水力学
水力学
1、水力学的研究方法：1、理论分析方法2、实验方法3、数值计算法2、所谓作用在液体上的力，即作用在隔离体上的外力。
按力的物理性质区分可有粘结力、重力、惯性力、弹性力和表面张力等，按力的作用特点区分可有质量力和表面力两类。
3、重力液体的等压面是与重力加速度g互相垂直的曲面。
4、压强的单位有三种表示方法：1、用单位面积上的力表示2、用液柱高度表示3、用工程大气压P a的倍数表示5、绝对压强：以绝对真空作起算零点的压强，以P abs表示6、相对压强：以工程大气压Pa做起算零点的压强，以Pr表示7、真空值：P abs<P a时，P a--P abs即大气压强与绝对压强的差值，称为真空值，以P v表示7、水静力学基本方程的几何意义，水力学意义：Z + p / r = CZ：计算点的位置高度，即计算点距计算基准面的高度；水力学中称为位置水头P / r：称为压强高度，即测压管中水面至计算点的高度；水力学中称为压强水头Z + p / r ：计算点处测压管中水面距计算基准面的高度。
当p=pr时（pr为相对压强），水力学中称为测管水头，当p=p abs时（p abs为绝对压强），水力学中称为静力水头Z + p / r = C：静止液体中各点位置高度与压强高度之和不变。
水力学意义为静止液体中各点测管水头或静力水头相等8、点压强的测量装置：1、测压管2、水银测压计3、低压测压计4、水银压差计5、金属压力表9、描述液体运动的两种方法：1、拉格朗日法2、欧拉法10、流线：同一时刻与流场中各点运动速度矢量相切的曲线11、流谱：一系列流线来描绘流场中的流动状况，由此构成的流线图称为流谱12、流管：在流场中取一封闭的几何曲线，在此曲线上各点作流线则可构成一管状流面13、流股：流管内的液流14、过水断面：垂直于流线簇所取的断面15、恒定流：运动要素不随时间变化的流动。
运动要素随时间变化的流动称为非恒定流。
16、均匀流：流线簇彼此呈平行直线的流动称为均匀流。
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。
水力学常用计算公式
水力学常用计算公式水力学是研究液体流动的力学学科，其中包含了一系列常用的计算公式。
以下是一些水力学常用计算公式的介绍：1.流速计算：流速是流体通过一个截面的体积流量与该截面的面积之比。
常用的流速计算公式有：-海明公式：V=K*R^2/3*S^1/2，其中V表示流速，K为常数，R为液体通过管道、河道等的湿周长度，S为这段的坡度。
-曼宁公式：V=K*R^(2/3)*S^(1/2)，其中V表示流速，K为摩擦系数，R为水流断面湿周和湿径的比值，S为水流的坡度。
2.流量计算：流量指的是单位时间内流经其中一截面的液体体积，常用的流量计算公式有：-面积乘以流速：Q=A*V，其中Q表示流量，A为液体流动截面的面积，V为流速。
-引伯定理：Q=Cd*A*dH^1/2，其中Q表示流量，Cd为管道或孔洞的流量系数，A为流动截面的面积，dH为压力差。
3.湿周计算：湿周是液体通过管道、河道等截面时湿润的周边长度，常用的湿周计算公式有：-圆形截面的湿周：P=π*D，其中P表示湿周，π为圆周率，D为圆的直径。
-矩形截面的湿周：P=2*(L+H)，其中P表示湿周，L为矩形的长，H 为矩形的高。
-圆形管道的湿周：P=π*D，其中P表示湿周，π为圆周率，D为管道的直径。
4.重力控制流量计算：重力控制流量是指由重力作用下，液体流经管道、河道等截面时的流量。
-拉金方程：v=C*(2g*H)^1/2，其中v表示流速，C为拉金系数，g为重力加速度，H为压力头。
5.水头计算：水头是流体流动过程中的压力能。
常用的水头计算公式有：-静水头：H=h+P/ρg+V^2/2g，其中H表示总水头，h为液面高度，P 为压力，ρ为液体密度，g为重力加速度，V为速度。
-压力头：P/ρg，其中P为压力，ρ为液体密度，g为重力加速度。
-速度头：V^2/2g，其中V为速度，g为重力加速度。
以上只是水力学中一些常用的计算公式，还有很多其他的公式在不同的具体问题中也会使用到。
生活中的水力学原理
生活中的水力学原理
