水力学第四章讲义第四节

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第四章灌溉管道系统

第四章灌溉管道系统
水利建筑工程学院
第三节输配水管道及管网设计
1．输配水管网的工作制度
管道系统最常用的工作制度有续灌、轮灌和随机灌3种
方式：
（1）续灌方式(continual irrigation method) （2）轮灌方式(rotational irrigation method)

1．输配水管网的工作制度

3.低压输水管道灌溉系统的技术特点
与喷灌比较压力低，投入小。
与滴灌比较抗堵塞性强，节水效果差

渠灌区与井灌区区别：渠灌区控制面积、流量
大、管径大、建筑物多复杂、施工周期长难度
大

井灌区便于管理、灌水速度快周期短
三．灌溉管道系统的组成
灌溉管道系统主要组成：
1）水源 2）首部枢纽、 3）输配水管网、 4）田间灌水装置以及附属建筑物和附属装置等部分组成。
二．首部枢纽(head work) 首部枢纽的组成及其布置主要取决于灌水方法。不同的灌水方法对首部枢纽内部需要设置的各种设备和装置不完全相同。
三．输配水管网的规划布置灌溉管道系统的输配水管网按其功能一般可分为输水管道和配水管道两类。
输水管道一般为主管或干管上无配水管道分出的管道或管段。配水管道可分为配水干管、配水支管和配水毛管等级别，并由它们组合形成为网状，故称管网。输水管道固定在地下，配水管道可以固定在地下也可以在地面上成为移动管道。

第二节．灌溉管道系统规划布置
1.输配水管网规划布置的原则与要求 1)应使输配水管网总长度最短，管道顺直，水头损失小，总造价低而管理运用方便。 2)输配水地埋固定管道应尽可能布设在坚实的地基上，尽量避开填方区以及可能发生滑坡或受山洪威胁的地带。 3)根据水源和灌溉田块情况，输配水管网，在平原地区可采用环状管网或树枝状管网，其各级管道应尽量采取两侧分水的布置形式；在山区丘陵地区宜采用树枝状管网，其主要管道应尽量沿山脊布置，以尽量减少管道起伏。

水力学 (完整版)PPT

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第一章绪论
1.3 作用在液体上的力
1.3.1 表面力定义
表面力是作用于液体的表面上的力，是相邻液体或其他物体作用的结果，通过相互接触面传递。
表面力按作用方向可分为：压力：垂直于作用面。切力：平行于作用面
lim p
P
A0 A
lim
T
A0 A
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第一章绪论
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1
第一章绪论
第1章绪论第2章水静力学第3章液体运动学第4章水动力学基础第5章流动阻力和水头损失第6章量纲分析与相似原理第7章孔口、管嘴出流和有压管流第8章明渠均匀流第9章明渠非均匀流第10章堰流及闸孔出流第11章渗流
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第一章绪论
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第一章绪论
Isaac Newton(1642-1727)
➢ Laws of motion
➢ Laws of viscosity of Newtonian fluid
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第一章绪论
19th century
Navier (1785-1836) & Stokes (1819-1905)
N-S equation
viscous flow solution
Reynolds (1842-1912) 发现紊流（Turbulence）提出雷诺数（ReynoldsNumber）
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第一章绪论
20th century
Ludwig Prandtl (1875-1953) Boundary theory(1904)

第四章两相流的基本方程

wAρ +
∂ ∂ ( wAρ)dl − wAρ + ( Aρ)dl = 0 ∂l ∂t
∂ ∂ ( wAρ) + ( Aρ) = 0 ∂l ∂t
对稳定流动:
M = wAρ = const
对气液两相的均相流动: w = wsg + wsl
1 ρ = ρH = [ xv g + (1 − x )vl ] 4
[
]
14
分相流模型-动量方程
混合物： ∂P 1 1 ∂ 2 + ( s gτ g + slτ l ) + ρg sin θ + ϕAρ g wg + (1 − ϕ ) Aρ l wl2 ∂l A A ∂l 1 ∂ + ϕAρ g wg + (1 − ϕ ) Aρ l wl = 0 A ∂t
[
]
[
]
x 2G 2 ∵ ϕρ g wg = Gg = xG，ϕρ g w = ϕρ g
2 g
令sτ = s g τ g + sl τ l
∂P sτ 1 ∂ 2 x2 (1− x)2 1 A∂G + + ρg sinθ + + =0 + AG ∂l A A ∂l ϕρg (1− ϕ ) ρl A ∂t
10
第二节分相流模型的基本方程式
分相流模型：把气液两相分别按单相流处理，并计入相间作用，然后将各相的方程加以合并。
11
分相流模型-连续性方程
气相
∂ (ρ g ϕA) ∂t
+
∂[ρ g wg ϕA] ∂l
= δm
液相
∂[ρl (1 − ϕ) A] ∂[ρl wl (1 − ϕ) A] + = −δm ∂t ∂l

