β—动量修正系数，一般取β=1.0
式中：∑Fx、∑Fy、∑Fz是作用在控制体上所有外力沿各坐标轴分量的合力，
请注意，“水头”表示单位重量液体含有的能量。
4．压强的三种表示方法：绝对压强p′，相对压强p， 真空度pv, 它们之间的关系为：p= p′-pa 相对压强:p=ρgh 可以是正值，也可以是负值。。 pv=│p│（当p＜0时pv存在）
计算静水总压力包括求力的大小、方向和作用点，受压面可以分为平面
和曲面两类。 根据平面的形状：对规则的矩形平面可采用图解法，任意形状的平面都
的几何关系求断面平均流速。
恒定流
非均匀流
2 p1 1v12 p2 2v2 2.恒定总流能量方程 z1 g 2 g z2 g 2 g hw
hw J= l —水力坡度 ，表示单用最广泛的方程，能量方程中的最后一项hw是单位 重量液体从1断面流到2断面的平均水头损失 （1）能量方程应用条件： 恒定流，只有重力作用，不可压缩渐变流断面，无流量和能量 的出入 （2）能量方程应用注意事项: 三选：选择统一基准面便于计算p 选典型点计算测压管水头 : z g 选计算断面使未知量尽可能少 （ 压强计算采用统一标准） （3）能量方程的应用： 它经常与连续方程联解求 ：断面平均流速，管道压强，作用水头等。 文丘里流量计是利用能量方程确定管道流量的仪器。 毕托管则是利用能量方程确定明渠（水槽）流速的仪器。 当需要求解水流与固体边界之间的作用力时，必须要用到动量方程，
水力学主要知识点.
水力学主要知识点（水工专业2008）绪 论（一）液体的主要物理性质 1．惯性与重力特性2．粘滞性：液体的粘滞性是液体在流动中产生能量损失的根本原因. 描述液体内部的粘滞力规律的是牛顿内摩擦定律 :注意牛顿内摩擦定律适用范围：1)牛顿流体， 2)层流运动 3．可压缩性。
在研究水击时需要考虑4．表面张力特性。
进行模型试验时需要考虑水力学的两个基本假设：(二)连续介质和理想液体假设1.连续介质：液体是由液体质点组成的连续体,可以用连续函数描述液体运动的物理量. 2．理想液体：忽略粘滞性的液体 （三）作用在液体上的两类作用力第1章水静力学水静力学包括静水压强和静水总压力两部分内容。
通过静水压强和静水总压力的计算，可以求作用在建筑物上的静水荷载。
(一) 静水压强：主要掌握静水压强特性,等压面,水头的概念，以及静水压强的计算和不同表示方法. 1．静水压强的两个特性：（1）静水压强的方向垂直且指向受压面（2）静水压强的大小仅与该点坐标有关，与受压面方向无关，2.等压面与连通器原理：在只受重力作用,连通的同种液体内, 等压面是水平面.(它是静水压强计算和测量的依据）3．重力作用下静水压强基本公式（水静力学基本公式）p=p 0+g ρh 或其中 z —位置水头，p/g ρ—压强水头 （z+p/g ρ）—测压管水头请注意，“水头”表示单位重量液体含有的能量。
4．压强的三种表示方法：绝对压强p ′，相对压强p ， 真空度p v , 它们之间的关系为：p= p ′-p a p v =│p │（当p ＜0时p v 存在）相对压强:p=g ρh,可以是正值，也可以是负值。
要求掌握绝对压强、相对压强和真空度三者的概念和它们之间的转换关系。
c gpz =+ρd y d u μτ=计算静水总压力包括求力的大小、方向和作用点，受压面可以分为平面和曲面两类。
根据平面的形状：对规则的矩形平面可采用图解法，任意形状的平面都可以用解析法进行计算。
水力学知识点
知识点 第0章 绪论1. 连续介质2.实际流体模型由质点组成的连续体,具有：易流动性、粘滞性、不可压缩性、不计表面张力的性质.3.粘滞性：牛顿内摩擦定律 dydu μτ= 4.理想流体模型：不考虑粘滞性。
5.作用在液体上的力：质量力、表面力例：1.在静水中取一六面体，分析其所受的外力：作用在该六面体上的力有 （ ）（a ）切向力、正压力 (b) 正压力(c) 正压力、重力 (d) 正压力、切向力、重力2.在明渠均匀流中取一六面体，其所受的外力：作用在该六面体上有 （ ）（a ）切向力、正压力 (b) 正压力(c) 正压力、重力 (d) 正压力、切向力、重力3. 理想流体与实际流体的区别仅在于，理想流体具有不可压缩性。
（ ）第1章 水静力学1.静压强的特性(1)垂直指向受压面。
(2)在同一点各方向的静压强大小与受压面方位无关. 2.等压面：等压面是水平面的条件 3.水静力学基本方程2. 基本概念位置水头、压强水头、测压管水头 、绝对压强、相对压强、真空压强。
C gpz =+ρghp p ρ+=03. 静压强分布图 5.点压强的计算利用：等压面、静压强基本方程。
解题思路：① 找等压面② 找已知点压强③利用静压强基本方程推求。
6 作用在平面上的静水总压力图解法：Ω=b P解析法：A gh Pc ρ= 7. 作用在曲面上的静水总压力关键：压力体画法以曲面为底面，向自由液面（自由液面延长面）投影，曲面、铅锤面、自由液面所包围的水体为压力体。
压力体与水在同一侧为实压力体，铅锤分力方向向下。
反之，为虚压力体，铅锤分力方向向上。
例 1. 流体内部某点存在真空，是指 （ ）（a ）该点的绝对压强为正值 （b ）该点的相对压强为正值 （c ）该点的绝对压强为负值 （d ）该点的相对压强为负值2. 流体内部某点压强为2个大气压，用液柱高度为 （ ）a) 10米水柱 b) 22米水柱 c)20米水柱 d)25米水柱3. 无论流体作何种运动，流体内任何一个水平面都是等压面。
水力学 主要知识点
Px
第2章 液体运动的流束理论 1. 流线的特点:反映液体运动趋势的图线
流线的特征:流线不能相交；恒定流流线形状位置不变；恒定流 迹 线和流线重合。
2 .流动的分类:
液
非恒定流 均匀流
流 恒定流
非均匀流 渐变流
急变流 在均匀流和渐变流过水断面上，压强分布满足： z p c
hf
l 2
d 2g
达西公式
圆管
hf
l 2
4R 2g
λ—沿程水头损失系数
R—水力半径 R A 圆管 R d
局部水头损失
4
ζ—局部水头损失系数
hj
V2 2g
从沿程水头损失的达西公式可以知道，要计算沿程水头损失，
关键在于确定沿程水头损失系数λ。而λ值的确定与水流的
流态和边界的粗糙程度密切相关。
图解法：大小：P=Ωb, Ω--静水压强分布图面积
方向：垂直并指向受压平面 作用线：过压强分布图的形心，作用点位于对称轴上。
静水压强分布图是根据静水压强与水深成正比关系绘制的，只要用比例 线段分别画出平面上两点的静水压强，把它们端点联系起来，就是静水 压强分布图 解析法：大小：P=pcA, pc—形心处压强
g （二）液体运动基本方程
1.恒定总流连续方程
v 1A1= v 2A2
,
v2 A1 v1 A2
Q=vA
利用连续方程，已知流量可以求断面平均流速，或者通过两断面间
的几何关系求断面平均流速。
2.恒定总流能量方程
z1
p1g 1v12来自2gz2
p2
g
2v22
2g
hw