生活中常见的水力学原理包括：
1. 流体静力学：涉及静止液体的压力和密度分布。
例如，一个水桶中的水在底部会受到更高的压力，因为上面的水柱会给予更大的压力。
2. 流体动力学：涉及流体的运动和速度分布。
例如，当你打开水龙头时，水从水管中流出，并具有特定的速度和压力。
3. 流体的连续性方程：涉及流体在管道或河流中的流动。
根据该原理，狭窄的管道中的流体速度会增加，而宽阔的管道中的流体速度会减小。
4. 波动理论：涉及波浪的传播和干涉现象。
例如，当你扔一块石头进入水中时，会产生水波，并通过波幅和频率来描述。
5. 流体阻力：涉及流体运动时产生的阻力。
例如，当你在游泳时，水对你的身体施加阻力，需要你用力划动才能前进。
这些水力学原理在我们日常生活中起着重要作用，涉及到我们使用水的各个方面，包括自来水供应、建筑工程、水流测量、渠道工程等。
水力学教学大纲
水力学教学大纲
一、课程概述
水力学是土木工程中的一门重要学科，主要研究水的运动规律
及其对各种工程结构和自然环境的影响。
本课程旨在通过系统地介
绍水力学的基本理论、计算方法和实践应用，培养学生在工程实践
中运用水力学理论进行分析和设计的能力。
二、教学目标
1. 理解水的运动规律及其在工程中的应用。
2. 熟悉水力学基本概念和影响水流的因素。
3. 能够应用水力学理论解决工程实际问题。
4. 培养学生分析和解决水力学问题的能力。
三、教学内容
1. 水力学基础知识
- 水流基本性质：流速、流量、压力等概念及其测量方法。
- 流动方程：连续性方程、动量方程和能量方程的推导和应用。
- 流动状态：定常流动和非定常流动的概念和分析方法。
2. 水力学实验室
- 水流测量实验：流量计测量、流速测量和压力测量实验。
- 进水和排水实验：水泵、水坝和排水管道等实验。
- 水力力学实验：水力学模型的设计、搭建和测试。
3. 水理计算方法
- 水流管道计算：水流压力和流量的计算方法。
- 水流阻力计算：临界流速、流态转变和水流阻力公式的应用。
- 水尺控制计算：水流调节和水位控制的计算方法。
4. 应用案例分析
- 水力工程案例：水电站、水坝和水渠工程的水力学问题分析。
- 自然界水力学现象：洪水、地下水流和波浪等自然界中的水
力学问题。
- 环境水力学：水资源利用和环境保护中的水力学应用。
四、教学方法。
水力学主要知识点课件
水洞实验的主要设备包括水洞、水泵、压力计、速度测量仪等。
实验步骤
首先，开启水泵，使水流通过水洞并测量相关参数；然后，根据 测量结果计算水流的动力学特性和水力性能。
压力管实验基础
实验原理
压力管实验是通过测量压力管中的压力、流量等参数，研究水流 的压力变化和能量损失。
实验设备
压力管实验的主要设备包括压力管、水泵、流量计、压力计等。
实验设备
水槽实验的主要设备包括水槽、水泵、流量计、压力计、速度测量 仪等。
实验步骤
首先，将水槽中的水抽至一定高度，然后开启水泵，使水流通过实验 设备并测量相关参数；最后，根据测量结果计算水力学参数。
水洞实验基础
实验原理
水洞实验是通过测量水洞中的水流状态、压力等参数，研究水流 的动力学特性和水力性能。
现代水力学
20世纪中叶至今，水力学 研究领域不断扩大，涉及 水资源的开发、利用、保 护和管理等方面。
水力学的研究对象和任务
研究对象
水流的运动规律、水与边界的相 互作用以及水对物体的作用力等。
研究任务
为水利工程、土木工程、环境工 程等领域的实际应用提供理论支 持和设计依据。
水力学的应用领域
土木工程
实验步骤
首先，开启水泵，使水流通过压力管并测量相关参数；然后，根据 测量结果计算水流的压力变化和能量损失。
THANKS。
桥梁、隧道、港口、机场等工 程设施的水力学问题分析和设 计。
自然地理
研究地球上水的循环、河流、 湖泊和海洋的动力学特征。
水利工程
水库、水电站、堤防等水利设 施的设计、建设和运行管理。
环境工程
水污染控制、水资源保护、城 市排水和洪水控制等环境水力 学问题。
水力学重点
