第二章水力学基本知识2014

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水力学第二章

f f xi f y j f zk ds dxi dyj dzk
结论：均质流体如果保持平衡其所受的质量力必定为有势力，只有在有势力的作用下均质流体才能保持平衡。
于是存在势 U使
W fx x
W fy y
fz W z
dp ( f x dx f y dy f z dz)
温度递减率 6.5K / km 气体的状态方程
p RT
气体常数 R 287J /(kg K )
2.6作用于平面上的静水总压力
一.静水压强分布图
二.矩形平面上的静水总压力
液体作用在矩形平面上总压力的大小等于压强分布图面积S与宽度b之积。P=Sb 1 压强分布图为三角形e= l 3 合力的作用点 l ( 2h h ) 压强分布图为梯形e = 3(h h )
98kN / m 2 h 10m 3 9.8kN / m p
p h
绝对压强: 以没有大气存在的绝对真空作为零点计量的压强,以表示 p' 相对压强: 以当地大气压作为基准计量的压强,以
p 表示
p p' pa
真空度: 绝对压强小于当地压强的数值以
pv 表示
pv pa p'
h pA
p A p' A pa h
测压管高度
(2)U形测压管

pA pa ' gh2 gh1
2 U形压差计

A
pD
D
h1
B
C
h2
'
3 到U形压差计
(二)流体静力学基本方程的物理意义和几何意义
dp ( f x dx f y dy f z dz) gdz

水力学第二章

2 2 u2 u2 1 2 1 2 mu mu dQdt ( ) 1、动能的增量 2 2 2 1 2g 2g
1dl1 p2 dA 2 dl2 dQdt ( p1 p2 压力做功 p1dA
2、外力做功
重力做功
阻力做功
G( z1 z2 ) dQdt ( z1 z2 )
流线的绘制方法：
二、流线的基本特性
恒定流时，流线的形状和位置不随时间而改变。
恒定流时,液体质点运动的迹线与流线相重合。流线不能相交。
第三章水流运动的基本原理二、流管、微小流束、总流、过水断面
（一）、流管
在水流中任取一微分面积dA(如图)，通过该面积周界上的每一个点，均可做一根流线，这样就构成一个封闭的管状曲面，称为流管。
计算断面本身应满足均匀流或渐变流的条件
质量力只有重力，无惯性力
两断面间没有流量的汇入或分出
第三章水流运动的基本原理
第四节能量方程的应用条件及应用举例
一、能量方程的应用条件及注意事项
• 注意事项

基准面选取；
p v z 2g
2
计算断面选取；
举例
计算点的选取；
压强表示
（四）、过水断面
与微小流束或总流的流线成正交的横断面称为过水断面。该面积dA或A称为过水面积，单位 m2。注意：过水断面可为平面也可为曲面。
第三章水流运动的基本原理三、水流的运动要素
单位时间内通过某
一过水断面的液体体积，称为流量，单位为 m3/s dA1
u1
dA2
u2
dQ udA
河道
外江
内江
回
顾

水力学知识点讲解

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。

水力学第二章(3)

第二章水静力学
主要内容： §2-6 作用在曲面上的静水总压力
§2-7 浮体的平衡与稳定 §2-8 在重力与惯性力同时作用下液体的相对平衡
2.6
作用在曲面上的静水总压力
在水利工程上常遇到受压面为曲面的情况，如拱坝坝面、
弧形闸墩、弧形闸门等。
A′ B′
作用在曲面上静水总压力分解为水平分力
θ
和铅直分力分别计算，
δ
T
2 T Px p 2 r
p T r
图 2.6.4
5 3
A
r

1 . 5 10 4 10 5 10
2
1 . 2 10 ( kN/m
4
2
)
2.7
浮体的平衡与稳定
2.7.1 浮力及物体的沉浮
y
z
浸没于液体中的物体受到的x轴方向静水总压力应为零
Px 左 = Px 右
(a)
(b)
(c)
图 2.7.2
不稳定平衡：重心C在浮心D之上，重力与浮力组成使物体继续倾斜的力矩，这种状态下的平衡为不稳定平衡。
随遇平衡：当重心C与浮心D重合时，潜体在液体中的方位是任意的，称为随遇平衡。
(a)
(b)
(c)
注意：要使潜体处于稳定平衡状态，必须使其重心位于浮心之下。
图 2.7.2
Z
图 2.6.1
静水总压力的铅直分力
作用在曲面AB上的静水总压力的铅直分力Pz
Pz
dP sin
A
hdA sin