hw
水力学基本知识
第一章水力学基本知识1.惯性：具有维持它原有运动状态的特性、质量越大，运动状态越难改变，因而惯性越大2.单位体积内液体所具有的重量称为该液体的容重（重度）3.内摩擦力f=黏滞力4.谬u：动力粘滞系数与液体性质有关5.u液体表面与底面流速差6.液体粘滞性还可用运动粘滞系数v表示v=谬u/破p7.压缩性：液体不能承受拉力，可以承受压力。
液体受压缩后体积缩小，密度增加，同时液体内部会产生压力抵抗压缩变形，这种性质被称为液体的压缩性；压力解除后消除变形，恢复原状，这种性质称为液体弹性8.表面张力：表面张力仅在液体表面存在，液体内部不存在9.连续介质假说：假设液体是一种连续充满其所占据空间毫无间隙的连续体，水力学所研究的液体运动是连续介质的连续运动10.理想液体概念：水是不可被压缩，没有粘滞性，没有表面张力的连续介质11.质量力：常见的重力和惯性力皆属于质量力，单位质量液体所受的质量力为单位质量力m第二章水力静学1.等压面：静止液体中凡压强相等的各点连接起来组成的面（平面或曲面）称为等压面2.等压面重要性质：作用于静止液体上任意一点的质量力必须垂直于通过该点的等压面3.重力液体的等压面是重力加速度g互相垂直的曲面4.所以平衡液体的自由表面是等压面，即液体静止时的自由表面是水平面，静止液体中两种不同液体的分界面是等压面5.等压面概念：相连通的两种液体6.绝对压强：以设想没有大气存在的绝对真空状态作为零点计量的压强7.相对压强：把当地大气压作为零点计量的压强8.p’绝对压强p相对压强Pa当地大气压强9.Yh为液体自重产生压强，与水呈线性关系，沿水深的压强分布图为直角三角形10.压强分布图中各点压强方向恒垂直指向作用面，两受压面交点处的压强具有各向等值性11.z—位置高度，即计算点距计算基准面的高度，称位置水头12.p/y—压强高度测压管中水面至计算点的高度，称压强水头13.z+p/y—测压管中水面至计算点的高度，称测压管水头（单位重量液体的势能，简称单位势能）第三章水力学基础1.迹线：是单个液体质点在某一时间段内的运动轨迹线2.流线：是在某一瞬时的空间流场中，表示各质点流动方向的曲线流线上所有各点在该瞬时的厉害矢量都和该流线相切，流线不能相交和转折3.元流，总流，过水断面：充满微小流管内的液体称为元流；充满流管内的液体称为总流，总流是无数元流的总和；与元流或总流中所有流线相正交的截面称为过水断面4.流量：单位时间内通过某一过水断面的液体体积5.恒定流，非恒定流：所有水流运动要素均不随时间变化的液流称恒定流；水流任一运动要素随时间变化的液流称非恒定流6.无压流，有压流：凡过水断面的部分周线为自由表面的液流称为无压流；凡过水断面的全部周线均于固体壁面相接触的液流称为有压流7.毕托管：一种测量液体点流速的仪器8.文丘里管：测量管道中液体流量的常用仪器9.雷诺数：表征了惯性力与黏滞力的比值雷诺数Rek≈2300是一个相当稳定的数值10.层流底层：液体作紊流运动时，紧邻壁面液体层的流速很小，流速梯度很大，黏滞力处于主导地位，且质点的横向混掺受到很大约束，因此总存在有保持层流流动的薄层，称为层流底层11.紊流切应力：在紊流中的水流阻力除了粘性阻力t1外，液体质点混参和运动量交换还将产生附加的切应力t2，简称紊流的附加应力12.重力流，无压流：明渠中水流是直接依靠重力作用而产生的，称重力流；同时它具有自由表面，相对压强为零，故称为无压流13.明渠均匀流形成条件①必须是顺坡渠道i>0并在较长一段距离保持不变②必须是长而直的棱柱形渠道③渠道表面的糙率n应沿程不变④渠道中的水流应是恒定流14.水力最佳断面：矩形渠道水力最佳断面的底宽为水深的两倍即水力半径为水深的1/215.水文资料应有以下四性①可靠性②代表性③独立性④一致性16.水位观测：水位是河流最基本的水文要素12.我国统一规定用青岛验潮站的黄海平均海平面作为水准基面17.水位观测通常用水尺和自记水位计，水尺读数加水尺零点高程就是水位18.水文调查：步骤是先建立水文断面，通过洪水调查，确定各种洪水位和洪水比降，进而确定水文断面的流速和流量19.洪水调查：访问调查洪痕调查20.其他调查：其他调查主要有冰凌调查和既有涉河工程调查21.堰流和堰：在明渠流中，为控制水位或控制流量而设置构筑物，使水流溢过构筑物的流动称为堰流，该构筑物称为堰22.堰水力特性：①堰的上游水流受阻，水面壅高，势能增大;在堰顶上由于水深变小，流速变大，使动能增大，在势能转化为动能过程中，水面有下跌的现象。
《水力学》知识点
知识点 第0章 绪论1. 连续介质2.实际流体模型由质点组成的连续体,具有：易流动性、粘滞性、不可压缩性、不计表面张力的性质.3.粘滞性：牛顿内摩擦定律 dydu μτ= 4.理想流体模型：不考虑粘滞性。
5.作用在液体上的力：质量力、表面力例：1.在静水中取一六面体，分析其所受的外力：作用在该六面体上的力有 （ ）（a ）切向力、正压力 (b) 正压力(c) 正压力、重力 (d) 正压力、切向力、重力2.在明渠均匀流中取一六面体，其所受的外力：作用在该六面体上有 （ ）（a ）切向力、正压力 (b) 正压力(c) 正压力、重力 (d) 正压力、切向力、重力3. 理想流体与实际流体的区别仅在于，理想流体具有不可压缩性。
（ ）第1章 水静力学1.静压强的特性(1)垂直指向受压面。
(2)在同一点各方向的静压强大小与受压面方位无关. 2.等压面：等压面是水平面的条件 3.水静力学基本方程2. 基本概念位置水头、压强水头、测压管水头 、绝对压强、相对压强、真空压强。
C gpz =+ρghp p ρ+=03. 静压强分布图 5.点压强的计算利用：等压面、静压强基本方程。
解题思路：① 找等压面② 找已知点压强③利用静压强基本方程推求。
6 作用在平面上的静水总压力图解法：Ω=b P解析法：A gh P c ρ= A y I y y c cc D +=7. 作用在曲面上的静水总压力关键：压力体画法以曲面为底面，向自由液面（自由液面延长面）投影，曲面、铅锤面、自由液面所包围的水体为压力体。
压力体与水在同一侧为实压力体，铅锤分力方向向下。
反之，为虚压力体，铅锤分力方向向上。
例 1. 流体内部某点存在真空，是指 （ ）（a ）该点的绝对压强为正值 （b ）该点的相对压强为正值 （c ）该点的绝对压强为负值 （d ）该点的相对压强为负值2. 流体内部某点压强为2个大气压，用液柱高度为 （ ）a) 10米水柱 b) 22米水柱 c)20米水柱 d)25米水柱3. 无论流体作何种运动，流体内任何一个水平面都是等压面。
第一章 水力学基础知识
γ = G / V = mg / V = ρg
第一章 水力学基础知识
液体的粘滞性 定义： 定义：运动状态下的液体具有抵抗切应变能 力的特性称为液体的粘滞性。 力的特性称为液体的粘滞性。 判断：静止状态下的液体不具有粘滞性。 判断：静止状态下的液体不具有粘滞性。
第一章 水力学基础知识