复习总结（标红或划线的需记住）0 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=V Mgγ=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 3ρ水银=13.6×103 kg /m 3（1atm20℃） 1N=1kg m/s 2容重γ的概念一般新教材中多已不引用，但工程中仍采用，本教案中仍采用，3、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、压缩性、热涨性、表面张力性质的液体称为理想液体。
τ=ηdydu 或T=ηAdyduη动粘 [ML -1T -1] Pa.s (帕.秒) 1 Pa=1N/m 2 1N=1kg ²m/s 2ν运粘 [L 2T -1] m 2/sν=η/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、科学试验、数值模拟4、 水力学应用（水利工程）：1）确定水力荷载2）确定水工建筑物过水能力（管、渠、闸、堰 ） 3）分析水流流动形态4）确定水流能量消耗和利用 5）水工建筑物水力设计1 水静力学一、概念1、静水压强：p =AP A ∆∆→∆0lim=dAdP2、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。
水 力 学 绪论
模型试验
当实际水流运动复杂，而理论分析困 难，无法解决实际工程的水力学问题时采 用。
指在实验室内，以水力相似理论为指 导，把实际工程缩小为模型，在模型上预 演相应的水流运动，得出模型水流的规律 性，再把模型试验成果按照相似关系换算 为原型的成果以满足工程设计的需要。
系统试验
在实验室内，小规模的造成某种水 流运动，用已进行系统的实验观测，从 中找到规律。
水
力
学
的
主
要
任 务
3.分析水流流动的形态。譬如修建一栏 河坝形成水库，需要计算上游河道中水
面的壅水长度，从而计算淹没范围，这
些都需要掌握水流的运动规律。
4.水能利用和消能问题。
水 力
供水系统中
学 的水箱、水塔
的 主 要
都建的很高， 根据能量方程
任 将位能或压能
务 转化为动能。
当水流从泄水孔泄到下游时，由于具
液体中的一切物理量都可以视为空 间坐标和时间的连续函数，因此可采用 连续函数的分析方法。
长期的生产和科学实验证明：利 用连续介质假定所得出的有关液体运 动规律的基本理论与客观实际是十分 符合的。
§0.3 液体的主要物理性质
➢ 惯性、质量与密度 ➢ 万有引力特性、重力与容重 ➢ 粘滞性 ➢ 压缩性 ➢ 表面张力
du dy
称为流速梯度，
是单位面积上的内摩擦力（切应力）。
作层流运动的液体，相互邻近层间单位面积
上所作用的内摩擦力（或粘滞力），与流速梯 度成正比，同时与液体的性质有关。
d tan( d ) dudt
dy
du d
dy dt
d
dt
液体的粘滞切应力与剪切变形速度成正比。
粘度
水力学ppt课件
在流体中注入染色剂，形成的染色 质点在流动过程中描绘出的曲线。 染色线可以直观地显示流动状况。
一维流动和二维流动特点分析
一维流动
流动参数仅沿一个坐标方向变化，其 他两个坐标方向上的变化可忽略不计 。一维流动具有简单的流动特性和明 确的数学描述。
二维流动
流动参数沿两个坐标方向变化，另一 个坐标方向上的变化可忽略不计。二 维流动比一维流动复杂，但仍可采用 适当的数学方法进行描述和分析。
经验总结
结合实例分析，总结泄水建筑物设计的经验和教训，提出改进和优化 建议。
谢谢聆听
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目录
• 水力学基本概念与原理 • 流体静力学分析 • 流体动力学基础知识 • 管内流动与损失计算 • 明渠恒定均匀流与非均匀流分析 • 堰流、闸孔出流和泄水建筑物设计
原理
01 水力学基本概念与原理
水力学定义及研究对象
水力学的定义
研究液体在静止和运动状态下的 力学规律及其应用的科学。
非均匀流现象描述
在明渠中，若水流运动要素沿程发生变化，则称为非均匀流。非均匀流可表现为水面波动、流速分布不均等现象 。
分类方法
