水力学画图与计算
水力学画图与计算
五、作图题(在题图上绘出正确答案)1.定性绘出图示棱柱形明渠的水面曲线，并注明曲线名称。
(各渠段均充分长，各段糙率相同) (5分)2、定性绘出图示管道（短管）的总水头线和测压管水头线。
3、定性绘出图示棱柱形明渠的水面曲线，并注明曲线名称。
(各渠段均充分长，各段糙率相同,末端有一跌坎) (5分)6AB 上水平分力的压强分布图和垂直分力的压力体图。
AB7、定性绘出图示棱柱形明渠的水面曲线，并注明曲线名称。
(各渠段均充分长，各段糙率相同)KKi < i 1k i >i 2k六、根据题目要求解答下列各题1、图示圆弧形闸门AB(1/4圆), A 点以上的水深H ＝1.2m ，闸门宽B =4m ，圆弧形闸门半径R =1m ，水面均为大气压强。
确定圆弧形闸门AB 上作用的静水总压力及作用方向。
解：水平分力 P x =p c ×A x =74.48kN 铅垂分力 P y =γ×V=85.65kN,静水总压力 P 2= P x 2+ P y 2, P=113.50kN,tan = P y /P x =1.15 ∴ =49° 合力作用线通过圆弧形闸门的圆心。
2、图示一跨河倒虹吸圆管，管径d ＝0.8m ，长 l =50 m ，两个 30。
折角、进口和出口的局部水头损失系数分别为 ζ1=0.2，ζ2=0.5，ζ3=1.0，沿程水头损失系数λ=0.024，上下游水位差 H =3m 。
若上下游流速水头忽略不gv R l h H w 2)4(2∑+==ξλ计算圆管道断面的水力半径和局部水头损失系数9.10.15.022.0, m 2.04/=++⨯====∑ξχd AR将参数代入上式计算，可以求解得到/s m 091.2 , m /s 16.4 3===∴vA Q v即倒虹吸管内通过的流量为2.091m 3/s 。
HRO BR3、某水平管路直径d 1=7.5cm ，末端连接一渐缩喷嘴通大气(如题图)，喷嘴出口直径d 2=2.0cm 。
水力学
1.图示盛水容器，在容器左侧壁安装一测压管右侧壁一U型汞压计，已知容器中心点A的相对压强为50663Pa h=0.2m 试求h1和h2。
解：PA=rh1h1=PA/r=50663/9.8×1000=5.17mH2O建立等压面M-NPM=PA+0.2mH2OPM=PNPA=0.2mH2O=rHgh250663＋0.2×9.8×1000=13.6×1000×h2h2=395㎜=0.395mH202.图示为U形汞压差计，用于量测两水管中A和B两点的压差，已知h=0.36mA和B两的高差△Z=1m,试求A和B两点的压差。
解：建立等压面M-N，M’-N’PM=PA-r水hPB=PN’+r水(hm+h+△Z)PN=PM’+rmhmPM’=PN’ PM=PNPB=PN-rmhm+r水(hm+h+△Z)PA=PM+r水hPB=PA-r水h-rmhm+r水(hm+h+△Z)PA-PB=r水h+rmhm-r水(hm+h+△Z)=3.536mH2O3.如图所示某挡水矩形闸门，门宽b=2m,一侧水深h1=4m,另一侧水深h2=2m,试求闸门上所受到的静水总压力的大小。
解：A1=bh1=2⨯4=8m 2A2=b ⨯h2=2⨯2=4m 2hc1=h1/2=2mhc2=h2/2=1m左侧的水对闸门的作用力大小为F1=rhc1A1=1.0⨯103⨯9.8⨯2⨯8=1.568⨯105N右侧的水对闸门的作用力大小为F2=rhc2A2=1.0⨯103⨯9.8⨯1⨯4=3.920⨯410N闸门所受静水总压力大小F=F1-F2=1.568⨯105-3.920⨯410=1.176⨯105N 方向沿闸门向右yD1=yc1+Ic1/yc1A=h1/2+12/11213bh h bh ∙∙=8/3myD2=yc2+I2/yc2A=h2/2+22/21223bh h bh ∙∙=4/3m 根据惯性矩性质FyD=F1yD1-F2(h1-h2+yD2)117600yD=156800⨯38m-39200(4-2+4/3)yD=2.4m即合力的作用点位于0点下方2.4米处hc1 hc2 yD1 yD2 yD 的位置如图所示4. 设有一股自喷嘴，以速度V 。
排水管渠水力学计算(精选优秀)PPT
第一节 污水管渠水力设计原则 第二节 水力学计算基本公式 第三节 水力学算图 第四节 主要设计参数 第五节 管段的衔接 第六节 管段水力学计算
管道水流情况
重力流:管道中水流动时,水上方是大气, 具有自由表面,而其它三个方向受到管道 固体界面限制,这种水流方式叫重力流又 叫明渠流.