液体的压缩性 定义：液体受压时体积压缩变形， 定义：液体受压时体积压缩变形，压力除去 后又恢复原状， 后又恢复原状，液体的这种性质称为压缩 性。
（ （
形） 形） 形） 形）
形Re 形 k=2320
3、水流形态及水流损失 、
沿程阻力（均匀流或渐变流）： 沿程阻力（均匀流或渐变流）：
h f = il
（2）水头损失 ）
非均匀流或急变流）： 局部阻力（非均匀流或急变流）：
v2 hj = ζ 2g
总水头损失： 总水头损失：hw = ∑ h f + ∑ h j
3、室外排水管网 、
2、液体的力学概念 、
）、水动力学概念 （2）、水动力学概念 ）、
过水断面、 过水断面、流量和流速 过水断面A：与流线正交的液流横断面。 过水断面 ：与流线正交的液流横断面。 注：过水断面可能是平面也可能是曲面。 过水断面可能是平面也可能是曲面。 流量Q：单位时间内通过过水断面的液体体积。 流量 ：单位时间内通过过水断面的液体体积。 单位： 单位：m3 / s 断面平均流速 v ： v = Q / A
2、液体的力学概念 、
）、水静力学概念 （1）、水静力学概念 ）、 静止状态的理解 静水压强： 静水压强： 静水压强的基本方程
p = p0 + γh
静水压强的特性 • 静水压强的方向； 静水压强的方向； 静水压强分布图的画 • 静水压强的大小 静水压强的大小. 法。
水力学最新重点资料
复习总结第一章绪论一、 概念1、水力学：用实验和分析的方法，研究液体机械运动（平衡和运动）规律及其实际应用的一门科学。
2、密度和容重：ρ=V M γ=VMg γ=ρg 纯净水1个标准大气压下，1atm 4℃时密度最大ρ水=1000kg /m 3 γ水=9.80kN/m 3 ρ水银=13.6×103 kg /m 3 1N=1kgm/s 23、粘滞性：液体质点抵抗相对运动的性质。
粘滞性是液体内摩擦力存在的表现，是液体运动中能量产生损失的根本原因。
4、理想液体：不考虑粘滞性、可压缩性等特性的液体称为理想液体。
τ=μdy du 或T=μA dyduμ动粘 [ML -1T -1] Pa.s (帕.秒)1 Pa=1N/m2 1N=1kg ²m/s 2ν运粘 [L 2T -1] m 2/sν=μ/ρ水的经验公式：ν=2000221.00337.0101775.0tt ++公式中ν单位为cm 2/s ，t 为水温℃。
5、连续介质模型：假定液体质点毫无空隙地充满所占空间，描述液体运动物理量（质量、速度、压力等）是时间和空间的连续函数，因而可用连续函数的分析方法来研究，这种假定对解决一般工程实际问题是有足够的精度的。
6、压缩性 一般不考虑热膨胀性流动性 二、 问题1、 牛顿内摩擦定律简单应用；2、 作用于液体上的力：质量力、表面力；3、 水力学研究方法：理论分析、数值计算、模型实验方法第二章液体静力学一、概念1、静水压强：p =A PA ∆∆→∆0lim=dA dP2、等压面：均质连通液体中，压强各点相等的点构成的面称为等压面。
二个性质：等压面是等势面，与质量力正交。
汞水··ABC连通不均质AB 不是等压面 均质不连通，ABC 等压，但A 与B 不是等压面3、压强的二种计量基准：绝对压强、相对压强、真空值或真空度p v 或p v /γo绝对压强基准，完全真空)p a)关于真空值或真空度：由于压强的三种度量方法，二者区别并不明显。
水力学知识
三、液体流动的类型
3. 恒定流—液体在运动过程中，所有空间点的流速 和压强等运动要素不随时间而变化，仅与空间位 置有关。 4. 非恒定流—液体空间各点的流速、压强等运动要 素不仅与空间位置有关，而且随时间变化。 5. 均匀流—液体质点流速的大小、方向没程不变的 流动。 6. 非均匀流—液体质点流速的大小、方向沿程变化 的流动。 7. 渐变流—流线沿流程变化缓慢的流动。
一、静水压强及其性特
3. 静水压强特性 a) 方向：垂直指向受压面 b) 大小：作用于液体中任一点静水压强的大小 在在各个方向上均相等
二、静水压强的表示方法
1. 绝对压强 2. 相对压强 3. 真空压强
三、液体流动的类型
1. 有压流 a) 又称压力流 b) 液体沿流程的整个周界都与固体壁面相接触， 无自由表面，并且对固体壁面具有一定的压力， 其任意点的动水压强值一般不等于大气压 c) 靠压力差流动。 2. 无压流 a) 又称重力流 b) 液体沿流程的部分周界与固体壁面相接触，另 一部分界与大气相接触，具有自由液面 c) 靠液体本身的重力作用而流动
• 局部阻力
– 液流因固体边界急剧变化引起速度分布变化 的局部区段上，集中产生的流动阻力。
水头损失的两种形式 • 沿程水头损失
– 定义
• 由沿程阻力作功而引起的水头损失，用“hf”表 示。 l v2
– 公式
hf=λ
d 2g水头损失的两种形式• 局部水头损失– 定义
• 由局部阻力作功而引起的水头损失，用“hj”表示。
水流阻力
液体具有粘滞性
⑴流层间存在内摩擦力，它与液体的性质、温度有关。 ⑵用动力粘滞系数或运动粘滞性系数表示
μ――动力粘滞系数（亦称动力粘度），N· s/m2 υ――运动粘滞性系数，cm2/s。
水力学讲义
水 力 学 讲 义
2、水头损失：水流在运动过程中克服水流阻力而消耗的 能量称为水头损失。其中边界是外因，粘滞性是内因。 3、根据边界条件的不同，水头损失分两类：对于平顺的 边界，水头损失与流程成正比，称为沿程水头损失，用hf 表示；由于局部边界急剧改变，导致水流结构改变、流速 分布调整并产生旋涡区，从而引起的水头损失称为局部水 头损失，用hj表示。
这里得到一个重要的结论： 圆管层流运动的沿程阻力系数λ与雷诺数Re成反比。从沿程水 头损失等式中也可看出hf与流速的一次方成正比，这个结果与雷诺 实验的结论相一致，为后面讨论紊流的λ变化规律提供了重要依据。
水 力 学 讲 义
3.6 紊流 一、紊流运动要素 紊流的一系列参差不齐的涡体连续通过某一定点时， 此处的瞬时运动要素(如流速、压强等)随时间发生波动， 叫做运动要素的脉动。 某一瞬间通过定点的液体质点的流速称为该定点的瞬时 流速；任一瞬时流速总可分解为三个分速ux、uy、uz。
1 ux T
T
0
u x dt
第三章 液流形态及水头损失
二、紊动附加切应力 紊流切应力的计算，由两部分所组成：相邻流层间的粘 滞切应力和由脉动流速所产生的附加切应力，即 2 du 2 du l dy dy
水 力 学 讲 义
三、紊流粘性底层 在紊流中，紧靠固体边界的地方，粘滞切应力起主要作 用，液流型态属于层流。因此紊流并不是整个液流都是 紊流，在紧靠固体边界表面有一层极薄的层流层存在， 叫做粘性底层。在层流底层以外的液流才是紊流。称为 紊流流核。
3.3 均匀流沿程水头损失与切应力的关系 ----均匀流基本方程
在均匀流中，任意取出一段总流来分析。 如图，对1-1,2-2写能量方 程:hf=(z1+p1/r)-(z2+p2/r) 通过力的平衡分析可得：
水力学主要知识点.