根据非均匀流产生的原因和表现形式，可将其分为渐变流和急变流两类。渐变流是指水流要素沿程逐渐变化，而 急变流则是指水流要素在较短时间内发生显著变化。
明渠恒定非均匀流水面曲线变化规律探讨
03
特性比较
恒定流具有稳定的流动特性，便于分析和计算；非恒定 流的流动特性复杂多变，需要采用动态分析方法。
流线、迹线和染色线概念辨析
流线
在某一瞬时，流场中每一点都与 速度矢量相切的曲线。流线反映 了该瞬时流场中速度的分布状况
。
迹线
某一质点在流动过程中不同时刻所 在位置的连线。迹线反映了该质点 在流动过程中的运动轨迹。
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。
水力学课件
3.<<水力学解题指导及习题集>> (第二版) 大连工 学院高等教育出版社。
第一章 绪论
§1-2 液体的连续介质模型
一、概念的建立
流体由不连续分布的大量分子组成 10-6 mm3 空气中含有大约2.71010个分子； 10-6 mm3 水中含有大约3.31013个分子。 1、概念：液体是没有空隙的，液体质点完全充满所占的空间。 “连续介质”概念的建立，使液体中的一切物理量（压强、 速度、密度等）都可视为空间坐标和时间的连续函数〔如： p=f（x，y，z，t）〕。这样就可以利用连续函数的数学分 析方法来解决液体平衡和运动的问题。
1 p 1 p dx)dydz X dxdydz 0 (p dx)dydz ( p 2 x 2 x
整理得：
同理，在x,y方向上可得：
1 p X 0 x
第二章 水静力学
1 p 0 X x 1 p 0 Y y 1 p 0 Z z
第一章 绪论
§1-5 作用在流体上的力
按物理性质分：重力、摩擦力、惯性力、弹性力、
表面张力 按隔离体的角度分：表面力和质量力 1、表面力： 作用在隔离体表面上的力， 是接触性力。 表面力可分为： 法向力P与作用面正交的应力 切应力τ与作用面平行的应力
第一章 绪论 2、质量力： 质量力是指作用在隔离体内每个液体微团上的力， 其大小与液体的质量成正比，也称为体积力， 是非接触性的力。 如：重力、惯性力。 质量力常用单位质量力来度量。
压力改变对μν的影响不大
（液体）
水力学
第一章 水静力学
1.1 静水压强及其特性
静止液体作用在每单位受压面积上的压力称为静水压 ），也称为帕斯卡 Pa）。 也称为帕斯卡（ ）。某点的 强，单位为（N/ m2），也称为帕斯卡（Pa）。某点的 单位为（
水 力 学 讲 义
静水压强p可表示为： 静水压强p可表示为：
p = lim
∆A→ 0
∆P ∆A
h =
γ
水 力 学 讲 义
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
－－－－即用液柱的高度表示某点的压强， －－－－即用液柱的高度表示某点的压强，这是压强表 即用液柱的高度表示某点的压强 示的另一种方法，也是用测压管量测某点压强的依据。 示的另一种方法，也是用测压管量测某点压强的依据。 当液体中某点的绝对压强小于当地大气压强， 当液体中某点的绝对压强小于当地大气压强，该点的相 对压强为负值，则称该点存在真空。 对压强为负值，则称该点存在真空。负压的绝对值称为 真空压强hυ hυ， 真空压强hυ，即
第一章 水静力学
1.6 压强的测量和计算
测量液体的压强，可以用压力表、 测量液体的压强，可以用压力表、压力传感器等 量测仪器，也可用水静力学原理设计的测压管、 量测仪器，也可用水静力学原理设计的测压管、比压 型水银测压计等量测仪器和方法。 计、U型水银测压计等量测仪器和方法。
水 力 学 讲 义
例题分析如图：静水压强的量
hυ =
pυ
γ
=−
p
γ
=
pa − p'
γ
第一章 水静力学
请注意： 请注意：
绝对压强永远是正值， 绝对压强永远是正值，相对压强可正也可 真空压强（真空度）不能为负值。 负，真空压强（真空度）不能为负值。 水 力 学 讲 义
水力学
常常忽略流速水头的影响，则总水头线与测压管 水头线重合。 （3）在等直径均匀流条件下，流速沿程不变，测 压管水头线与总水头线相互平行。 （4）如果系统中有水泵，发生机械能的输入，水 头线会突然的上升，总水头线的上升幅度就是 水泵的扬程。