第五节 管段的衔接
窨井上下游的管段在衔接时应遵循下述 原则：
①尽可能提高下游管段的高程，以减少 埋深，从而降低造价，在平坦地区这点 尤其重要；
②避免在上游管段中形成回水而造成淤 积；
③不允许下游管段的管底高于上游管段 的管底。
管段的衔接方法通常采用： 管顶平接 水面平接 管底平接（在特殊情况下需要采
规定：管径200mm的最小设计坡度为0.004；管径 300mm的最小设计坡度为0.003；管径400mm 的最小设计坡度为0.0015。
§2-3 污水管道的水力计算
四、污水管道的埋设深度
管道的埋设深度有两个意义：
决定污水管道最小覆土厚度 的因素有哪些？
地面荷载
冰冻线的要求
地面 管道
覆 土 厚 度埋
1、预留一定的过水能力，防止水量变化的冲击， 为未预见水量的增长留有余地；
2、有利于管道内的通风； 3、便于管道的疏通和维护管理。
（2）设计流速
——与设计流量和设计充满度相应的污水平均流速。
最小设计流速：是保证管道内不发生淤积的流速， 与污水中所含杂质有关；国外很多专家认为最小流 速为0.6-0.75m/s，我国根据试验结果和运行经验确 定污水管道最小流速为0.6m/s,雨水和合流管道为 0.75m/s ,明渠流为0.4m/s。
2、什么叫不计算管段？
在管道起端由于流量较小，通过水力计算查得的管径 小于最小管径，对于这样的管段可不用再进行其他的水力 计算，而直接采用最小管径和相应的最小坡度，这样的管 段称为不计算管段。
水力学综合计算说明书(设计水面曲线)
水利计算综合练习计算说明书学校：SHUI YUAN系别：水利工程系班级: 水工班姓名: mao学号：指导老师：XXX2013年06月22日目录一、水力计算资料 2公式中的符号说明 3二、计算任务 4任务一： 4绘制陡坡段水面曲线 4⑴.按百年一遇洪水设计 41、平坡段：(坡度i=0) 4① 水面曲线分析 4② 分段求和计算Co型雍水曲线 52、第一陡坡段（坡度i=0.1） 6① 判断水面曲线类型 6② 按分段求和法计算水面曲线 73、第二陡坡段（坡度 i=1/3.02） 8① 判断水面曲线类型 8② 按分段求和法计算水面曲线 8⑵.设计陡坡段边墙 9⑶．按千年一遇洪水校核 111、水平坡段（坡度i=0） 12① 水面曲线分析 12② 分段求和计算Co型雍水曲线 132、第一陡坡段（坡度i=0.1） 14① 判断水面曲线类型 14②按分段求和法计算水面曲线 143、第二陡坡段（坡度 i=1/3.02） 16① 判断水面曲线类型 16② 按分段求和法计算水面曲线 16① 千年校核的掺气水深 17② 比较设计边墙高度与千年校核最高水深的大小 19⑷.绘制水面曲线及边墙 21任务二： 24绘制正常水位至汛前限制水位～相对开度～下泄流量的关系曲线 24 任务三： 26绘制汛前限制水位以上的水库水位～下泄流量的关系曲线 26三、总结 29、水力计算资料：某水库以灌溉为主，结合防洪、供电和发电、设带弧形闸门的驼峰堰开敞式河岸溢洪道。
1.水库设计洪水标准：百年一遇洪水（P=1%）设计相应设计泄洪流量Q=633.8 m^3/s相应闸前水位为25.39 m相应下游水位为4.56 m千年一遇洪水（P=0.1%）校核相应设计泄洪流量Q=752.5 m^3/s相应闸前水位为26.3 m相应下游水位为4.79 m正常高水位为24.0 m,汛前限制水位22.9 m。
2.溢洪道的有关资料：驼峰剖面选用广东省水科所1979年提出的形式（参阅武汉水院水力学教研室编的水力计算手册，P156图3-2-16a）。
水力学画图与计算教学文案
水力学画图与计算五、作图题(在题图上绘出正确答案)1.定性绘出图示棱柱形明渠的水面曲线，并注明曲线名称。
(各渠段均充分长，各段糙率相同) (5分)2、定性绘出图示管道（短管）的总水头线和测压管水头线。
3、定性绘出图示棱柱形明渠的水面曲线，并注明曲线名称。
(各渠段均充分长，各段糙率相同,末端有一跌坎) (5分)6、上水平分力的压强分布图和垂直分力的压力体图。
7、定性绘出图示棱柱形明渠的水面曲线，并注明曲线名称。
(各渠段均充分长，各段糙率相同)六、根据题目要求解答下列各题1、图示圆弧形闸门AB(1/4圆), A 点以上的水深H ＝1.2m ，闸门宽B =4m ，圆弧形闸门半径R =1m ，水面均为大气压强。
确定圆弧形闸门AB 上作用的静水总压力及作用方向。
解：水平分力 P x =p c ×A x =74.48kN 铅垂分力 P y =γ×V=85.65kN, 静水总压力 P 2= P x 2+ P y 2, P=113.50kN,tan = P y /P x =1.15 ∴ =49°合力作用线通过圆弧形闸门的圆心。