水力学主要知识点（水工专业2008）绪 论（一）液体的主要物理性质 1．惯性与重力特性2．粘滞性：液体的粘滞性是液体在流动中产生能量损失的根本原因. 描述液体内部的粘滞力规律的是牛顿内摩擦定律 :注意牛顿内摩擦定律适用范围：1)牛顿流体， 2)层流运动 3．可压缩性。
在研究水击时需要考虑4．表面张力特性。
进行模型试验时需要考虑水力学的两个基本假设：(二)连续介质和理想液体假设1.连续介质：液体是由液体质点组成的连续体,可以用连续函数描述液体运动的物理量. 2．理想液体：忽略粘滞性的液体 （三）作用在液体上的两类作用力第1章水静力学水静力学包括静水压强和静水总压力两部分内容。
通过静水压强和静水总压力的计算，可以求作用在建筑物上的静水荷载。
(一) 静水压强：主要掌握静水压强特性,等压面,水头的概念，以及静水压强的计算和不同表示方法. 1．静水压强的两个特性：（1）静水压强的方向垂直且指向受压面（2）静水压强的大小仅与该点坐标有关，与受压面方向无关，2.等压面与连通器原理：在只受重力作用,连通的同种液体内, 等压面是水平面.(它是静水压强计算和测量的依据）3．重力作用下静水压强基本公式（水静力学基本公式）p=p 0+g ρh 或其中 z —位置水头，p/g ρ—压强水头 （z+p/g ρ）—测压管水头请注意，“水头”表示单位重量液体含有的能量。
4．压强的三种表示方法：绝对压强p ′，相对压强p ， 真空度p v , 它们之间的关系为：p= p ′-p a p v =│p │（当p ＜0时p v 存在）相对压强:p=g ρh,可以是正值，也可以是负值。
要求掌握绝对压强、相对压强和真空度三者的概念和它们之间的转换关系。
c gpz =+ρd y d u μτ=计算静水总压力包括求力的大小、方向和作用点，受压面可以分为平面和曲面两类。
根据平面的形状：对规则的矩形平面可采用图解法，任意形状的平面都可以用解析法进行计算。
水力学复习知识点
第一章绪论 1.水力学的研究方法:理论分析方法、实验方法,数值计算法。
2.实验方法:原型观测、模型试验。
3.液体的主要物理性质:①质量和密度②重量和重度③易流动性与粘滞性④压缩性⑤气化特性和表面张力。
4.理想液体:没有粘滞性的液体(μ=0)。
5.实际液体:存在粘滞性的液体(μ≠0)。
6.牛顿液体:τ与du/dy呈过原点的正比例关系的液体。
7.非牛顿液体:与牛顿内摩擦定律不相符的液体。
8.作用在液体上的力:即作用在隔离体上的外力。
9.按物理性质区分:粘性力、重力、惯性力、弹性力、表面张力。
10.按力的作用特点区分:质量力和表面力两类。
11.质量力:作用在液体每一质点上,其大小与受作用液体质量成正比例的力。
12.表面力:作用于液体隔离体表面上的力。
第二章水静力学 1.静水压强特性:①垂直指向作用面②同一点处,静水压强各向等值。
2.静水压强分布的微分方程:dp=ρ(Xdx+ Ydy+ Zdz),它表明静水压强分布取决于液体所受的单位质量力。
3.等压面:液体压强相等各点所构成的曲面。
等压面概念的应用应注意,它必须是相连通的同种液体。
4.压强的单位可有三种表示方法:①用单位面积上的力表示:应力单位Pa,kN/m2②用液柱高度表示:m(液柱),如p=98kN/m2,则有p/γ=98/9.8=10m(水柱)③用工程大气压Pa的倍数表示:1p a=98kP a。
5.绝对压强p abs:以绝对真空作起算零点的压强(是液体的实际压强,≥0)p abs=p o+γh6.相对压强pγ:以工程大气压p a作起算零点的压强,pγ=p abs-p a= (p o+γh)-p a 真空:绝对压强小于大气压强时的水力现象。
真空值p v:大气压强与绝对压强的差值。
7.帕斯卡原理:在静止液体中任一点压强的增减,必将引起其他各点压强的等值增减。
应用:水压机、水力起重机及液压传动装置等。
8.压强分布图的绘制与应用要点:①压强分布图中各点压强方向恒垂直指向作用面,两受压面交点处的压强具有各向等值性。
水力学复习知识点
水力学复习知识点水力学是研究液体的运动和行为的学科，主要研究液体在管道中的流动、流体的力学性质以及与流体运动相关的现象。
下面将介绍水力学的一些重要知识点。
1.流体的性质：-流体的密度：单位体积流体的质量，通常用ρ表示。
-流体的粘度：流体阻止流动的性质，通常用μ表示。
-流体的压力：单位面积上流体对物体施加的作用力，通常用P表示。
2.流体静力学：- 流体压力：与深度有关，可以通过P = ρgh计算，其中ρ为液体密度，g为重力加速度，h为液体的高度。
-流体静力学定律：流体静力学定律包括帕斯卡定律、阿基米德原理和斯托克斯定律。
3.流体动力学：-流体的运动：流体可以分为层流和湍流。
层流是指流体的分子按照规则的、平行的和层层叠加的方式运动。
湍流是指流体的分子按照混乱无序的方式运动。
-流速：指流体在单位时间内通过其中一截面的体积，通常用v表示。
-流量：指流体在单位时间内通过其中一截面的质量，通常用Q表示，流量Q=Av，其中A为截面积。
-连续性方程：流体质量守恒定律，即当流体连续流动时，进出流体质量需要保持一致，表达式为A1v1=A2v2，其中A为截面积，v为流速。
- 能量守恒方程：描述了流体的能量转化和损失，表达式为P1 +0.5ρv1^2 + ρgh1 = P2 + 0.5ρv2^2 + ρgh2，其中P为压力，ρ为密度，v为流速，h为高度。
-流体动力学定律：主要包括伯努利定律、托利少定律和勒让德定律。
伯努利定律描述了流体在不同压力下的流动，托利少定律描述了流体在曲线壁面上的流动，勒让德定律描述了固体颗粒在流体中的运动。
4.管道流动：-管道流动类型：包括层流和湍流两种。
-管道流动速度分布：在层流中，流速沿半径方向呈线性分布；在湍流中，流速分布更复杂，通常是非线性的。
-管道流量与压力损失：管道流量与压力损失之间存在一定的关系，通常可以通过流体动力学定律来计算。
-管道流动的实际应用：管道流动广泛应用于供水、排水、油气输送管道等领域，对于基础设施建设和工程设计具有重要意义。