AZ
h ( dA ) Z
A′ B′
h(dA)z是微小曲面和它在自
由水面延长面上的投影之间

绪论第二章水力学基础

绪论第二章水力学基础
目录
• 水力学基本概念与原理 • 流体静力学原理及应用 • 流体动力学基础知识 • 黏性流体动力学原理 • 管路中水流运动特性分析 • 明渠恒定流与非恒定流研究
01
水力学基本概念与原理
水力学定义及研究对象
水力学定义
水力学是研究液体（主要是水）在静止和运动状态下的平衡、变形和流动规律的科学。
拉格朗日法得到的方程是常微分方程，而欧拉法得到的方程是偏微分方程。
适用范围不同
拉格朗日法适用于质点数量较少、运动较简单的情况；欧拉法适用于质点数量较多、运动较复杂的情况。
连续性方程建立及其物理意义
建立过程
基于质量守恒定律，考虑流体微元体中质量的流入流出关系，得到连续性方程。
物理意义
连续性方程反映了流体运动中质量守恒的基本规律，即单位时间内流入和流出流体微元体的质量差等于微元体内质量的变化率。
静止流体中压强分布规律
01
同一水平面上各点压强相等
在静止流体中，同一水平面上的各点压强相等，这是由于流体静压力是
垂直作用于流体元素上的，水平方向上没有压力差。
02
压强随深度增加而增大
在重力作用下，静止流体中的压强随深度的增加而增大。这是由于流体
柱的重量随深度的增加而增大，导致下方流体元素受到的压强增大。
04
黏性流体动力学原理
牛顿内摩擦定律及黏度概念
牛顿内摩擦定律
阐述流体内部相邻两层间内摩擦力与速度梯度成正比的定律，即黏性流体的内摩擦力大小与流体的性质有关，与相邻两流层间的速度差和接触面积成正比，而与接触面上的压力无关。
VSቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
黏度概念
衡量流体黏性大小的物理量，表示流体流动时分子间内摩擦阻力的大小。黏度越大，流体流动时内摩擦力越大，流动阻力也越大。

《水力学》第二章答案

第二章:水静力学一：思考题2-1.静水压强有两种表示方法,即:相对压强和绝对压强2-2.特性(1)静水压强的方向与受压面垂直并指向手压面;(2)任意点的静水压强的大小和受压面的方位无关,或者说作用于同一点上各方向的静水压强都相等. 规律:由单位质量力所决定,作为连续介质的平衡液体内,任意点的静水压强仅是空间坐标的连续函数,而与受压面的方向无关,所以p=(x,y,z)2-3答：水头是压强的几何意义表示方法，它表示h 高的水头具有大小为ρgh 的压强。

绝对压强预想的压强是按不同的起点计算的压强，绝对压强是以0为起点，而相对压强是以当地大气压为基准测定的，所以两者相差当地大气压Pa.绝对压强小于当地大气压时就有负压，即真空。

某点负压大小等于该点的相对压强。

Pv=p'-pa2-4.在静水压强的基本方程式中C g p z =+ρ中，z 表示某点在基准面以上的高度，称为位置水头，g p ρ表示在该点接一根测压管，液体沿测压管上升的高度，称为测压管高度或压强水头，g p z ρ+称为测压管水头，即为某点的压强水头高出基准面的高度。

关系是：（测压管水头）=（位置水头）+（压强水头）。

2-5.等压面是压强相等的点连成的面。

等压面是水平面的充要条件是液体处于惯性坐标系，即相对静止或匀速直线运动的状态。

2-6。

图中A-A 是等压面，C-C,B-B 都不是等压面，因为虽然位置高都相同，但是液体密度不同，所以压强水头就不相等，则压强不相等。

2-7.两容器内各点压强增值相等，因为水有传递压强的作用，不会因位置的不同压强的传递有所改变。

当施加外力时，液面压强增大了Ap∆，水面以下同一高度的各点压强都增加Ap∆。

2-8.（1）各测压管中水面高度都相等。

（2）标注如下，位置水头z,压强水头h,测压管水头p.图2-82-9.选择A2-10.(1)图a 和图b 静水压力不相等。

因为水作用面的面积不相等，而且作用面的形心点压强大小不同。

绪论第二水力学基础(ppt)