4.恒定流连续性方程
根据质量守恒定律可以导出没有分叉的不 可压缩液体一维恒定总流任意两个过水断面的 连续性方程有下列形式。
1.5 水头和单位势能
重力作用下静水压强基本公式可表示为：
z----位置水头；单位位能。 p/γ ----压强水头；单位压能。 z+p/γ ----测压管水头；单位势能。 z+p/γ=C ----测压管水头等于常数；静止液体内各点的单
位势能相等。
因此，水静力学基本方程也可表述为：静止液体 中各点的测压管水头是常数。该方程反映了静止液体 中的能量分布规律。
上式说明：任意两个过水断面的平均流速与过水断 面的面积成反比。
对于有分叉的恒定总流，连续性方程可以表示为：
连续性方程是一个运动学方程，它没有涉及作用力 的关系，通常应用连续方程来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，它是水力学 中三个最基本的方程之一。
5.恒定流能量方程
5.1 恒定总流能量方程式 实际流体恒定总流的能量方程（对单位重流
式中： ——流体密度 g ——重力加速度 V ——浸没于流体中的物体体积
1.8 潜、浮物体平衡与稳定
潜体在倾斜后恢复其原来平衡位置的能力，称为潜 体的稳定性。按照重心C和浮心D在同一铅垂线上的相对 位置，有以下三种可能
1、重心C位于浮心D之下，潜体如有倾斜，重力G 与浮力F形成一个使潜体恢复原来平衡位置的转动力矩， 使潜体能恢复原位，这种情况的平衡为稳定平衡。
水力学整理版
水力学整理版第1章绪论1水力学的研究对象以水为代表的液体的均衡和机械运动的规律及其在工程中的应用领域。
包括：水静力学水动力学2液体流动的基本特征（自己整理）物质的三态（固体、液体、气体）3连续介质假定假设液体质点之间没空隙，液体质点已连续充满著所占到的空间，其物理性质和运动要素都就是已连续原产的。
水力学中认为液体是易流动、不可压缩、均匀等向的连续介质。
4国际单位制（si）和工程单位制1.量纲和单位量纲：表示物理量性质的属性。
如：长度[l]，时间[t]，质量[m]，力[f]分为基本量纲和诱导量纲两种单位：量度各种物理量数值大小的标准。
例如：长度需用mm,m,km等则表示。
αβγ任何一个物理量的量纲需用三个基本量纲的指数乘积去则表示：[x]=[ltm]5国际单位制和工程单位制的差别和换算关系差别：选好的基本量纲相同，从而诱导量纲相同国际单位制度（si）:基本量纲选[l]、[t]、[m]诱导量纲：如果长度、时间、质量的单位采用：m、s、kg,则：力的单位：kgm/s2工程单位制：基本量纲选[l]、[t]、[f]诱导量纲：如果长度、时间、力的单位采用：m、s、kgf,则：质量的单位：kgfs2/m6液体的主要物理性质1.惯性、质量和密度设液体质量为m,加速度为a，则惯性力为f=-ma液体单位体积内所具备的质量称作密度，用ρ则表示。
均质液体：ρ=m/v非均质液体：??lim?m?v?0?v2.万有引力、重量、土壤湿度物体之间相互具有的吸引力称为万有引力。
地球对物体的引力称为重力（或重量g）g=mg液体单位体积内所具有的重量称为容重，用γ表示。
均质液体：γ=g/v 非均质液体：??lim?g?v?0?v3.粘滞性和粘滞系数在运动状态时，液体质点之间或流层之间就存有相对运动，此时，液体质点之间或流层之间会抗拒相对运动而产生质点之间的内摩擦力，内摩擦力做功而消耗有效机械能。
液体的这种特性称为粘滞性。
表征液体粘滞性质的系数称为粘滞系数。
水力学和流体力学
水力学和流体力学水力学和流体力学是两个密不可分的学科，这两个学科研究的都是运动中的流体力学现象。
水力学中主要关注着液体运动以及与液体有关的各种现象，例如水体储存、供水、供电等等；而流体力学则是研究各种流体，无论是液体还是气体的流动现象，包括但不限于飞机飞行、汽车运动、建筑物建设等等。
水力学水力学是一门研究液体在静力学和动力学状态下的运动以及与此相关的诸多现象的学科。
其中，静力学主要研究液体平衡和液体的压力与快慢之间的关系；动力学则主要是研究液体的流动现象，根据欧拉方程式和伯努利方程式，并通过热力学、物理学等方面知识对液体动力学的运动进行分析。