北航水力学第四章理想流体动力学和恒定平面势流解读

z1
p1
u12 2g
z2
p2
u22 2g
4.2.2 由动能定理推导理想流体的伯努利方程
推导过程同学们自学
z1
p1
u12 2g
z2
p2
u22 2g
本公式是由动能定理推导而得，它使伯努利方程有更加明确的物理意义，说明伯努利方程是一能量方程。
第三节元流伯努利方程的意义和应用
4.3.1 沿流线的伯努利方程的水力学意义
可见，在同一流线上各点的流函数为一常数，故等流函数线就是流线。
2、平面内任意两点流函数值的差等于通过这两点连线的流量。
y ABdrBnA x
d r dxi dy j
n cos i sin j dy i dx j
dr dr V ui v j
dq V
ndr
u
dy dr
v
dx dr
等线和等Ψ线，这两族曲线互相垂直，构
成流网。
两族曲线所构成的正交网络，称为流网
流网的特征：
流网
等线和速度矢量垂直，或者说，等线与等Ψ线（流线）垂直，
【例题】
已知90度角域内无粘流动，速度分布
ux kx uy ky
(k 0, x 0, y 0)
求：（1）判断该流场是否存在速度势函数，若存在请给出并画出等势线；
流动。但粘滞性对流动的影响很微小时，影响可以忽略。 --机械能守恒
引入势流的意义：使问题简化。
波浪运动，无分离的边界层外部的流动，多孔介质的流动（渗流）等等可以看为势流。
4.4.1 流速势函数
以二维流动为例，根据流体运动学，它与无旋流动等价
由 ux 0 无旋流的条件→涡量 z 0

04.第四章-水闸

种型式。（2）涵洞式水闸。
水闸修建在河、渠堤之下时，便成为涵洞式水闸。根据水力条件的不同，可分为有压式和无压式两类。
（三）按过闸流量大小分类
大（1）型水闸。过闸流量大于5000m³/s。大（2）型水闸。过闸流量1000~5000m³/s。中型水闸。过闸流量为1000~100m³/s。小（1）型水闸。过闸流量为20~100m³/s。小（2）型水闸。过闸流量小于20m³/s。
建闸后，为便于行人或车马通行，通常也在闸墩上设置交通桥。交通桥的位置应根据闸室稳定及两岸交通连接的需要而定，一般布置在闸墩的下游侧。
四、分缝与止水
（一）分缝方式与布置
除闸室本身分缝以外，凡是相邻结构荷重相差悬殊或结构较长、面积较大的地方也要设缝分开。
（二）止水设备
凡是具有防渗要求的缝中都应设置止水设备。对止水设备的要求是：①应防渗可靠；②应能适应混凝土收缩及地基不均匀沉降的变形；③应结构简单，施工方便。
（2）节制闸。在河道上或渠道上建造，枯水期用以抬高水位满足上游取水或航运的需要；洪水期控制下泄流量，保证下游河道安全。
（3）冲沙闸。主要建在多泥沙河道上，用于排除进水闸、节制闸前或渠道淤积的泥沙，减少引水水流的含沙量。
（4）分洪闸。建于天然河道的一侧。用来将超过下游河道安全泄量的洪水泄入湖泊、洼地等滞洪区，以削减洪峰保证下游河道安全。
四、水闸的等级划分和洪水标准
见书中表格。
第二节水闸的孔口尺寸确定
一、底板型式选择
闸底板型式有宽顶堰和低实用堰两种。（1）平底板宽顶堰具有结构简单、施工方便、有利于排沙冲淤、泄流能力比较稳定等优点；其缺点是自由泄流时流量系数小，闸后比较容易产生波状水跃。（2）低实用堰有WES低堰、梯形堰和驼峰堰等型式，其优点是自由泄流时流量系数较大，可缩短闸孔宽度和减小闸门高度，并能拦截泥沙入渠；缺点是泄流能力受下游水位变化的影响显著，当淹没度增加时，泄流能力急剧下降。