2、图示一跨河倒虹吸圆管，管径d ＝0.8m ，长 l =50 m ，两个 30。
折角、进口和出口的局部水头损失系数分别为 ζ1=0.2，ζ2=0.5，ζ3=1.0，沿程水头损失系数λ=0.024，上下游水位差 H =3m 。
若上下游流速水头忽略不计，程gv R l h H w 2)4(2∑+==ξλ计算圆管道断面的水力半径和局部水头损失系数9.10.15.022.0, m 2.04/=++⨯====∑ξχd AR将参数代入上式计算，可以求解得到/s m 091.2 , m /s 16.4 3===∴vA Q v即倒虹吸管内通过的流量为2.091m 3/s 。
3、某水平管路直径d 1=7.5cm ，末端连接一渐缩喷嘴通大气(如题图)，喷嘴出口直径d 2=2.0cm 。
水力学第二章第二部分
xx交通学院
下午3时39分
作业
1 -1 绘图并计算
pa A
Pa+ρgh B
1 -6 解析法：作用于任意形状平面的静水总压力F，大小等于受压面面积A与其
形心点的静水压强pc之积。
FP pc A
图解法： 静水总压力大小等于压强分布图的面积S，乘以受压面的宽度b，即 P=bS
A
下午3时39分 B
于其加速度。
（2）适用条件：a.理想液体。
b.可压缩液体及不可压缩液体
下午3时39分
c.恒定流及非恒定流
二、理想液体流线（流束）的伯努利方程
dx X 1 p dux dx x dt
dyY 1 p duy dy
y dt
dz Z 1 p duz z dt
dz
Euler方程三式分别乘以流线上两点坐标增量dx、dy、dz，则相加后得：
为速度分量，即有：
ux
dx dt
uy
dy dt
uz
dz dt
则：①
dux dt
dx
du y dt
dy
duz dt
dz
uxdux
u y duy
uz duz
1 d (u 2 ) 2
因此，方程是沿流线才适用的。——条件之二
下午3时39分
②
p dx p dy p dz dp x y z
则（1）式
(2)受力分析
(3)导出关系
公式推导
1.取微元体 在某一瞬时在运动理想流体中取出 棱边为dx，dy，dz的一微小平行六面体。
下午3时39分
2.受力分析 作用在流体上力：(1) 表面力；(2)质量力
(1)表面力（以X方向为例） 包括压应力和剪应力 左表面
计算水力学01
2
式中 t 为紊动粘性系数，字母上方的横线表示时均值
李光炽
计算水力学
2.
通用微分方程
如果用 表示通用变量，则有各方程的通用 形式：
divU divgrad S t
称为水流和输运现象的通用微分方程。通用 微分方程包含变化率项、对流项、扩散项和 源项。令因变量代表不同的物理量，并对扩 散系数 和源项S作相应的调整
化简后得：
A Q ql t x
简化过程中用到了ρ 为常数的假设。式中：Ａ为 过水断面面积，Ｑ为断面流量
李光炽
计算水力学
二、动量方程 动量方程的推导主要依据是动量守恒定律。 由于动量是一矢量，推导是建立水流流动方 向的动量方程。 通过控制面流进到控制体内的动量 ＋作用于控制体外力的冲量 ＝控制体积内动量的增量
李光炽
计算水力学
3 圣维南方程
一、连续方程 质量守恒定律： 通过控制面进到控制体的质量＝控制体内质 量增量
李光炽
计算水力学
1
( A x ) t t
2
ρQ
t+△t
t
Q
△X
1 2
Q x x
质量守恒原理示意图
李光炽
水力学1(4
18
说明静水压强对该液体质点作的功为 dm g 的这种做功本领称为液体的压强势能。
p1 。液体压强 ρg
所以， 1 ρg 就是单位重量液体在1点相对于大气压的压强 p 势能，即单位压能。 由于位能和压能均为势能，所以又将液体的单位位能z与单位
压能 p1 ρg 之和称为单位重量液体的势能，简称单位势能。 能量意义：在质量力仅为重力作用的同种相互连通的平衡液体中， 任意点相对同一位置和压强基准的单位势能都相等。 它反映了重力作用下平衡液体中能量的守恒与转换的规律， 位能和压能二者等值相互转换，总和不变。
11
2 液柱单位
根据的关系可知，任何一种压强（包括绝对压强、相对压
强和真空压强）的大小，都可以等效地用某种已知容重液体的
液柱高度来表示。
工程中，常用的液柱高度为水柱高度和汞柱高度，其单位
为mH2O、mmH2O和mmHg。 1mH2O产生的压强为9.8kPa和1000kgf/m2；
1mmH2O产生的压强为9.8Pa和1kgf/m2;
（2）用箭头在线段的一端标出静水压强的方向,并垂直指向受
压面; （3）在线段的另一端画出压强分布的外包络线。
1
2
第四节 液柱式测压计