对于液体投放、灌溉等方面的应用，以及发电、水利工程中的水文学等诸多领域，都是水力学的重要应用之一。
例如，在水利工程学中，水力学起着至关重要的作用。
水电站工程设计，不论是大型水电站还是小型间歇式水电站，都要通过水力学来分析水力发电机的转动速度和发电功率，以及河流水平的高度和流量等等，以便在设计阶段构建出最优（或最合理）的方案。
此外，在水文学中，水力学的分析也是必不可少的，因为通过这一学科所获取的河流水深、河床变化等数据可以用来对洪水灾害进行预测和控制。
流体力学流体力学是研究任意流体（不仅仅是液体，还包括空气等）在不同状态下的运动、变形和变化的学科。
其研究领域覆盖广泛，可以涉及诸如飞机飞行、汽车运动、建筑物建设、油气输送和空气净化等许多领域，其中，两个基本量的关系，即粘度和纯度，是流体力学研究的主要内容。
在航空航天中，流体力学的应用是至关重要的。
飞机的翼型设计、气动支撑、发动机等均需要结合流体力学建立数学模型进行分析，以确保飞机在不同的气流状态下保持稳定性并且在最小的阻力下飞行。
汽车制造同样离不开流体力学。
在汽车行驶过程中，空气的阻力会影响汽车行进的速度和距离，并且这个阻力是与速度成正比的。
此外，在燃油的燃烧过程中，也会产生大量的流体力学现象。
汽车制造商必须了解这些现象，以便更好地设计拥有更小的阻力和更高燃油效率的汽车。
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
水力学三大假设：连续性介质、不可压缩性、理想液体（无粘性）假定作用在液体上的力：表面力、质量力牛顿内摩擦定律：静水压强：切去一部分静止液体，作用面面积为，作用力为△P，测当面积缩小到一点时，平均压强△P/△W的极限值定义为该点的静水压强特点：它的方向和作用面的内法线方向一致；任意一点上各个方向的静水压强的大小相等表示：绝对压强、相对压强、真空值等压面：液体中压强相等的各点所组成的面叫。
静力学基本方程：迹线与流线：描述液体运动方法：1、研究个别液体质点在不同时刻的运动情况2、描述同一时刻液体质点在不同空间点的运动情况运动水流方法：拉拉塑回法（质点）；欧拉法流线的特性：1、一条光滑的曲线2、在同一时刻流场中两条流线不会相交（否则质点在同一时刻有两个不同方向的速度）3、通过流场中不同一点在不同时刻所绘出的流线是不同的过水断面：与元流或总流的流线相互垂直的横断面流量：单位时间内通过某一过水断面的液体数量断面平均流速：它是一个假想的流速，假象过水断面上各个点的流速都相等于v，此时通过的流量与实际流速分布不均匀时通过的流量相等，侧流速v称为断面平均流速（非）均匀流：当流场中的所有流线(不是）是相互平行的直线是该流动称为(非)均匀流。
渐变流：当流场中的流线索然不是相互平行的直线，但几乎近似于平行的直线的流动称为渐变流。
若水流的流线之间夹角很大或流线弯曲较大——急变流水流阻力水头损失：原因：1、液体具有年粘滞性，由于液体的粘滞性以及固壁边界引起的过水断面上水流分布不均匀所导致的横向速度梯度，从而使水流存在摩擦阻力，而液体运动客服摩擦阻力所消耗一部分能量：2、固体边界的影响，由于液体粘滞性、边界条件变化以及其他原因使液流中产生漩涡，改变了水流内部结构这样水流中质点间产生相对云动，并进行势能和动能的转化，这个过程中有一部分机械能转化为热能照成机械能损失。
水头损失分类：沿程水头损失、局部水头损失明渠均匀流的水力学特性：1、过水断面个形状、尺寸及水深沿程不变，过水断面的速度的大小方向及分布不变，因此平均水流v/动能修正系数a/、动量修正系数b沿程不变2、由于流线为平行线所以过水断面上压强满足静水压强分布规律（测压管水头）3、总水头为平行于水面的直线：水深流程不变，水面线平行于底坡，所以水头坡度J/测压管水头先坡度Jp、渠底坡度i三个坡度相等。
水力学
一、绪论水力学是研究液体机械运动规律及其实际应用的一门科学。
水的基本特性：易流动性、不易压缩性、均匀等向性1、液体的连续介质模型概念；假设液体是一种充满其所占据空间毫无间隙的连续体。