举例：联合收获机的操纵系统，拖拉机的液压悬挂系统，汽车转向及速度的调节，机床等。
第一章绪论
第一章绪论
1.3 简单液压系统示例
图1—1 机床工作台液压系统的工作原理图 1.油箱 2.滤油器 3.12.14.回油管 4.液压泵 5.弹簧 6.钢球 7.溢流阀 8.压力支管 9.开停阀 10.压力管 11.开停手柄 13.节流阀 15.换向阀 16.换向手柄
不论复杂或简单，一个完整的液压系统主要由4个部分组成。 1.液压泵：它供给液压系统压力油，将电动机或发动机输出的机械能转变为油液的压力能，用这压力油推动整个液压系统工作。 2.控制调节装置：如方向操纵阀、压力阀、节流阀等，通过她们来调节液流的压力、方向和流量，以满足作业的各种要求和维持系统正常工作。 3.液压执行器：液压执行器又叫液压机，包括液压缸和液压马达，通过它又使液体的压力能转换成执行机构的机械能。 4.辅助装置：油箱、滤油器、压力表、加热器、冷却器、油管、密封元件及其接头等 5.工作介质（视频工作油液）
2.动作快，可以快速启动和快速换向。因惯性小，不需要复杂的离合器，单向阀们就可实现带载离合。
3.能在较大的范围内实现无级调速。机械也可以，但受限制，一般为2-4；液压不受功率的限制，速比可达2000；电传动无机变速重量很大，行走不能实现。
第一章绪论
4.液压传动的机器运动平稳，在低速下也能稳定运转。而电机在低转速时则不稳定；和机械传动相比，齿轮、齿条加工再好也有冲击。因此在机床上大量应用，如磨床（加工精度要求高）
工作油液
第一章绪论Leabharlann 液压系统的组成第一章绪论
1.5 液压传动的优缺点
一）液压传动的优点：
1. 在尺寸小、重量轻的前提下可输出大的功率

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，

第二章水力学基本知识2014

t h1 B1 1.2 50 51.2m
Rt
At
t
60 51.2
1.17m
Ct
1 n1
1
Rt 6
1 0.04
1
1.17 6
25.66
Qt Ct At Rti 25.6660 1.170.0004 33m3 / s Q Qc Qt 138 33 171m3 / s
各种土质、衬砌材料渠道的糙率表
明渠均匀流的水力计算 ➢ 基本公式谢才公式：
v C Ri Q vA AC Ri K i K J
曼宁公式：
C
1
1
R6
n
v
1
21
R 3i 2
n
Q
Av
1
21
AR 3i 2
n
➢ 计算类型
1769年谢才（A.Chezy）
总结了一系列渠道水流实测资料的基础上, 提出明渠均匀流流速与流量的经验公式－谢才公式，以后又有确定谢才系数的满
ds
θ：渠底与水平面夹角 ds：两断面的间距 dz：两断面的渠底高程差
i>0
i=0
i<0
明渠底坡三种类型
正坡： i > 0 渠底高程沿流程降低平坡：i = 0 渠底高程沿程不变负坡： i < 0 渠底高程沿流程增加
第一节明渠均匀流
明渠横断面 ---公路工程常见的有：梯形、矩形、圆形、半圆形、抛物
c h2 B2 (h2 h1) 6 15 (6 1.2) 25.8m
Rc
Ac
c
90 25.8
3.49m
Cc
1 n2
Rc
1 6
1 0.03
3.49