水力学第四章层流、紊流,液流阻力和水头损失

3.7d
结论2:
•紊流光滑区水流沿程水头损失系数只取决于雷诺数，粗糙度不起作用。容易得出光滑区紊流沿程损失与流速的1.75次方成正比。 •紊流粗糙区水流沿程水头损失系数只取决于粗糙度，由于粗糙高度进入流速对数区，阻力大大增加，这是不难理解的。容易得出粗糙区紊流沿程损失与流速的2.0次方成正比。 •在紊流光滑区与粗糙区之间存在紊流过渡粗糙区，此时沿程损失系数与雷诺数和粗糙度都有关。 •尼古拉兹试验反映了圆管流动的全部情况，在其试验结果图上能划分出层流区，过渡区、紊流光滑区、紊流过渡粗糙区，紊流粗糙区。紊流粗糙区通常也叫做‘阻力平方区’。
ro gJ 2 2 gJ 4 1 4 gJ 4 Q (ro r )2 rdr (ro ro ) d 0 4v 4v 2 128v
上式为哈根——泊肃叶定律：圆管均匀层流的流量Q与管径d 的四次方成比例。 3、断面平均流速： V
Q gJ 2 1 ro umax A 8 2
1 1 1 1 1 , , , , 及 30 61 .2 120 252 507 1
1 1 1 1 1 1 , , , , 及 30 61 .2 120 252 507 10
层流时,

64 Re
f (Re)
1 1 1 1 1 1 , , , , 及 30 61.2 120 252 507 1014
1 u u x x dt 0 T0
2、紊流的切应力由相邻两流层间时均流速相对运动
所产生的粘滞切应力
紊流产生附加切应力
du l t v Re
t v Re 2
纯粹由脉动流速所产生的附加切应力
dy ( du 2 ) dy
普朗特混合长 Re 与 du 有关，根据质点脉动引起动量交换（传递），又称为动量传递理论 dy 理论

水力学第四节

第四章试探题:4-1：N-S 方程的物理意义是什么？适用条件是什么？物理意义：N-S 方程的精准解尽管不多，但能揭露实际液体流动的本质特点，同时也作为查验和校核其他近似方程的依据，探讨复杂问题和新的理论问题的参考点和起点。

适用条件：不可紧缩均质实际液体流动。

4-2 何为有势流?有势流与有旋流有何区别?答:从静止开始的理想液体的运动是有势流. 有势流无自身旋转,不存在使其运动的力矩.4—3 有势流的特点是什么？研究平面势流有何意义？有势流是无旋流，旋转角速度为零。

研究平面势流能够简化水力学模型，使问题变得简单且于实际问题相符，通过研究平面势流能够为咱们分析复杂的水力学问题。

4-4.流速势函数存在的充分必要条件是流动无旋，即xu y u yx ∂∂=∂∂时存在势函数，存在势函数时无旋。

流函数存在的充分必要条件是平面不可紧缩液体的持续性方程，即确实是0=∂∂+∂∂yu x u yx存在流函数。

4—5何为流网，其特点是什么？绘制流网的原理是什么？流网：等势线（流速势函数的等值线）和流线（流函数的等值线）彼此正交所形成的网格流网特点：（1）流网是正交网格（2）流网中的每一网格边长之比，等于流速势函数与流函数增值之比。