液柱式测压计是以水静力学基本方程原理为基础，将被测压 强转换成液柱的高差进行测量的测压计。其简单、直观、精度较 高，但测量范围较小，故常用在实验室或实际生产中测量低压、
p f(x.y.z)
9
讨论： （1）设液面的 z 轴坐标用zs表示，则将 p=p0 代入上(A)式可 得液面方程为
ω2 2 ω2r 2 zs x y2 2g 2g 上式表明，液面为一旋转抛物面。因为液体中任一点的水深，则
水力学常用计算公式精选文档
水力学常用计算公式精选文档水力学是研究流体在运动中的力学原理，应用于水力工程领域。
在水力学中，常常会用到一些计算公式来估算水流的速度、压力、流量等参数。
下面是一些水力学常用计算公式。
1.流量公式：流量是水在单位时间内通过其中一截面的体积，可以通过流量公式来计算。
常用的流量公式有：- 矩形槽流量公式：Q = b * h * sqrt(2 * g * i)，其中 Q 是流量，b 是槽的底宽，h 是槽的水深，g 是重力加速度，i 是水流的比降。
- 圆管流量公式：Q = (π * d^2 / 4) * sqrt(2 * g * i)，其中 Q 是流量，d 是管道的直径，g 是重力加速度，i 是液面的比降。
2.流速公式：流速是水流通过单位截面积的速度，可以通过流速公式来计算。
常用的流速公式有：- 矩形槽流速公式：v = sqrt(2 * g * i)，其中 v 是流速，g 是重力加速度，i 是水流的比降。
- 圆管流速公式：v = sqrt(2 * g * i)，其中 v 是流速，g 是重力加速度，i 是液面的比降。
3.压力公式：压力是流体对物体单位面积的作用力，可以通过压力公式来计算。
常用的压力公式有：-静水压力公式：P=ρ*g*h，其中P是压力，ρ是液体的密度，g是重力加速度，h是液体的压头。
-动水压力公式：P=ρ*g*h+1/2*ρ*v^2，其中P是压力，ρ是液体的密度，g是重力加速度，h是液体的压头，v是流速。
4.能量公式：能量公式是描述流体在运动中能量守恒的原理，常用于研究水流的流速、压力等参数。
常用的能量公式有：- Bernoulli方程：P + 1/2 * ρ * v^2 + ρ * g * h = 常数，其中 P 是压力，ρ 是液体的密度，v 是流速，g 是重力加速度，h 是液体的压头。
-流线速度公式：v=Q/(A*δ)，其中v是流速，Q是流量，A是截面积，δ是累积端头损失。
以上是一些水力学常用的计算公式，能够帮助工程师在水力工程设计和分析中进行流量、流速、压力等参数的估算。
《图解法计算》PPT课件
如下图所示：
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16
5 年调节水库保证供水量与设计库容的关系
❖ 天然来水量和年内分配不同的情况下，调节流量和 水库所需库容的相互关系。
❖ 两个途径： 1 长系列操作法 2 典型年法
精选ppt
17
长系列操作法
❖ 根据N年来水资料和给定的需水计算每年的库容。 ❖ 把此N个库容看成随机变量，用经验频率公式
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结束语
谢谢大家！
精选ppt
27
精选ppt
2
一.水量累积曲线和水量差积曲线 1.水量累积曲线
来水和用水随时间的变化关系可以用流量过程线来表示 ，也可以用水量累积曲线来表示，均是以时间为横轴。流量 过程线纵坐标表示的是相应时间的流量数值，累积曲线纵坐 标表示的是从计算开始时刻到相应时刻的水量累积数值。
两图如下所示：
精选ppt
3
流量过程线和水量累积曲线
1 同倍比法 2 同频率法
精选ppt
20
同倍比法
❖ 以年水量为控制：
1 先对坝址断面的年径流资料进行统计分析，确定 其线型及三个统计参数Q0、CV、CS。 2 由年径流统计参数计算相应于需水保证率的年径 流量QP。 3 从实测资料中选择年径流量与QP接近且年内分配 有代表性的一年或几年作为典型年，其年平均流量 为Q典。 4 计算缩放倍比K= QP / Q典，再用此K值遍乘该典 型年实测各月平均流量，得设计典型年。
2.取任一流量数值，与所取时段相乘得到水量 数值，按水量比尺求取长度T``S；
3.连接O`S，标注数值即所选取流量数值，其 方向就表示该流量；
4.按比例延伸T``S，即可得到其他流量在比尺 上的方向。
水力学水静力学
1-8 一容器内盛有密度为ρ=930kg/m3的液体，该容器长 L=1.5m，宽1.2m，液体深度h为0.9米。试计算下述情况下 液体作用于容器底部的总压力，并绘出容器侧壁及底部的 压强分布图？
（1）容器以等加速度9.8m/s2垂直向上运动； （2）容器以9.8m/s2的等加速度垂直向下运动。