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水力学第一章绪 论一液体的主要物理性质1．惯性与重力特性：掌握水的密度ρ和容重γ；2．粘滞性：液体的粘滞性是液体在流动中产生能量损失的根本原因;描述液体内部的粘滞力规律的是牛顿内摩擦定律 :注意牛顿内摩擦定律适用范围：1牛顿流体, 2层流运动 3．可压缩性：在研究水击时需要考虑;4．表面张力特性：进行模型试验时需要考虑;下面我们介绍水力学的两个基本假设： 二连续介质和理想液体假设1．连续介质：液体是由液体质点组成的连续体,可以用连续函数描述液体运动的物理量; 2．理想液体：忽略粘滞性的液体; 三作用在液体上的两类作用力第二章 水静力学水静力学包括静水压强和静水总压力两部分内容;通过静水压强和静水总压力的计算,我们可以求作用在建筑物上的静水荷载; 一静水压强：主要掌握静水压强特性,等压面,水头的概念,以及静水压强的计算和不同表示方法; 1．静水压强的两个特性：1静水压强的方向垂直且指向受压面2静水压强的大小仅与该点坐标有关,与受压面方向无关,2.等压面与连通器原理：在只受重力作用,连通的同种液体内, 等压面是水平面; 它是静水压强计算和测量的依据3．重力作用下静水压强基本公式水静力学基本公式p=p 0+γh 或 其中 ： z —位置水头,p/γ—压强水头z+p/γ—测压管水头请注意,“水头”表示单位重量液体含有的能量;4．压强的三种表示方法：绝对压强p ′,相对压强p, 真空度p v , ↑ 它们之间的关系为：p= p ′-p a p v =│p │当p ＜0时p v 存在↑相对压强:p=γh,可以是正值,也可以是负值;要求掌握绝对压强、相对压强和真空度三者的概念和它们之间的转换关系;1pa 工程大气压=98000N/m 2=98KN/m2下面我们讨论静水总压力的计算;计算静水总压力包括求力的大小、方向和作用点,受压面可以分为平面和曲面两类;根据平面的形状：对规则的矩形平面可采用图解法,任意形状的平面都可以用解析法进行计算; 一静水总压力的计算 1平面壁静水总压力c p z =+γdy du μτ=1图解法：大小：P=Ωb, Ω--静水压强分布图面积方向：垂直并指向受压平面作用线：过压强分布图的形心,作用点位于对称轴上;静水压强分布图是根据静水压强与水深成正比关系绘制的,只要用比例线段分别画出平面上俩点的静水压强,把它们端点联系起来,就是静水压强分布图; 2解析法：大小：P=p c A, p c —形心处压强方向：垂直并指向受压平面作用点D ：通常作用点位于对称轴上,在平面的几何中心之下;求作用在曲面上的静水总压力P,是分别求它们的水平分力P x 和铅垂分力P z ,然后再合成总压力P; 3曲面壁静水总压力1水平分力：P x =p c A x =γh c A x水平分力就是曲面在铅垂面上投影平面的静水总压力,它等于该投影平面形心点的压强乘以投影面面积;要求能够绘制水平分力P x 的压强分布图,即曲面在铅垂面上投影平面的静水压强分布图;2〕铅垂分力：P z =γV ,V---压力体体积;在求铅垂分力P z 时,要绘制压力体剖面图;压力体是由自由液面或其延长面,受压曲面以及过曲面边缘的铅垂平面这三部分围成的体积;当压力体与受压面在曲面的同侧,那么铅垂分力的方向向下；当压力体与受压面在曲面的两侧,则铅垂分力的方向向上; 3〕合力方向：α=arctg第三章 液体运动基本概念和基本方程这一章主要掌握液体运动的基本概念和基本方程,并且应用这些基本方程解决实际工程问题;下面我们首先介绍有关液体运动的基本概念： 一液体运动的基本概念1.流线的特点:反映液体运动趋势的图线 ; 流线的性质:流线不能相交；流线不能转折; 2 .流动的分类非恒定流 均匀流:过水断面上 恒定流 非均匀流 渐变流急变流在均匀流和渐变流过水断面上,压强分布满足： 另外断面平均流速和流量的概念要搞清; 二液体运动基本方程1. 恒定总流连续方程v 1A 1= v 2A 2 ,Q=vA 利用连续方程,已知流量可以求断面平均流速,或者通过两断面间的几何关系求断面平均流速;2. 恒定总流能量方程xz P P 2112A Av v =液流cpz =+γJ= —水力坡度 ,表示单位长度流程上的水头损失;能量方程是应用最广泛的方程,能量方程中的最后一项h w 是单位重量液体从1断面流到2断面的平均水头损失,在第四章专门讨论它的变化规律和计算方法,1能量方程应用条件：恒定流,只有重力作用,不可压缩 渐变流断面,无流量和能量的出入2能量方程应用注意事项:三选：选择统一基准面便于计算 选典型点计算测压管水头 : 选计算断面使未知量尽可能少 压强计算采用统一标准3能量方程的应用：它经常与连续方程联解求 ：断面平均流速,管道压强,作用水头等; 文丘里流量计是利用能量方程确定管道流量的仪器; 毕托管则是利用能量方程确定明渠水槽流速的仪器;当我们需要求解水流与固体边界之间的作用力时,必须要用到动量方程;3.恒定总流动量方程∑F x =ρQ β2 v 2x -β1 v 1x投影形式 ∑F y =ρQ β2 v 2y -β1 v 1y ∑F z =ρQ β2 v 2z -β1 v 1zβ—动量修正系数,一般取β=式中：∑F x 、∑F y 、∑F z 是作用在控制体上所有外力沿各坐标轴分量的合力,V 1i ,V 2i 是进口和出口断面上平均流速在各坐标轴上投影的分量;动量方程的应用条件与能量方程相似,恒定流和计算断面应位于渐变流段;应用动量方程特别要注意下面几个问题： 2动量方程应用注意事项：a)动量方程是矢量方程,要建立坐标系;所建坐标系应使投影分量越多等于0为好,这样可以简化计算过程;b 流速和力矢量的投影带正负号;当投影分量与坐标方向一致为正,反之为负c 流出动量减去流入动量;d 正确分析作用在水体上的力,一般有重力、压力和边界作用力作用在水体上的力通常有重力、压力和边界作用力 e 未知力的方向可以任意假设;计算结果为正表示假设正确,否则假设方向与实际相反 通常动量方程需要与能量方程和连续方程联合求解; 下面我们举例说明液体动量方程的应用： 3用动量方程求水流对弧形闸门的作用力wh g v p z g v p z +++=++222222221111αγαγ()υβυβρ 122-=∑Q F γpz +取包括闸门段水体进行示力分析,建立图示坐标,因水体仅在X 方向有当动量变化,故设闸门对水体的反作用力为水平力R x ,方向如图所示,作用在水体上的重力沿x 方向为零 x 方向的动量方程：P 1- P 2- R x =ρQ v 2-v 1 ∴ R x = P 1 - P 2 -ρQ v 2-v 1对于所取的两渐变流断面：P 1=1/2γH 2B ； P 2=1/2γh c 2B 水流对弧形闸门的作用力F 与R x 大小相等,方向相反,作用在水体上 下面我们简单介绍液体运动三元流分析的基础; 三三元流分析的基础不做考试要求 液体微团运动的基本形式： 平移、线变形、角变形、旋转 2. 