（3）流网中的每一个网格均为曲线正方形原理:自由表面是一条流线，而等势线垂直于流线。

依照入流断面何处流断面的已知条件来确信断面上流线的位置。

4-6.利用流网能够进行哪些水力计算?如何计算？解:能够计算速度和压强。

计算如下：流场中任意相邻之间的单宽流量∆q 是一常数。

在流场中任取1、2两点，设流速为u 1，u 2，两头面处流线间距为∆m1，∆m 2。

则∆q=u 1∆m1=u 2∆m 2，在流网中，各点处网格的∆m 值能够直接量出来，依照上式就能够够得出速度的相对转变关系。

若是流畅中某点速度已知，就可以其他各点的速度。

流畅中的压强散布，可应用能量方程求得。

z1+p 1ρg +u 122g=z 2+p 2ρg +u 222g当两点位置高度z1和z 2为已知，速度u 1，u2已通过流亡求出时，那么两点的压强差为p 1ρg -p 2ρg=z 2-z 1+u 222g-u 122g若是流畅中某一点压强已知，那么其他个点压强都可求得利用流网计算平面势流的依据是什么？（参考的说明）4-8流网的形状与哪些因素有关？网格的疏密取决于什么因素？答：流网由等势线和流线组成，流网的形状与流函数φ（x,y ）和流速势函数ψ(x,y)有关；由∆q=∆ψ=常数，∆q=u 1∆m 1=常数，得两条流线的间距愈大，那么速度愈小，假设间距愈小，那么速度愈大。

第四章室内热水供暖系统的水力计算

1.42
(
g
Re
d K
)2
（３）紊流粗糙区（阻力平方区）尼古拉兹公式
Re>445d/D

1
(1.14 2 g
d )2 K
当管径d≥40mm时，采用希弗林松推荐的公式
λ=0.11(K/d)0.25
（４）流态判别
临界流速
1
Hale Waihona Puke 11临界雷诺数
d
Re1

11
2

445
第2种情况的水力计算，常用于校核计算，根据最不利循环环路各管段改变后的流量和已知各管段的管径，利用水力计算图表，确定该循环坏环路各管段的压力损失以及系统必需的循环作用压力，以检查循环水泵扬程是否满足要求。
进行第3种情况的水力计算，就是根据管段的管径d和该管段的允许压降，来确定通过该管段 (例如通过系统的某一立管)的流量。对已有的热水供暖系统，在管段已知作用压头下，校该各管段通过的水流量的能力；以及热水供暖系统采用所谓“不等温降” 水力计算方法，就是按此方法进行计算的。这个问题将在本章第五节“不等温降”计算方法和例题中详细阐述。

m/s
Re 2

445 d
(5)紊流区统一公式
柯列勃洛克公式阿里特舒里公式
1

2
g
(
2.51
Re

K /d) 3.72
0.11( K 68 )0.25
d Re
阿里特舒里公式是布拉修斯公式和希弗林公式的综合
当量绝对粗糙度K 对于室内的热水供暖系统
K=0.2mm=0.0002m 对于室外热水系统
阻R与流量G的平方成正比，上式可改写为：

《水土保持工程学》课件——第四章山坡固定工程

第四章山坡固定工程——斜坡固定工程
一、挡墙
悬臂式和扶壁式挡土墙的结构性是依靠墙身自重和踵板上方填土的重力来保证的，而且墙趾也显著地增大了抗倾覆稳定性，并大大减小了基底应力。它们的主要特点是构造简单、施工方便，墙身断面较小，自身质量轻，可以较好地发挥材料的强度性能，能适应承载力较低的地基。但是需耗用—定数量的钢材和水泥，但随着交通事业的发展和公路工程建设的实际需要，正逐步被公路部门所采用。
第四章山坡固定工程——斜坡固定工程
五、护坡工程
为防止崩塌，可在坡面修筑护坡工程进行加固，这比削坡节省投工，速度快。常见的护坡工程有：干砌片石和混凝土砌块护坡、浆砌片石和混凝土护坡、格状框条护坡、喷浆和混凝土护坡、锚固法护坡等。
六、滑动带加固措施
防治沿软弱夹层的滑坡，加固滑动带是一项有效措施。即采用机械的或物理化学的方法，提高滑动带强度，防止软弱夹层进一步恶化，加固方法有普通灌浆法、化学灌浆法、石灰加固法和焙烧法等。
gt
2
V
sin
t
x
V
2
cos g
பைடு நூலகம்
sin
a
1
V
2gy 2 sin 2
a
1
第四章山坡固定工程——沟头防护工程
二、泄水式沟头防护工程
在落差较小、地形降落线较长、径流量较大的地点，一般用陡坡式沟头防护（为减少急流冲刷，可人工增加急流槽的粗糙程度）。
1、设计排水量计算。 2、结构设计：由进口集水池、陡槽、
第四章山坡固定工程——斜坡固定工程
➢斜坡的定义：向一个向倾斜的地段称为斜坡。斜坡由坡面、坡顶及其下部一定深度的坡体组成。 ➢斜坡的分类：
✓按物质组成：岩质斜坡和土质斜坡 ✓按人为改造程度：自然斜坡和边坡 ✓按稳定性：稳定斜坡、失稳斜坡和可能失稳斜坡，后两者又统称病害斜坡 ✓按地貌部位：山坡、梁峁坡、沟坡等