F拉 F2 （FP F1) f 142.897KN
1-14 一矩形平板闸门AB，门的转轴位于A端，已
知门宽3m，门重9800N（门厚均匀），闸门与水平面 夹角a为60°，hl为1.0m，h2为1.73m，若不计门轴 摩擦，在门的B端用铅垂方向钢索起吊。试求：（1） 当下游无水，即h3为0时启动闸门所需的拉力T；（2） 当下游有水，h3为h2时启动所需的拉力T。
解：（1）当容器旋转时，边壁最高点水深比静止液面高 1 2R 2 ;
2 2g
中心最低点比静止液面低 1 2R 2 ，所以有：
2 2g
1 2R2 2D2
0.3 0.225
2 2g 16g
1 16 0.075g 34.3rad / s
D
（2）当 34.3rad / s 时，
Z0
H
1 2
2R2
h＝ 1gh1 2 gh2 ＝4.28m g
1-4 在盛满水的容器 盖上，加上6154N的 荷载G（包括盖重）， 若盖与容器侧壁完全 密合，
试求A、B、C、D各 点的相对静水压强 （尺寸见图）。
1－4解：
荷载G作用在AB液面上
得
PA
PB
F S
G ＝7.8355KPa S
C点和D点的压强相等 由巴斯加原理有：
PC PD
水力学第五讲
a
β
Fp
A
B
Fp
C
二、静水总压力的计算
1.平面壁静水总压力
（1）图解法：
大小：P=Ωb Ω--压强分布图面积 方向: 垂直指向受压面
Fp 作用线： 过压强分 布图形心
A 作用点: 位于对 称轴上
B
Fp
C
(2) 解析法:
大小: Fp=pcA,
pc—形心处压强 方向: 垂直指向受压平面
作用点:
I y =y + y A
A
ABBຫໍສະໝຸດ CCDD
Ax
hdAx
P x = hc A x
d A cos a = d A x
静水总压力水平分力
Px =
hdA x
Ax
P x = hc A x
式中， Ax 为曲面在铅垂面上的投影面积（平面） hc 为其形心点上的水深（埋深） 作用点：Px 通过Ax平面压力中心
1.7.2静水总压力的铅垂分力
第五节 液体的相对平衡 一、基本方程
•dp=(fxdx+fydy+fzdz)
二、等角速旋转容器中液体 的相对平衡
•dp=(ω2x+ω2ydy-gdz)
ω
z
h
ω 2R2/2g
0
z
zs
y
zs=ω 2r2/2g
0
p=ρ g(ω 2r2/2g-z)
y
α
ω2ry ω2rx
2r ω
• 三、水平等加速直线运动容 器中液体的相对平衡
z
x
(5) 水平分力和 压力体绘制
Pz
P
X
Pz
Px
1.7 作用于曲面上的静水总压力
水力学各种计算
计算方法说明明渠均匀流求正常水深程序是针对棱柱体明渠（过水断面为对称梯形或矩形）恒定均匀流，已知河床底坡i ，河床糙率n,过水断面形状（b,m ），流量Q ，求解正常水深h 0。
明渠断面示意图按照谢才公式：Ri CA =Q谢才系数：611R n=C过水断面面积：h mh b A )(+= 湿周：212m h b ++=χ 水力半径：χ/A R =由此解得正常水深：)/()12()(04.0203.0220mh b m h b iQ n +++=h算法：采用迭代法求解非线性代数方程。
1. 正常水深的迭代方程为：)/()12()(04.0203.02201n n n mh b m h b iQ n h +++=+；2.假设。
进行迭代求解h ； m h 0.100=....321000h h ⇒⇒3.迭代结束的判断依据为ε<Q Q Q /|-计算|，ε为一个小值。
求临界水深程序是针对棱柱体明渠（过水断面为对称梯形或矩形）恒定均匀流，已知过水断面形状（b,m ），流量Q ，动能校正系数α，求解临界水深hc 。
明渠断面示意图临界水深公式：0132=−=c c s B gA Q dh dE α其中，――断面单位能量。
s E 由此可得：cc B A g Q 32=α过水断面面积：h mh b A )(+= 水面宽度：mh b B 2+=由此解得临界水深： 3132])/()2()/[(c c c mh b mh b g Q h ++×=算法：采用迭代法求解非线性代数方程。
1. 临界水深的迭代方程为：3132])/()2()/[(1n n n c c c mh b mh b g Q h ++×=+； 2.假设。
进行迭代求解h ；m h c 0.10=....321c c c h h ⇒⇒3.迭代结束的判断依据为ε<+n n n c c c h h h /|1－|并且ε<++11/|n n n c c c h h h －|，ε为一个小值。
用CAD进行水力学分析与设计
用CAD进行水力学分析与设计水力学是研究液体在静力学和动力学条件下的运动规律的科学。