有旋流动与无旋流动的区别;当ωx =ωy =ωz =0,为无旋流动或称有势流动; 3.平面势流的特点满足无旋条件： =0—存在势函数φ 满足连续方程： 0第四章 流态与水头损失在讨论恒定总流能量方程时我们曾经介绍过,水头损失h w 是非常复杂的一项内容,我们将就讨论水头损失以及与水头损失有关的液体的流态;一水头损失的计算方法1. 总水头损失： h w = ∑h f + ∑h j（1）沿程水头损失：达西公式圆管 λ—沿程水头损失系数R —水力半径 圆管 （2）局部水头损失ζ—局部水头损失系数从沿程水头损失的达西公式可以知道,要计算沿程水头损失,关键在于确定沿程水头损失系数λ;而λ值的确定与水流的流态和边界的粗糙程度密切相关; 下面我们就首先讨论液体的流态; 二液体的两种流态和判别1液体的两种流态：雷诺实验层流 —液体质点互相不混掺的层状流动;)(21yx u x y u z ∂∂-∂∂=ω=∂∂yy u+∂∂xx u gR l h f 242υλ=χA R =gd l h f 22υλ=4d R =h f ∝紊流 —存在涡体质点互相混掺的流动;h f ∝当流速比较小的时候,各流层的液体质点互相不混掺,定义为层流;当流速比较大的时候,各流层内存在涡体,并且流层间的质点互相混掺,定义为紊流;那么液体的流态怎样进行判别呢2.流态的判别：雷诺数Re,明槽： Re k =500 圆管： ,Re k =2000流态的判别的概化条件：Re ＜Re k 层流 ；Re ＞Re k 紊流判别水流流态的雷诺数是重要的无量纲数,它的物理意义表示惯性力与粘滞力的比值; 3. 圆管层流流动1断面流速分布特点 ：抛物型分布,不均匀： 2 沿程阻力系数：层流流动的沿程水头损失系数λ只是雷诺数的函数,而且与雷诺数成反比; 那么紊流中λ是怎么计算的呢 首先要了解一下紊流的特性;4. 紊流运动特性1紊流的特征—液层间质点混掺,运动要素的脉动2紊流内部存在附加切应力： 3紊流边界有三种状态：紊流中：当Re 较小 ＜ 水力光滑 当Re 较大 ＞6 水力粗糙；当R e 介于两者之间 过渡区4紊流流速分布 紊流流速分布比层流流速分布更加均匀对数流速分布指数流速分数 当 Re ＜105n=1/7通过尼古拉兹实验研究发现紊流三个流区内的沿程水力摩擦系数的变化规律;5. λ的变化规律 尼古拉兹实验 人工粗糙管层流区： λ=f 1Re=v R e R υ=v d υ=Re vu 2max =Re64=λReAc y u u x +=*ln κn m x r y u u ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=0vR 4⋅=υ603.0≤∆≤δδ∆光滑区：λ= f 2 Re紊流区： 过渡区：λ=粗糙区：λ= 紊流粗糙区也称为紊流阻力平方区,沿程水力摩擦系数λ与雷诺数无关,所以沿程水头损失与流速成正比;与雷诺实验结果一致;在实际水利工程中常用舍齐公式和曼宁公式计算流速或沿程水头损失,需要掌握; 6. 舍齐公式与曼宁公式舍齐公式： 曼宁公式： 适用：紊流阻力平方区 通常水头损失计算常用： 第五章 有压管流一有压管道恒定流1． 小孔口恒定出流：自由出流淹没出流μ—流量系数,μ=～ z —上下游水位差;1. 管嘴恒定出流 流量公式：—管嘴流量系数 = 工作条件：l =3～4d 管嘴与孔口相比,收缩断面C —C 处存在负压,所以同样条件下,管嘴的流量系数大,表明其过流能力大;二简单管道水力计算（1）短管和长管（2）管流的计算任务：a 求过流能力Qb 确定作用水头Hc 测压管水头线和总水头线的绘制;3 短管水力计算自由出流流量公式： 流量系数： b 淹没出流公式：4长管水力计算:特点： 忽略不计 )(Re,03r f ∆)(04r f ∆RJ C V=6/11R n C =gH A Q 2μ=z g A Q 2μ=gH A Q 2μ'=μ'μ'02gH A Q c μ=∑++=ζλμdlc 11gZA Q c 2μ=∑+=ζλμdlc 128Cg =λ∑+jhgv 22a LT 2=基本公式：— 流量模数5水头线绘制注意事项：1局部水头损失集中在一个断面 2管中流速不变,总水头线平行于测压管水头线（3） 总水头线总是下降,而测压管水头线可升可降 （4） 当测压管水头线在管轴线位置水头线以下,表示该处存在负压 （5） 注意出口的流速水头自由出流或局部损失淹没出流;下面我们举例说明简单管道的水力计算方法; 例1：倒虹吸管,已知Q =s,管径 d=,n=,l =70m,上下游的流速水头忽略不计,ζ进口=,ζ弯=,ζ出口=;求：上下游水位差z; 解：∴三管道非恒定流—水击 1． 水击现象： 画图水击定义：当阀门突然启闭,流速急剧改变引起水流压强大幅度升降,向上游或下游传播,并在边界上反射的现象;水击压强以压力波的形式向上游或下游传播2水击的波速和相长水击波速相长____相长是水击波传播一个来回的时间,L 是管长gd l h H f 22υλ==l KQ H 22=R Ac K =)/(11435s m DE K a δ+=aL T 42=gZ A Q c 2μ=d lc λζζζμ+++=出口弯进口213120244.08dC g==λ6161)4(014.011d R n C ==2222A g Q Z c μ=∑+=ζλμdlc 1周期____3水击分类：1直接水击 T s ≤T从边界反射减压波尚未回到阀门处,阀门已关闭,水击压强达到最大值 2间接水击T s ＞T 与上反之 4直接水击压强计算：因此在水利工程中的水轮机、泵站的压力管道设计中,必须十分重视水击的影响,防止发生水击破坏;延长闸门的关闭时间和缩短压力管道的长度,使管道内产生间接水击是降低水击压强的有效措施;第六章 明槽水流运动明渠水流主要讨论四部分内容：1. 明渠均匀流水力计算；2. 明渠水流流态的判别；3.水跃及水跃共轭水深计算；4. 明渠非均匀流水面曲线分析和计算; 一明槽均匀流1. 均匀流特征： 1水深,底坡沿程不变 过水断面形状尺寸不变2断面平均流速沿程不变3三线平行J = J z = i 总水头线、水面线、渠底2. 均匀流形成条件： 恒定流,长直棱柱体渠道,正坡渠道,糙率沿程不变3.