《水力学》课程教学大纲

《水力学》课程教学大纲课程名称：水力学（Hydraulics)课程类型：专业基础课;范围选修课学时:72学时，4.5学分适用对象：水利水电工程、农业水利工程、给水排水工程本科先修课程：高等数学、大学物理、理论力学一、课程性质、目的与任务以及对先开课程要求水力学是水利类各专业必修的一门主要专业基础课.水力学的任务是研究液体（主要是水）的平衡和机械运动的规律及其实际应用。

通过本课程的学习，使学生掌握水流运动的基本概念、基本理论与分析方法，理解不同水流的特点，学会常见水利工程中的水力计算，并具备初步的试验量测技能，为学习后续课程和专业技术工作打下基础.二、教学重点及难点本课程教学重点:水静力学,水动力学理论基础，流动阻力与水头损失,有压管路，明渠均匀流,明渠非均匀流。

难点：液体的相对平衡，作用在平面、曲面上的力,实际液体的运动微分方程，恒定总流伯诺里方程，恒定总流动量方程，紊流沿程损失的分析与计算，复杂长管的水力计算，管网的水力计算，无压圆管均匀流水力计算，断面单位能量、临界水深，恒定明渠流动的流动型态及判别标准,明渠非均匀渐变流微分方程，棱柱体渠道非均匀渐变流水面曲线的计算.三、与其它课程的关系学习本课程应具备高等数学中有关微分、积分、简单微分方程等高等数学基础；还应具备理论力学、材料力学中有关静力学、动力学、应力与应变、面积矩等方面的工程力学基础。

后续课程为水资源管理、水工建筑物、水利工程施工与水电站。

四、教学内容、学时分配及基本要求第一章绪论(2学时）基本要求：了解液体运动的基本规律及研究液体运动规律的一般方法,掌握液体的主要物理性质.重点：.液体的主要物理性质难点：液体粘性产生原因及作用第一节水力学的任务及其发展概况1、水力学的任务2、水力学发展简史第二节液体的主要物理性质及其作用在液体上的力1、液体的质量和密度2、液体的重量和容重3、液体的粘滞性4、液体的压缩性5、液体的表面张力6、作用于液体上的力第三节液体的基本特征和连续介质1、液体的基本特征2、连续介质假设3、理想液体的概念第四节水力学的研究方法1、科学试验2、理论分析3、数值计算第二章水静力学（8 学时）基本要求：掌握静水压强的特性，压强的表示方法及计量单位，掌握液体平衡微分方程与水静力学的基本方程，掌握液柱式测压仪的基本原理,能熟练计算作用在平面、曲面上的静水总压力。

第四章消防水力学基础知识

(四)膨胀性
水的体积随水温升高而增大的性质称为水的膨胀性。根据实验，水的体积变化较小。因此，在消防设计和火场供水中水的膨胀性均可略去不计。
练习题：
1、水的体积随水温升高而增大的性质称为水的膨胀性。（ √ ） 2、液态水具有压缩性和膨胀性，通常状况下，二者的特性为（ A ）。 A 压缩性小，膨胀性小 B 压缩性小，膨胀性大 C 压缩性大，膨胀性小 D 压缩性大，膨胀性大 3、水的体积随水温升高而增大的性质称为水的（ C ）。 A 粘滞性 B 压缩性 C 膨胀性 D溶解性
练习题
小
1、水中含有杂质越多，电阻率越大，导电性能越差（ × ）。 2、水的导电性能与水的密度、射流形式等有关。下列说法正确的是（ C ）。 A 杂质越少，直流射流，导电性能越大 B 杂质越少，开花射流，导电性能越大 C 杂质越多，直流射流，导电性能越大 D 杂质越多，开花射流，导电性能越大
三、水的化学性质
上海“11.15”火灾
一、水的基本特性
水有三种状态：固体、液体和气体。液体与固体的主要区别是液体容易流动，液体与气体的主要区别是液体体积不易压缩。水在常温下为液体。在常压下，水温超过l00℃时，蒸发成气体，水温下降到0℃时，即凝结成固体称为冰。
练习题 1、水有三种状态：固体，液体和气体。液体与固体的主要区别是液体容易流动，液体与气体的主要区别是液体体积不易压缩。（√）
从表中可以看出，随着压力增加水体积变化不大。因此，通常把水看成是不可压缩的液体，但对个别特殊情况，水的压缩性不能忽略。如水枪开关突然关闭时，会产生一种水击现象，在研究这一问题时，就必须考虑水的压缩性。
练习题 1、水的体积随压力减小而增加的性质称为水的压缩性。（ × ） 2、通常把水看成是不可压缩的液体。（ √ ） 3、水枪上的开关突然关闭时，会产生一种水击现象。在研究这一问题时，就必须考虑水的（ B ）。 A 粘滞性 B 压缩性 C 膨胀性 D溶解性