在实际工程中，CAD（计算机辅助设计）软件提供了强大的工具，可以帮助工程师进行水力学分析和设计。
本文将介绍如何利用CAD软件进行水力学分析与设计的基本方法和技巧。
首先，在进行水力学分析与设计之前，我们需要准备好必要的输入数据。
这包括液体的物性参数、管道的几何形状和边界条件等。
物性参数通常包括密度、粘度和介质的流量等。
几何形状包括管道的直径、长度和弯头的类型等。
边界条件指定了入口和出口的压力以及其他可能的限制条件。
接下来，我们可以使用CAD软件来创建模型。
首先，我们可以使用绘图工具来绘制管道的几何形状。
在CAD软件中，我们可以选择合适的绘图功能，例如直线、曲线和圆等，来创建实际的管道模型。
在绘制过程中，我们应该确保准确地绘制管道的尺寸和形状，以便后续的水力学分析和设计。
一旦我们完成了管道模型的绘制，我们可以开始进行水力学分析。
在CAD软件中，我们可以使用流体力学分析工具来计算液体在管道中的压力、速度和流量等参数。
根据所选择的软件，我们可以使用不同的数值方法（如雷诺平均法或拉格朗日法）来模拟水流的运动。
通过在模型中指定边界条件和物性参数，我们可以获得关于液体运动的详细信息。
除了基本的水力学分析，CAD软件还可以用于水力学设计。
在设计过程中，我们可以通过更改管道的几何形状、优化流道、添加阀门和泵等来改善水流性能。
CAD软件提供了建模和仿真的工具，我们可以根据设计要求进行不同的修改和测试。
通过不断地优化和修改设计，我们可以达到满足特定需求的最佳设计方案。
在进行水力学分析与设计时，我们还可以利用CAD软件提供的可视化功能。
通过绘制流线图、压力图和速度图等图形，我们可以直观地了解流体在管道中的运动规律。
这些可视化工具可以帮助我们更好地理解和分析水流的行为，从而优化设计方案。
总之，CAD软件为水力学分析与设计提供了强大的工具和功能。
水力学静水压力.ppt
§2-5 压强的单位及液柱式测压计
一、压强的单位
1、用应力单位表示
2、用大气压表示 3、用液柱高度表示
N / m2 或Pa
1个工程大气压=98KPa=9800Pa
1个工程大气压=9800Pa=10m水柱=735mm水银柱
二、液柱式测压计
1、测压管 2、水银测压计
p A hA
p A m hm z
Pz V
作用在曲面上静水总压力的垂直分力 Pz 等于其压力体的重量。 2、压力体的绘制和 P z 的方向
（1）压力体是由曲面本身、过曲面边缘的铅直面、自由液面
（或自由液面的延长面）包围而成的体积。 （2）压力体不一定由实际水体构成，故分为实压力体和虚压力体。
（3） P 的作用线通过压力体的体积形心 z 四、静水总压力 大小： P Px2 Pz2 方向：
Px P1e1 P2 e2
2h1 h2 x 3 h1 h2
三、解析法（适用于任意形状的平面） 首先复习材力知识 静矩=
yd y
c
惯性矩 J x y 2 d J c yc2
1、大小
dP hd
y sin d
abs
如图：若 p0 为相对压强，
P P rh
B 0
P P rh P
Babs 0
a
若P 为绝对压强， 0
p p h
Babs 0
p p h p
B 0
a
若开口（不封闭） pB
h
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， 则称该点存在真空。 真空度 pK pa pabs p
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五、作图题(在题图上绘出正确答案)1.定性绘出图示棱柱形明渠的水面曲线，并注明曲线名称。
(各渠段均充分长，各段糙率相同) (5分)2、定性绘出图示管道（短管）的总水头线和测压管水头线。
3、定性绘出图示棱柱形明渠的水面曲线，并注明曲线名称。
(各渠段均充分长，各段糙率相同,末端有一跌坎) (5分)4、定性绘出图示曲面AＢＣ上水平方向的分力和铅垂方向压力体。
(5分)6AB 上水平分力的压强分布图和垂直分力的压力体图。
AB7、定性绘出图示棱柱形明渠的水面曲线，并注明曲线名称。
(各渠段均充分长，各段糙率相同)KKi < i 1k i >i 2k六、根据题目要求解答下列各题1、图示圆弧形闸门AB(1/4圆), A 点以上的水深H ＝1.2m ，闸门宽B =4m ，圆弧形闸门半径R =1m ，水面均为大气压强。
确定圆弧形闸门AB 上作用的静水总压力及作用方向。
解：水平分力 P x =p c ×A x = 铅垂分力 P y =γ×V=, 静水总压力 P 2= P x2+ P y2, P=,tan = P y /P x = ∴=49°合力作用线通过圆弧形闸门的圆心。