明槽均匀流公式： Q = V A ∴ —流量模数4. 明槽均匀流水力计算类型：（1）求流量Q（2）求渠道糙率n （3）求渠道底坡：（4）设计渠道断面尺寸 求正常水深h 0、底宽b对于以上问题都可以直接根据明渠均匀流公式进行计算; 二明槽水流的流态和判别1. 明槽水流三种流态： 缓流 急流 临界流在这里我们要注意把明槽水流的三种流态与前面讨论过的层流、紊流区分开来;缓流、急流、临界流是对有自由表面的明槽水流的分类；层流、紊流的分类是对所有水流包括管流和明槽水流都适用；2. 明槽水流流态的判别：判别指标 V w Fr h k , i k 均匀流 缓流 V < V wFr ＜1h>h k i ＜ i k 急流V > V wFr ＞1h<h ki > i k)(0V V a p -=∆ρ)(0V V gaH -=∆6/11R nC =i K Ri AC Q ==R AC K =3. 佛汝德数Fr ：佛汝德数Fr 是水力学中重要的无量纲数,它表示惯性力与重力的对比关系,与雷诺数一样也是模型实验中的重要的相似准数,雷诺数表示惯性力与粘滞力的对比关系;3断面比能E s ：＞0 缓流 ＜0 急流 =0 临界流断面比能E s 是以过明渠断面最低点的水平面为基准的单位重量水体具有的总机械能;需要注意,;不同断面的断面比能,它的基准面是不同的,所以断面比能沿流程可以减少,也可以增加或不变,均匀流各断面的断面比能就是常数; 4临界流方程： 一般断面临界水深h k ： 矩形断面注意： 临界水深是流量给定时,相应于断面比能最小值时的水深; 5临界底坡i k ：均匀临界流时的底坡; i = i k ,须要强调,缓坡上如果出现非均匀流,那么缓流、急流都可以发生;对于陡坡也同样如此; 下面举例说明流态的判别：三水跃和跌水1. 跌水：由缓流向急流过渡;水深从大于临界水深h k 变为小于临界水深,常发生在跌坎和缓坡向陡坡过渡的地方;2．水跃：由急流向缓流过渡产生的水力突变现象;水平矩形断面明渠水跃： 1水跃方程： Jh 1=Jh 22共轭水深公式： 和3水跃长度 l j = h 2 - h 1四明槽恒定非均匀流特征22222gAQ h g h s E ααν+=+=21Fr dhsdE -=k B k A gQ 32=α32322g qgb Q k h αα==]181[22211-+=Fr hh ]181[21222-+=Fr hh 重力惯性力==hg V Fr（1）h 沿流程改变 （2）v 沿流程改变 ；（3）水面线不平行于渠底, J z ≠i 水面线不再是平行于渠底的一条直线;五棱柱体明槽恒定非均匀流水面曲线分析1． 基本方程：dh/ds 表示沿流程水深的变化规律 2.水面曲线分类：壅水曲线 水深沿流程增加 降水曲线水深沿流程减小2． 底坡分类： i ＜i k 缓坡i ＞0 正坡 i =i k 临界坡i ＜i k 陡坡i =0 平坡 i ＜0 逆坡3． 两条水深控制线1i ＞0,存在N-N 线正常水深h;控制线2各种底坡都存在k-k 线临界水深h k 控制线,沿程不变 3N-N 线与K-K 线划分12个流区;5.水面线变化规律2条水深线把5种底坡上的流动空间划分为12个流区,每个流区有一条水面曲线,共有12条不同类型的水面曲线,他们的变化规律总结如下：（1） 每个流区只出现一种水面线 （2） a 、c 为壅水曲线,b 为降水曲线（3） 接近K-K 线趋于正交；发生跌水或水跃接近N-N 线趋于渐近除a3、c3线 （4） 控制断面：急流在下游 ,缓流在上游 5正坡长渠道无干扰的远端趋于均匀流4． 水面线连接的规律（1） 缓流向急流过渡——产生跌水 （2） 急流向缓流过渡——产生水跃 （3） 缓流 缓流,只影响上游 （4） 急流 急流,只影响下游2221Fr K Q i ds dh --=0〉ds dh 0〈dsdh6.水面曲线分析实例:例1:缓坡连接缓坡,后接跌坎i 1＞i 2a 1线和N 2线后出现并且加粗图示缓坡接缓坡, i 1＞i 2上游来流为均匀流,下游也趋向于均匀流,从N 1线要与N 2线连接;根据水面线连接的原则,缓坡连接缓坡影响上游段,即上游形成a 1型壅水曲线;从另一角度分析若在下游坡从N1到N 2,则在b 1区发生壅水曲线,这是不可能的;此例也说明底坡改变将产生非均匀流;例2：陡坡连接缓坡：分析：水深从陡坡h 1＜h k 转入缓坡h 2,水面线必为壅水曲线;然而,无论在陡坡b 2和缓坡b 1区均不发生壅水,这就是从急流到缓流必定发生水跃,水跃的位置有三种情况,需根据共轭水深条件经计算确定; 下面我们介绍恒定非均匀流水面曲线的计算;六恒定非均匀流水面曲线计算1 基本方程分段求和法： 差分方程差分方程用平均水力坡度代替某点的水力坡度;2计算步骤1定性分析棱柱体渠道水面线确定壅水或降水,非棱柱体不用分析2确定控制断面水深 急流向下游,缓流向上游计算3设相邻断面水深,取△h=～把渠道分成若干断面第七章 泄水建筑物水流问题一堰流和闸孔出流图示堰流和闸孔出口,堰和闸通常是一体的;当闸门对水流不控制时,这就是堰流;当闸门从上面对水流控制,这就是闸孔出流;1． 堰闸出流的区别：堰流和闸流的判别：平顶堰： ≤闸孔出流＞堰流曲线堰： ≤闸孔出流 ＞堰流2.堰流:1 堰流基本公式: 根据能量方程可以导出m —流量系数与堰型、进口尺寸、堰高P,及水头H 有关ε1—侧收缩系数与堰型、边壁条件、淹没程度、水头H,孔宽、孔数有关 J i k Q i ds dE s -=-=22J i E E J i E s su sd s --=-∆=∆H eH eH e H e23012H g b m Q s σε=σs —淹没系数与水头H 和下游水深有关2三种堰型：薄壁堰：测流实用堰：WES 堰特点：H=H d ,m d = H 变化,相应m 也变化宽顶堰: m max =,淹没堰流的水流特性,淹没条件： ＞,σs ＜1 图 3计算任务：1确定过流能力Q ：2确定流量系数m:3确定眼堰顶水头H 0：3.闸孔出流：闸门形式可以分成平板闸门和弧形闸门,出图(1) 水流特征：收缩断面水深 e h c 2ε=(2) 基本公式 02gh b Q e s μσ=μ — 流量系数=F 闸门形式,闸底坎形式s σ—淹没系数,出现远离或临界水跃时,s σ=1;下面举例说明闸孔出流计算.