水力学知识点讲解

《水力学》学习指南第一章绪论(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。

油气井水力学讲义4波动压力概念计算方法及应用

4 波动压力概念、计算方法及应用4.1波动压力的概念油气钻井过程中, 经常进行的作业是将管柱起出或下入充满钻井液的井眼, 起钻、下钻、下套管或衬管等是这种作业的主要形式。

由于管柱的顶替作用, 将会导致井眼内钻井液的流动, 从而在井内产生附加的压力。

因起下钻速度不均匀等, 这种附加压力的数值在管柱起出或下入的过程发生变化。

钻井工作者通常将这种现象称为压力波动(Pressure Surge), 将附加压力的数值称为波动压力。

习惯上将波动压力分为激动压力(挤压压力)和抽吸压力两种。

若波动压力使井内总压力增加, 则称为激动压力或挤压压力; 若波动压力使井内总压力减小, 则称为抽吸压力。

国外分别将激动压力和抽吸压力称为Surge Pressure 和Swab Pressure。

4.2波动压力产生的原因及变化规律从30年代中期初步认识到起下管柱时井下存在波动压力至今, 人们对波动压力进行了大量理论及实验的研究。

已经从根本上掌握了波动压力产生的原因和过程。

下面以Burkhardt 于60年代初在现场实测得到的波动压力数据为依据来说明波动压力产生的过程及其变化规律。

Burkhardt实测了在一口下过套管并固井的浅井中下入单根套管过程中下入速度、加速度及井底波动压力的变化曲线。

图1-1是其实验井的井身结构情况。

实验的有关参数如下:总井深: 640米已下套管尺寸: 下深640.1m(2100')内径22.44cm外径24.448cm(9-5/8")下入套管尺寸: 内径16.17cm外径17.78cm(7")泥浆性能: 密度1294kg/cm3PV=0.013 Pa·SYP=0.391kgf/m2下钻井深: 585.5m(1920') 图1-1 井眼几何结构图下一节套管过程中测得的套管的下入速度和加速度曲线如图1-2所示。

图中向下的速度和加速度为正值, 向上的速度和加速度为负值。

扬州大学水力学大纲

扬州大学水力学大纲扬州大学《水力学》课程教学大纲课程编号：071004课程性质：学科基础课适用专业：水利水电工程、农业水利工程、水文与水资源工程先修课程：高等数学、物理学、理论力学后续课程：水工建筑物、水泵与水泵站、环境水力学学分： 4.5学分；其中实验：0.5学分教学目的与要求：水力学是研究液体平衡和机械运动的规律及其工程应用的一门技术科学。

本专业设置水力学课程的目的，是使学生掌握液流运动的基本理论与分析研究方法，为学习各种专业课和今后从事专业工作打下基础，以便解决本专业工程中的有关液流问题。

通过对本课程的学习，要求学生达到：1.掌握液流运动的基本概念，如连续介质的假说、理想液体模型、液流的各种分类、表征液流运动的雷诺数、佛汝德数等特征值。

2.掌握液流运动的流束理论与流场理论，如恒定总流的连续性方程、能量方程、动量方程、水头损失理论以及液体运动的连续性方程式、实际液体运动的微分方程等。

3.能对本专业中常见的水力学问题进行分析与计算。

4.掌握利用常规仪器设备量测水位、压强、流速、流量等水力要素的操作技能，并且具有分析实验资料和整理实验报告的能力，学会观察和分析液流现象、建立概化模型，并解决水力学实际问题，提高学生独立工作和创造的能力。