2、图示一跨河倒虹吸圆管，管径d ＝0.8m ，长 l =50 m ，两个 30。
折角、进口和出口的局部水头损失系数分别为 ζ1=，ζ2=，ζ3=，沿程水头损失系数λ=，上下游水位差 H =3m 。
若上下游流速水头忽略不计，求通过倒虹吸管的流量Q 。
HROBR测压管水头总水头线v 0=0v 0=0解： 按短管计算，取下游水面为基准面，对上下游渠道内的计算断面建立能量方程gv R l h H w 2)4(2∑+==ξλ计算圆管道断面的水力半径和局部水头损失系数9.10.15.022.0, m 2.04/=++⨯====∑ξχd AR将参数代入上式计算，可以求解得到/s m 091.2 , m /s 16.4 3===∴vA Q v即倒虹吸管内通过的流量为2.091m 3/s 。
3、某水平管路直径d 1=7.5cm ，末端连接一渐缩喷嘴通大气(如题图)，喷嘴出口直径d 2=2.0cm 。
用压力表测得管路与喷嘴接头处的压强p =49kN m 2，管路内流速v 1=0.706m/s 。
求水流对喷嘴的水平作用力F (可取动量校正系数为1)解：列喷嘴进口断面1—1和喷嘴出口断面2—2的连续方程：得喷嘴流量和出口流速为：sm00314.0311==A v Qs m9.922==A Qv对于喷嘴建立x 方向的动量方程)(1211x x v v Q R A p -=-ρβ 8.187)(3233=--=v v Q A p R ρN水流对喷嘴冲击力:F 与R , 等值反向。
4、有一矩形断面混凝土渡槽，糙率n =，底宽b ＝1.5m ，槽长L ＝120m 。
进口处槽底高程Z 1=52.16m ，出口槽底高程Z 2＝52.04m ，当槽中均匀流水深h 0=1.7m 时，试求渡槽底坡i 和通过的流量Q 。
解： i=（Z 1-Z 2）/L =55.2==bh A m 2d 1v 1Px22 1 1R9.42=+=h b xm52.0==xAR ms /m 06.6412161==R nCv=C (Ri )＝1.46m/s Q= vA=3.72m 3/s 。
5、有一矩形断面混凝土渡槽(n =，底宽b ＝1.5m,槽长L ＝116.5m 。
进口处槽底高程Z 1=52.06m ，当通过设计流量Q ＝7.65m 3/s 时，槽中均匀流水深h 0=1.7m ，试求渡槽底坡和出口槽底高程Z 2？6、图示水箱一侧有一向上开口的短管，箱内水位恒定，水通过管嘴向上喷射。
若管嘴出口至水箱水面的高度h =5 m ，短管的总水头损失是短管流速水头的倍，取动能校正系数α=1。
求管嘴的出流速度v 及此7、求图中矩形面板所受静水总压力的大小及作用点位置，已知水深H=2 m ，板宽B ＝3m 。
8、图示一跨河倒虹吸管，正方形断面，边长b =0.8m ，长 l =50 m ，两个 30。
折角、进口和出口的局部水头损失系数分别为 ζ1=，ζ2=，ζ3=，沿程水头损失系数 λ=，已知通过流量 Q =2.662m 3/s 。
若上下游的行进流速水头忽略不计，求上下游水位差H 。
9、有一水电站引水钢管，管道长度 L=2000 m ，管中水流的流速v=2 m/s ，管道水击波波速C ＝1172 m/s 。
由于管道末端阀门在2秒内完全关闭，产生水击。
10、测定90题图所示。
已知试验段 AB 管曲率半径R ＝d 测AB 两端测压管水头差△h 体体积为0.028m 311、＝120m 。
进口处槽底高程Z 1槽中均匀流水深h 0=1.7m 12、某溢流坝下收缩断面处水深h c =1.1m ，已知单宽流量q ＝14.72m 2/s ，当坝下游水深h t =4.7m 时，1）求对应收缩断面处水深h c 的跃后水深h c22）坝下游发生何种形式的水跃？是否需要修建消能工？解：1)计算临界水深h k ，判断收缩断面和下游水流流态， 81.28.972.143232===g q h kαm 因为收缩断面水深 h c =1.1 m h k 为急流，下游水深h t =4.7m h k 为缓流，所以溢流坝下游必定发生水跃。
2）计算收缩断面处水深h c 的共軛水深h c2h c2＝)181(232-+cc gh q h＝)11.18.972.1481(21.132-⨯⨯+⨯＝5.81m 因为 h c2 h t ，该水跃为远驱水跃。
3）溢流坝下游发生远驱水跃，需要修建消力池。
13、 矩形断面渠道中有一平板闸门，渠宽b ＝3m 。
闸前水深H ＝4m ，闸下收缩断面水深h c =0.8m ， 已知渠道流量Q =18m 3/s 。
取动能和动量校正系数 均为1。
求水流作用于闸门上的作用力。