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。

第2章水力学基本知识

过流断面的几何要素
d--管径 h--水深 α--充满度, α=h/d θ--充满角,水深h所对应的圆心角。由几何关系可得水力要素导出量：过水面积 A d ( sin ) 湿周 d 水力半径
2
8
2
R
d sin (1 ) 4
2 1
流速
1 d sin 3 2 v [ (1 )] i n 4
波速判别
缓流急流临界流波速：
vc vc
vc
A c g B
c gh （矩形）
弗劳德数判别
缓流急流临界流
弗劳德数
Fr 1
Fr 1
Fr 1
v Fr c v g A B v gh

断面比能
断面比能
e h
v 2
2g
h
Q 2
2 gA2
de 0 dh
1 2 i tan lx
底坡可分为: 顺坡(i>0), 平坡(i=0), 逆坡(i<0)
常见的断面形状
过流断面的几何要素
底宽 b,水深 h,边坡系数 m(表示边坡倾斜程度的系数)
a m ctg h
水面宽过流断面面积湿周
水力半径
B b 2mh
A (b m h)h
2 1
流量
d2 1 d sin 3 2 Q ( sin ) [ (1 )] i 8 n 4
输水性能最优充满度
从上式可知,在水深很小时,水深增加,水面增宽,过流断面面积增加很快,接近管轴处增加最快，水深超过半管后，水深增加，水面宽减小，过流断面面积增加减慢，在满流前增加最慢。湿周随水深的增加与过流断面面积不同，接近管轴处增加最慢，在满流前增加最快，由此可知，在满流前，输水能力达到最大值，相应的充满度为最优充满度。

《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。

水力学第2章

该式为在具有势函数W的质量力作用下处于平衡和相对平衡该式为在具有势函数的质量力作用下处于平衡和相对平衡的液体任一点的压强计算公式。的液体任一点的压强计算公式。
（3）等压面）
等压面：在静止的同种液体中，压强相等的各点所组成的平面。等压面：在静止的同种液体中，压强相等的各点所组成的平面。平衡状态下液体的自由表面，平衡状态下液体的自由表面，处于平衡状态下的两种液体的交界面等都是等压面。界面等都是等压面。
pa
pa
A
Pa+ρgh
B
h
Pa+ρgh
2.4 静水压强的表示方法和度量单位
（1）绝对压强、相对压强和真空度）绝对压强、
根据计量基准不同, 根据计量基准不同,一点的压强可用绝对压强和相对压强来表示绝对压强：以绝对真空作为零点计量的压强值。表示. 绝对压强：以绝对真空作为零点计量的压强值。用pabs表示相对压强(计示压强、表压强：以当地大气压（相对压强计示压强、表压强)：以当地大气压（pa）作为零点计示压强计量的压强值。表示. 计量的压强值。用p表示表示绝对压强和相对压强之间的关系：绝对压强和相对压强之间的关系： p abs = p + p a 或 p = p abs − p a 绝对压强一定是正值，但相对压强可为正、为零、为负。绝对压强一定是正值，但相对压强可为正、为零、为负。真空度（真空压强、真空值）：当液体中某点的绝对压强小真空度（真空压强、真空值）：当液体中某点的绝对压强小）：于当地大气压时，当地大气压与该点绝对压强的差值，称为于当地大气压时，当地大气压与该点绝对压强的差值，该点的真空度。该点的真空度。用pv表示 p = p − p = − p
（2）液体平衡微分方程的积分） 1 ∂p ∂p fx − =0⇒ dx = ρ f x dx ρ ∂x ∂x + 1 ∂p ∂p fy − =0⇒ dy = ρ f y dy ρ ∂y ∂y + 1 ∂p ∂p fz − =0⇒ dz = ρ f z dz ρ ∂z ∂z