2、熟记工程中水的密度及容重数值：密度：ρ=M／V 量纲[M／L³] 国际单位㎏／m³容重又称重度：γ=Mg／V=ρg 量纲[M／L²T²] 国际单位N／m³工程计算中，采用在一个标准大气压性爱，温度为4℃时的纯净水的密度来计算，ρ=1000㎏／m³，容重γ=9.80kN／m³3、理想液体的概念，液体的粘滞性及牛顿内摩擦定律理想液体：指没有粘性、不可压缩液体粘滞性：当液体处于运动状态下，若液体质点之间存在相对运动，则质点间要产生内摩擦力抵抗其相对运动，这种性质称为液体的粘滞性或简称粘性，此内摩擦力又称为粘滞力牛顿内摩擦定律：4、作用在液体上的力:表面力和质量力二、水静力学1、理解静水压强的定义及特性概念静水压强的两个重要特性：1、静水压强方向与作用面的内法线方向重合；（静水压强的作用方向只能是指向并垂直其受压面）2、静水液体中某一点静水压强的大小与作用面的方位无关，或者说作用与同一点各方向的静水压强的大小相等。
2、掌握水静力学的基本方程；重力作用下的水静力学基本方程p1／γ+z1=p2／γ+z2水精力基本方程的常用表达式p=p0+γh3、熟记一个工程大气压的各种表示方法及数值；4、掌握真空值、真空度、测压管高度、测压管水头等基本概念及其计算公式。
5、重点掌握作用在平面上的静水总压力的计算方法（含大小、方向、作用点）；作用在平面上静水总压力的方向是指向并垂直受压面，即受压面的内法线方向大小：P=pc A作用点：（静水总压力的作用点又称压力中心）yD=yC+Jc／yc A三、水动力学基础1、掌握液体的运动要素及研究流体运动的若干基本概念运动要素:流速、加速度、动水压强2、描述液体的运动的两种方法概念：拉格朗日法、欧拉法拉格朗日法着眼于液体各质点的运动情况，追踪每一质点，研究各质点的运动情况来获得整个液体运动的规律。
水力学总结
绪论1．连续介质假说: 即认为液体和气体充满一个空间时, 分子间没有间隙, 是一种连续介质, 其物理性质和运动要素都是连续分布的, 在此基础上, 一般还认为液体石均质的, 其物理性质具有均匀等向性。
2．在标准大气压下, t=4时水的密度最大=1000kg/mmm;t=0时, 冰的体积比水约大9%。
3．流动性：静止时, 液体不能承受切力、抵抗剪切变形的特性, 称为流动性。
4．粘滞性：在运动状态下, 液体所具有抵抗剪切变形的能力, 称为粘滞性。
是运动液体机械能损失的根源。
（牛顿平板实验）5．理想液体: 没有粘滞性的液体。
6．实际液体: 理想+修正。
7．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的力。
（常见有重力、惯性力）1．表面力: 作用于液体隔离体表面上的力。
2．思考题:3．什么是连续介质模型？为什么要提出此模型？第一章什么是单位质量力？为什么质量力常用单位质量力表示, 举例说明。
第二章液体内摩擦力有哪些特性？什么情况下需要考虑内摩擦力的影响？第三章静水力学1．静止: 相对静止和绝对静止, 相对静止下, 液体内部质点间没有相对运动, 其粘滞性不起作用。
2．静水压强特性: 垂直指向作用面；同一点出, 静水压强各向等值。
3．等压面：液体中压强相等各点所构成的曲面, 如自由表面。
在静止液体中, 质量力与等压面相互垂直。
4．基本方程:压强表示方法: 单位面积上的力；液柱高度；工程大气压的倍数。
基本方程的几何、水力学、能量意义:z——计算点的位置高度；位置水头；单位位能；——=h, 压强高度, 即测压管中水面至计算点的高度；压强水头；单位压能；z+pr——计算点处测压管中的水面距计算基准面的高度；测管水头；单位全势能；z+pr=C——静止液体中各点位置高度和压强高度之和不变；各点测压管水头或静止水头不变；各点单位全势能不变。
5．待测点压强较小时: 1, 提高读书精确度；2, 改用轻质液体；3, 倾斜放置测压管。
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五思考题
5—] 试定性分所收缩系数的大小对孔口、管嘴出流流速和流量的影响。
5—2 等径孔口和管嘴，在相同作用水头下、两者的出口流速和流量有什么关系?