例:矩形渠道中修建单孔平板闸门,b=3m,H=6m,e=,下游水深h t =,求:通过的流量;解：1不考虑淹没影响 =＜ 图缩小放此屏后侧∴闸孔出流 ∵宽顶堰上平板闸门由于下游水深h t =,是否淹没还需要判断2判断淹没情况:当查ε2= 收缩端面水深为 hc=ε2e= 求对应于h c 的共轭水深,以判别是否淹没 23012H g b m Q s σε=H e556.076.160.0=-=He μs m gh be Q /13.2723==μ25.0=He s m bcQ V c /693.9==2/3012H g b Q m S σε=3/210]2[mg b Q H S σε=0H hs∵h c2>h t ∴自由出流;淹没系数σs =1我们比较一下堰流和闸孔出流的过流能力.堰流：闸孔出流：在同样的条件下,水头H 的增加,堰流量要比闸孔通过的流量增加的快得多;所以在水利工程中经常利用堰及时排放汛期的洪水;二水流衔接水利工程中,从溢流坝、泄洪陡槽、闸孔、跌坎等水工建筑物下泄的水流具有流速高、动能大而且集中;因此我们必须要采取工程措施,消耗水流多余的能量,使下泄水流与下游河道能平顺地衔接;否则如果不采取工程措施,就会造成下游河床严重的冲刷,影响水工建筑物的正常运行;水流衔接形式 ：—淹没系数,它代表下游水深h t 与收缩断面水深的共轭水深的比值; 1当h t ＜：远驱水跃,σj <1; 从图中可知：远驱水跃在渠道中出现急流段,对河床冲刷能力强,不利于河床和建筑物的安全; 2当h t = ：临界水跃, ,σj =1,;临界水跃十分不稳定,水流条件微小的改变,会使临界水跃变为其它形式的水跃;3当 h t ＞ 淹没水跃 , σj ＞1三水流消能根据上面的分析,我们可以知道,远驱水跃存在急流段对下游最为不利；临界水跃不稳定,容易变为远驱水跃;对于淹没水跃,当淹没系数大于时,也不利于消能;因此通常需要采取修建消力池等工程措施,形成淹没系数为~的淹没水跃与下游水流衔接;1. 常用消能方式（1） 底流消能—水跃消能 利用从急流到缓流产生水跃的剧烈翻腾的旋滚,消耗水流多余的能量,适用于中低水头和地质条件差的情况,在渠道中闸和跌坎的下游广泛应用（2） 挑流消能 在泄水建筑物末端修建跳坎,把下泄水流挑射到远离建筑物的地方,水流在空中跌落扩散,落入河道与水流碰撞,产生强烈紊动混掺,消耗大量能量,多用于高水头和地质条件好的情况2. 底流消能 ：底流消能一般采用消力池形式;1消力池的类型:a) 降低护坦形成消力池m gh v h h c c c 789.3)181(222=-+=230H Q ∝210H Q ∝"c h "c h "c h "=c t j h h σ"=c t j h h σb) 护坦末端修建消力坎c) 综合式消力池2.降低护坦消力池设计1消力池深d 根据图示的几何关系,消力池深d 等于 a d=σj -△z-h t其中：消能池通常也可以用下式估算池深d ： d=σj -h t2消力池长度的计算 由于消力池末端池壁的作用,消力池中水跃长度比自由水跃L j 短L k =~L j3设计流量 池深设计流量 -h tmax Q 池长设计流量 Q max 保证水跃不发生在池外第八~九章 渗流和相似理论一渗流渗流运动是指水在有孔隙的土壤或岩石中的流动,如在土坝、井、闸坝的基础内均存在地下水的渗流运动由于自然界土壤组成的复杂性,地下水在土壤孔隙中的流动难以完全了解和表达,因此引入了渗流模型的概念;1 渗流模型1概念：忽略全部土壤颗粒的体积或存在,认为地下水的流动是连续地充满整个渗流空间;2渗流模型的条件：与实际渗流保持相同的边界条件、渗流流量和水头损失;需要注意的是：土壤中实际渗流的流速是大于在渗流模型中计算得到的渗流流速,在渗流中讨论的都是模型渗流流速;2．渗流基本定律1达西定律:断面平均流速：υ = kJ式中：J —渗透坡降；k —土壤的渗透系数,表示土壤渗透能力的大小;适用范围：恒定均匀层流渗流;3．恒定无压渐变渗流基本公式 —杜比公式"c h )181(232-+="c c c gh q h h ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡"-'=∆222)(1)(12c j t h h g q z σϕ''C j h d σ="c h ds dHk -=υJds dH=-式中：H —测压管水头,或称为水面高程, J —渗透坡降;对于渐变渗流,同一过水断面上的渗透坡降可以认为是常数,因此同一渗流断面上各点的流速为定值;（1） 无压均匀渗流地下河槽均匀渗流的断面平均流速和单宽渗流流量可以用下式计算：υ = k iq = kih 0在工程中经常打井取水或者用来降低施工区域地下水位4．井的渗流计算 图,动画（1） 井的分类无压井—在无压含水层有压井—井底深入到承压含水层完全井—井底落在不透水层上非完全井—井底未落在不透水层上2无压完全井 前图引过来出水量 式中：H —无压含水层水深,h 0—井中水深,R —影响半径,r 0—井的半径;浸润线方程： h 为距井中心r 处地下水深;我们举例来说明渗流计算的应用实际工程中的水流现象非常复杂,仅靠理论分析对工程中的水力学问题进行求解存在许多困难,模型试验和量纲分析是解决复杂水力学问题的有效途径;模型试验必须遵循一定的相似原理;（二） 相似原理1． 流动相似的特征几何相似运动相似动力相似2．相似理论在满足几何相似的前提下,动力相似是实现流动相似的必要条件,即要求在模型和原型中作用在液体上的各种力都成比例;一般性的牛顿普遍相似准则：Ne P =Ne M牛顿数 表示某种力与惯性力的比值 F 可以是任何种类的力,下标P 和M 分别表示原型和模型的物理量;这就是实现流动动力相似的牛顿相似准则;)/lg(36.10202r R h H k Q -=0202lg73.0r r k h h +=22υρL F Ne =在实际水利工程中作用在水流上的主要作用力是重力、惯性力和紊动阻力,粘滞阻力,通常难以全部满足相似要求;但是只要保证主要的作用力相似,也可以使模型试验的精度满足实际工程的需要;3． 重力相似准则佛汝德相似准则处于阻力平方区的明渠水流要求满足重力相似准则和紊动阻力相似的条件为F rP =F rM 式中：n P 、n M 分别是原型和模型的糙率,λn ,λL 分别是模型的糙率和长度比尺;满足重力相似准则条件下其它物理量的比尺关系：流速比尺： 流量比尺： 时间比尺： 作用力比尺： 61L Mn n n p λλ==5.0Lλνλ=5.2LQ λλ=5.0Lt λλ=3L F λλ=λρ。