本课程是一门既有系统理论，又有较强实践性的课程，所以在教学过程中既要加强理论课的讲授，又要重视实验教学环节。

建议安排6~8学时的理论课时间及6~8小时的课外时间，让学生进行实验，观察水流现象、验证基本理论。

教学内容与学时安排绪论（2学时）一、水力学的任务及其在水利工程中的应用二、液体的主要物理性质三、连续介质和理想液体的概念四、作用在液体上的力重点介绍液体的物理性质，难点为液体的粘滞性及粘滞系数。

第一章水静力学（9学时，其中:实验1学时）第一节静学压强及其特性一、静水压力与静水压强二、静水压强的特性第二节液体的平衡微分方程第三节等压面一、等压面的概念二、等压面的性质第四节重力作用下静水压强的分布规律一、重力作用下静水压强的基本公式二、绝对压强、相对压强及真空度三、压强的三种单位表示四、水头与单位势能的概念五、静水压强分布图第五节几种质量力同时作用下的液体平衡一、直线等加速器皿中液体的相对平衡二、等角速旋转器皿中液体的相对平衡第六节压强的量测一、测压管二、U形水银测压计三、压差计四、金属压力表第七节作用在平面壁上的静水总压力一、解析法二、图解法第八节作用在曲面壁上的静水总压力一、静水总压力的水平分力二、静水总压力的铅垂分力三、静水总压力实验一：静水压强实验通过实验验证静水压强基本方程式，测定待测溶液的容重。

水力学第四章液体运动的流场理论.

化简之，得同理
1 p dux fx x dt 1 p duy fy y dt 1 p duz fz z dt
2、理想液体运动微分方程式－欧拉方程式液体平衡微分方程式是表征液体处于平衡状态时作用于液体上各种力之间的关系式。在理想液体中任取一微分平行六面体，作用于六面体的力有表面力与质量力。左表面动水压力
p dx p x 2
右表面动水压力
p dx p x 2
26
假设单位质量的质量力在各坐标轴方向的投影为
自右面流出的液体质量为
u x dx dx u dydzdt x x 2 x 2
dt 时段内流进与流出六面体的液体质量之差：
在x方向为 ( ux ) dxdydxdt y
在y方向为在z方向为
y ( uz ) dxdydxdt yz 22
1 e c
n
称为沿封闭周线C的速度环量。速度环量也可写成：
(u x dx u y dy u z dz )
c
21
4-5
液体运动的连续性方程式
设想在流场中取一空间微分平行六面体取如图示。经一微小时段dt自左面流入的液体质量为：
u x dx dx dydzdt u x x 2 x 2
dx u x ds u dy u y cos ds u dz u z cos ds u cos
9
dx u x ds u dy u y cos ds u dz u z cos ds u cos
( u x ) ( u y ) ( u z ) dxdydzdt dxdydzdt t y z x

第四章土的渗透性和渗流问题本章学习要点

第四章土的渗透性和渗流问题第一节概述土是由固体相的颗粒、孔隙中的液体和气体三相组成的，而土中的孔隙具有连续的性质，当土作为水土建筑物的地基或直接把它用作水土建筑物的材料时，水就会在水头差作用下从水位较高的一侧透过土体的孔隙流向水位较低的一侧。

渗透：在水头差作用下，水透过土体孔隙的现象渗透性：土允许水透过的性能称为土的渗透性。

水在土体中渗透，一方面会造成水量损失，影响工程效益；另一方面将引起土体内部应力状态的变化，从而改变水土建筑物或地基的稳定条件，甚者还会酿成破坏事故。

此外，土的渗透性的强弱，对土体的固结、强度以及工程施工都有非常重要的影响。

本章将主要讨论水在土体中的渗透性及渗透规律，以及渗透力渗透变形等问题。

第二节土的渗透性一、土的渗透规律——达西定律(一)渗流中的总水头与水力坡降液体流动的连续性原理：（方程式）dw v dw v w w ⎰⎰=2211 2211v w v w =1221w w v v = 表明：通过稳定总流任意过水断面的流量是相等的；或者说是稳定总流的过水断面的平均流速与过水断面的面积成反比。