5—3 相同作用水头下，孔口或管嘴的自由出流和淹没出流有什么异同？
5 4 为什么淹没出流时孔口没有大小孔之分?
5—5 短管和长管有何区别？
5—6 分析相同作用水头下，短管自由出流和淹没出流时管中流最关系和相应点的压强关系。
5—7 如图5—25所示的两根相同短管1．2，若上游水位恒定．下游水位分别为A．B，问在这三种情况下两管中的流量关系怎件？
5—8 则分析两根并联管道水力坡度相等的条件及流量相等的条件。
5—9 如图5—26所示，水箱水位恒定，正常工作时流量分别为Q1、Q2、Q3，若关小阀门K，试问Q 2，Q2，Q3将如何变化?
5—10 试问管网的控制点足否地势最高或离水源最远?
习题
5—1容器器壁上开有直径为20 mm的圆形孔口，在恒定作用水头H=0.8m作用下，测
得流量为0.772L/s ，试求孔口的流量系数。
5—2 如图5—27所示平底驳船．船舷高度h=1m 。
船自重
9.81KN ，船身水平截面积为82
m ,现船底高一破孔直径为100
Mm,孔口流量系数为0.60。
问多长时间后船将沉没(不计舱壁
厚度)
5—3 如图5-28所示，为使水均匀进入沉淀池，在池子进口设穿口强。
穿口强上开有边长为80mm 的方形孔14个，总流量为110/L S ，不计墙后及孔间相互影响，若流量系数为0.62，求穿孔墙前后的水位差。
5-4如图5-29所示，水库有三个水平底孔放水。
孔口直径d=0.2m ，三个孔上水深分别为2.2m 、2.4m 和2.6m ，流量系数为0.060。
试求总泄流量。
（不计底板厚度）
5-5 作用水头恒为2m ，直径20mm 的薄壁小孔口，流量系数为0.62；相同条件下在孔口处接一圆柱形外伸管嘴，管嘴直径为29mm ，流量系数为0.82，试求孔口流量H Q ，管嘴流量V Q 及自有出流时管嘴内的真空度v
P 。
5-6 某管嘴作用水头2.8m，管嘴直径0.5m，泄水流量为1.368H3m，试求该管嘴的流量系数。
5-7某管嘴作用水头6m，出流流量123/
m s，已知流量系数为0.98，求管嘴直径。
5-8 如图5-30 所示水箱，用薄隔板分成A、B两室，隔板上开一直径40mm的孔口；在B室底部设一圆柱形外管嘴，直径为30mm。
已知h=0.5m，H=3m，水流为恒定出流，管嘴流量系数为0.82，孔口流量系数为0.62.试求AB两室的水位差H
∆及水箱出流流量Q。
5-9 如图5-31 所示，水箱向水池供水。
已知管径d=100mm，管长L=80m，两个闸阀
全开ζ
阀=0.12，四个相同的0
90弯头，ζ
弯
=-0.48，水箱进口ζe=0.5，管道沿程阻力系
数0.03
λ=，水塔作用水头H=2.6m，水池有效容积103m。
求恒定供水时充满水池所需时间。
5-10 如图5-32所示，长1L =20m ，直径1d =100mm 的管道，将水自水库引至水池。
再用长2L =100m ，直径2d =50mm 的管道使水自水池自有出流。
已知H=10m,闸门局部阻力系数ζ阀=3，两进口ζ进=0.5，进入水池的管道局部阻力系数ζ=1.0，两根管道沿程阻力系数均为0.03.试求恒定流时流量Q 及水池与水库的水位差H。