水力学_静水压力ppt课件

sinJ x
si yC
说明各项意义，一般情况下D在C下方。
实际工程中的受压面多是轴对称面，总压力P的作用点必位于对称轴上，这就完全确定了D的位置。
15
§2-8 作用在曲面上的静水总压力
一、原则 Px dpx
PZ dpZ
P Px2 Pz2
二、静水总压力的水平分力
p1d p2d (z1 z2 )d 0
整理
z1
p1
z2
p2
即 z+ p = c
（2-2-2）
4
或
p1d p2d hd 0
整理
p2 p1 h
（2-2-1）
当p柱=p体0 +上h底面与液面齐平时，若液面压强为p0，则（2-2-3）
式（2-2-2）和（2-2-3）为重力作用下水静力学基本方程的两种表现形式，
❖
P =P -pa
abs
如图：若 p0 为相对压强，
P P rh P P rh P
B
0
Babs
0
a
7
若P0 为绝对压强，
p Babs
p 0
h
若开口（不封闭） p h B
p p h p
B
0
a
p p h
Babs
a
以后无特殊说明，指相对压强。
3、真空及真空度：当液体中某一点
的绝对压强小于当地大气压强时，
12
右图示： P1 h1lb
e1
2
P2
1
2
(h2
h1 )b
e2 3
P
P1
P2
1 2
(h1
h2
)b
Px P1e1 P2e2

水力学第二章资料

第二章液体运动的流束理论
实际工程中经常遇到运动状态的液体。液体的运动
特性可用流速、加速度等一些物理量，也即运动要素来表
征。水动力学研究运动要素随时空的变化情况，建立它们
之间的关系式，并用这些关系式解决工程上的问题。
液体做机械运动遵循物理学及力学中的质量守恒定律
、能量守恒定律及动量守恒定律。
本章先建立液体运动的基本概念，然后依据流束理论
17
2-5 一元流、二元流、三元流
凡水流中任一点的运动要素只与一个空间自变量有关，这种水流称为一元流。
流场中任何点的流速和两个空间自变量有关，此种水流称为二元流。
若水流中任一点的流速，与三个空间位置变量有关，这种水流称为三元流。
例：微小流束为一元流；过水断面上各点的流速用断面平均流速代替的总流也可视为一元流；宽直矩形明渠为二元流；大部分水流的运动为三元流。
18
2-6 恒定一元流的连续性方程
液流的连续性方程是质量守恒定律的一种特殊方式。取恒定流中微小流束，因液体为
通过对每个液体质点运动规律的研究来获得整个液体运动
的规律性。所以这种方法又可叫做质点系法。
2
运动轨迹
x x(a、b、c、t) y y(a、b、c、t) z z(a、b、c、t)
质点速度
液体质点不同于固体指点和数学上的空间点。是指具有无限小的体积
ux uy uz
x
t y
t z
t
x(a,b, c,t)
14
四、过水断面
与微小流束或总流的流线成正交的横断面称为过水断面。该面积dA或A称为过水面积，单位m2。
注意：过水断面可为平面也可为曲面。
15
五、流量
单位时间内通过某一过水断面的液体体积称为流量。流量常用的单位为米３／秒（m3/s），符号Ｑ表示。

水力学讲义

率η=75.5%，试求：
（1）水泵的扬程Hp （2）水泵的功率Np
水力学讲义
2.6 恒定总流动量方程
恒定总流动量方程反映水流动量变化与作用力间的关系,用于求解水流与固体边界之间的相互作用力。
水力学讲义
（1）恒定总流动量方程根据动量定理可导出恒定总流的动量方程式为：
水力学讲义
2.1
概
述
水力学讲义
本章内容将作为解决工程实际问题的基础。由于实际液体具有粘滞性，必然导致能量的损耗，这就是水头损失。关于水头损失放在下一章专门学习。本章内容较多而且很重要。
2.2 描述液体运动的拉格朗日法和欧拉法
（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。
对于恒定流，流线的形状不随时间而变化，这时流线与迹线互相重合；对于非恒定流，流线形状随时间而改变，这时流线与迹线一般不重合。
流线有两个重要的性质，即流线不能相交，也不能
转折，否则交点（或转折）处的质点就有两个流速方
向，这与流线的定义相矛盾。
水力学讲义
某瞬时通过流场中的任一点只能画一条流线。流线的形状和疏密反映了某瞬时流场内液体的流速大小和方向，流线密的地方表示流速大，流线疏处表示流速小。
如果您有任何问题，请毫不犹豫地提出 !
水力学讲义
In case of you have any question, DO NOT hesitate to ask me !
2.5 恒定总流的能量方程
（1）恒定元流的能量方程根据物理学动能定理或牛顿第二定律，可以导出恒定元流的两个过水断面之间的能量关系式为:

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。

第二章 水力学基本知识2014

水力学 第二章

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