14、已知如图所示水平安装的文丘里流量计， 已测得压强γ1p =0.5m ，γ2p =-0.2m ，水管的横断面积A 1=0.002m 2，A 2=0.001m 2, 不计水头损失，求通过文丘里流量计的流量 Q 为多少？15、管道直径 d = 10 mm ，通过流量 Q = 20 cm 3/s ，运动粘度= 0.0101 cm 2/s 。
问管中水流流态属层流还是紊流？若将直径改为 d = 30 mm ，水温、流量不变，问管中水流属何种流态？16、有一水电站引水钢管，管道长度 L=2000 m ，管中水流的流速v=2 m/s ，管道水击波波速C ＝1172 m/s 。
由于管道末端阀门在2秒内完全关闭，产生水击。
试判断水击类型；并求管中水击压强水头ΔH 。
17、某矩形断面河道中建筑有一座WES 堰型溢流坝，溢流堰宽b ＝10m ，在设计水头H d =2.50m 时的流量系数为m d =，堰高P 1=16m 。
问：（1）不考虑侧收缩和淹没影响，求通过堰型溢流的流量Q 。
（2）若坝下收缩断面处水深h c =0.8m ，当坝下游水深h t =3.5m 时，坝下游是否发生水跃？如发生水跃，属于何种形式的水跃？是否需要修建消能工？18、有一矩形断面渠道底宽b ＝1.5m ，底坡i ＝，糙率n ＝，当槽中均匀流水深h 0=1.7m 时，试求通过的流量Q 。
19、图示一水平放置的弯管，直径D=0.2 m ，转角α=90°，1－1断面管轴处的动水压强为p 1=40kN/m 2，2－2断面与大气连通，管中流量为Q ＝0.1m 3/s ，求水流通过弯管时对管壁的作用力。
（取动能校正系数和动量修正系数均为1）20、求图中圆弧形闸门AB 所受静水总压力的大小及方向。
已知水深H=4 m ，板宽B ＝2m 。
HAB1122D21、有一浆砌块石的矩形断面渠道，糙率n= ，宽b= 6m，当Q = 14.0m3/s时，渠中均匀水深h = 2m ，试判断渠道中的明渠水流流态。
22、某矩形断面渠道，通过的流量为Q=30m3/s，底宽为b=5m，水深为h=1m，判断渠内水流是急流还是缓流？如果是急流，试计算发生水跃的跃后水深是多少。
23、某矩形断面渠道中建有单孔平板闸门，已知平板闸门的宽度b＝6 m，闸前水深为 H=4m，闸孔流量系数μ=，闸门开度e=0.5m，闸底板与渠底齐平。
（1）不计闸前行进流速水头，按自由出流求过闸流量Q。
（2）若闸下收缩水深h c＝0.4m，下游水深h t=2.5m，判断闸下水跃衔接的形式，并确定是否需要修建消力池？。
门重G=9800N，α=60°，h1 =1m，h2=1.73m。
试求：下游有水时启门力T，25、有一水平放置的管道(如图)。
管径d1=10 cm，d2=5 cm。
管中流量Q v=10 L/s。
断面1处测管高度H=2 m1。
求水流作用于收缩段管壁上的力。
26、有一浆砌块石的矩形断面渠道，糙率n= ，宽b= 5m，当Q = 15.0m3/s时，渠中均匀水深h = 2m ，试判断渠道中的明渠水流流态。
27、有一单孔水闸，平板闸门孔宽＝3.0 m，闸门开度e = 0.5m，闸前水深H＝6.0 m，闸孔流量系数μ=，闸底板与渠底齐平。
不计闸前行进流速水头，按自由出流求过闸流量Q。
28、水温 10。
C 时水流的运动粘滞系数为 = 0.0131 cm 2/s ，水管的直径为 10 cm ，管中流速为 100cm/s ，试判别水流流态。
29、有一矩形断面渠道均匀流，底宽 b =10 m ，水深 h = 3 m ，糙率 n = ，底坡i = 。
如流动在紊流粗糙区，求谢才系数C 和流量Q ，并判别是急流还是缓流。
30、有一虹吸管(如图)。
已知管径d =10 cm ，h 1=1.5 m ，h 2=3 m ，不计水头损失，取动能校正系数α＝1。
求断面c －c 中心处的压强p c 。
32、有一单孔水闸，平板闸门孔宽b ＝3.0 m ，闸门开度e =0.5 m ，闸前水深H ＝6.0 m ，闸孔流量系数μ=，闸底板与渠底齐平。
不计闸前行进流速水头，按自由出流求过闸流量Q 。
33、某单孔WES 型实用堰，孔净宽=18.0 m ，上游堰高P =35m ，堰顶水头H =3.2m ，已知实用堰的流量系数m = ，不考虑侧收缩系数影响。
堰下游收缩断面的水深h c =0.5m ，收缩断面的宽为54m ，下游水位低于堰顶，下游水深h t =3.5m 。
（1） 求通过实用堰的流量Q（2） 确定堰下游水跃衔接形式，说明堰下游是否需要修建消能设施？ （3） 如采用底流式消能，消能池中的水跃应达到什么要求？Hh ch te34、图示直径为 20mm，长 450m 的管道自水库取水并泄入大气中，出口比水库水面低 13 m，已知沿Q 。