前提：流体是连续介质流体是不可压缩的；流体是稳定流，且流体不能通过流面流进或流出该元流。

理想重力的能量方程式（伯努利方程式1738年瑞士数学家应用动能定理推导出来的。

）c gv r p Z =++22饱和土体空隙中的渗透水流，也遵从伯努利方程，并用水头的概念来研究水体流动中的位能和动能。

水头：实际上就是单位重量水体所具有的能量。

按照伯努利方程，液流中一点的总水头h ，可以用位置水头Z ，压力水头U/r w 和流速水头V 2/2g 之和表示，即gv r u Z h w 22++= 4-1 此方程式中各项的物理意义均代表单位重量液体所具有的各种机械能，而其量纲都是长度。

教材P37图22表示渗流在水中流经A ，B 两点时，各种水头的相互关系。

按照公式（4－1），A,B 两点的总水头可分别表示为：gv r u Z h A w A A A 22++= gv r u Z h B w B B B 22++= h h h B A ∆+=式中：Z A ，Z B ：为A ，B ，两点相对于任意选定的基准面的高度，代表单位重量液体所具有的位能（位置高度）故称Z 为位置水头。

水力学第四章第一部分

局部水头损失hj：当液体运动时，由于局部边界形状和大小的改变、或存在局部障碍，液体产生漩涡，使得液体在局部范围内产生了较大的能量损失，这种能量损失称作局部水头损失。
00:23
第一节水流阻力与水头损失的概念
从水流分类的角度来说，沿程损失可以理解为均匀流和渐变流情况下的水头损失，而局部损失则可理解为急变流情况下的水头损失。
第二节液体运动的两种流态
有压管流：
Re
vd
v：平均流速 d：圆管直径
υ：液体运动粘滞系数
将Re值与Rek=2320比较，便可判别流态： ⑴ Re<Rek，则v<vc，流动是层流； ⑵ Re>Rek，则v>vc，流动是紊流； ⑶ Re=Rek，则v=vc，流动是临界流。
00:23
第二节液体运动的两种流态
10 A B
5 层流紊流
0 0
vC 5
10
15
lg v
AB 、DE ：直线段
35
流速从小到大
30
流速从大到小 E
25
D
60.3~63.4
°
20
lg hf
15
B
C
10 A
45°
5
层流过渡紊流
0 0
vC5 v’1C0
15
lg v
35
流速从小到大
30
流速从大到小 E
lg hf
25
D
θ2＝ 60.3°～63.4°
无损失
流线
流速分布
沿程损失
流线
流速分布
理想液体
实际液体
沿程损失局部损失沿程损失
00:23
第一节水流阻力与水头损失的概念液体经过时的沿程损失包括：

明渠_水力学

根据渠道的水深条件、来流的流量和控制断面条件来确定水面线的沿程变化趋势和变化范围，定性地绘制水面曲线。
棱柱形渠道渐变流基本微分方程
取两过水断面，列能量方程：
(z h) v2
2g
(z dz h dh) (v dv)2
2g
dhw
dh ds
1
iJ
Q 2 B
g A3
iJ 1 Fr
顺坡渠道（i>0） 8种水面线
导出量：水面宽B、过水断面面积A、湿周、水力半径
棱柱形渠道与非棱柱形渠道
断面形状及尺寸沿程不变的长直渠道，称为棱柱形渠道，否则为非棱柱形渠道。
棱柱形渠道过水断面面积A仅随水深h而变化。
6.2 明渠均匀流
2、什么是正常水深？它的大小与哪些因素有关？当其它条件相同时，糙率n、底宽b或底坡i分别发生变化时，试分析正常水深将如何
（4）明渠均匀流水力计算问题 a、验算渠道的输水能力
Q AC Ri f (m,b, h0, n,i)
b、决定渠道坡度
c、决定渠道断面尺寸
（5）水力最优断面与实用经济断面
Q AC Ri f (m当,bi、, h0n,及n,iA) 大小一定时，使渠道所通过的
流量最大的那种断面形状称为水力最优断面。
i ik
在 i 渠ik 道上闸门上游将形成a3型壅水曲线。在 i 渠ik 道上闸门下游将形成c3型壅水曲线。
i0
平坡渠道末端跌坎上游将形成b0型降水曲线。在平坡渠道上闸门部分开启时，闸门下游将形成c0型壅水曲线。
i0
逆坡长渠道末端为跌坎，若闸门后收缩断面水深小于临界水深，则闸门下游为b’型降水曲线。跌坎上游将形成c’型壅水曲线。
面积给定时，边界最小的几何图形是圆形，因此管路断面形状通常为圆形。