水力学知识点讲解
四川省考研水利工程复习资料水力学重点知识点总结
四川省考研水利工程复习资料水力学重点知识点总结水力学作为水利工程的核心学科，在考研复习中占据着重要地位。
下面，将对四川省考研水利工程复习资料中水力学的重点知识点进行总结，帮助考生更好地备考。
一、水力学基本概念1.1 流体力学基本概念流体：指能够流动的物质，包括气体和液体。
连续介质假设：将流体看作是连续分布的，忽略其内部的微观结构。
质量守恒定律：单位时间内通过单位面积某点的质量是恒定的。
动量守恒定律：单位时间内通过单位面积某点的动量是恒定的。
能量守恒定律：单位时间内通过单位面积某点的能量是恒定的。
1.2 流动的描述与性质流动：介质内部因受到外力而发生的相对运动。
流速：单位时间内通过某一横截面的液体体积与该横截面的面积之比。
流量：单位时间内通过某一横截面的液体体积，也叫单位时间的流入或流出体积。
雷诺数：描述流体的流动状态，是流体惯性力与粘性力比值的量纲。
黏性流体与非黏性流体：黏性流体的流动过程中，分子之间有相互作用力；非黏性流体的流动过程中，分子之间无相互作用力。
二、流体静力学2.1 流体静力学基本方程流体静力学：研究在静止流体中，流体受力和流体静压力的性质和分布规律。
流体静力学方程：描述流体静力学的基本方程，包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
2.2 流体静力学应用大气压力与高度关系：大气压力随着高度的增加而减小，符合指数函数的规律。
大气压力的测定：常用水银柱压力计来测定大气压力。
浮力与浸没：浮力作用在物体上的大小等于物体排开的流体质量。
压力的传递：静水的容器中，液体的压力大小与液体深度和液体密度有关。
三、流体动力学3.1 流体动力学方程流体动力学：研究流体在运动状态下的力学性质和流动规律。
流体动力学方程：包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
3.2 流体动力学应用流动的类型：包括层流和紊流两种类型。
雷诺实验：通过改变流体的速度和管道直径等因素，观察流动状态的转变。
导水管道与水泵：根据流体静力学和流体动力学的原理，设计和使用导水管道和水泵。
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。
水力学知识点
水力学知识点水力学是一门研究液体在静止和运动状态下的力学规律及其应用的学科。
它在水利工程、土木工程、环境工程等领域都有着广泛的应用。
下面让我们来一起了解一些重要的水力学知识点。
一、水的物理性质水是一种常见的液体，具有一些独特的物理性质。
首先，水的密度在标准大气压下约为 1000 千克/立方米，但其密度会受到温度和压力的影响。
温度升高时，水的密度会减小；压力增大时，水的密度会略有增加。
水的粘性是另一个重要的物理性质。
粘性表示液体内部抵抗相对运动的能力。
水的粘性相对较小，但在一些情况下，如在管道中的低速流动或边界层内，粘性的影响不可忽略。
此外，水的表面张力也是值得关注的。
表面张力使得水滴能够保持一定的形状，并且在一些微小通道或界面现象中起着重要作用。
二、静水力学静水力学主要研究静止液体的力学特性。
压强是静水力学中的一个关键概念。
液体中某点的压强等于该点上方液体的重量除以受力面积。
在同一水平面上，液体中的压强处处相等。
帕斯卡定律指出，在密闭容器内，施加于静止液体上的压强将以等值传递到液体各点。
这一定律在液压系统中有着广泛的应用。
对于一个浸没在液体中的物体，其所受到的静水压力等于压强乘以受压面积。
通过计算物体各个表面所受的压力，可以确定物体所受的合力和合力矩。
三、水流的分类水流可以根据其流动状态分为层流和紊流。
层流时，液体质点作有条不紊的线状运动，各层液体之间互不混杂。
紊流则是液体质点的运动轨迹极为紊乱，质点之间相互掺混。
判断水流是层流还是紊流，通常使用雷诺数。
当雷诺数小于某一临界值时，水流为层流；当雷诺数大于该临界值时，水流为紊流。
水流还可以根据空间变化分为一元流、二元流和三元流。
一元流是指液体的运动参数仅在一个方向上有变化；二元流在两个方向上有变化；三元流则在三个方向上都有变化。
四、水流的能量方程伯努利方程是水力学中描述水流能量守恒的重要方程。
它表明在理想不可压缩液体的稳定流中，沿同一流线，单位重量液体的动能、势能和压力能之和保持不变。
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 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
水力学ppt课件
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》自己复习整理知识框架
《水力学》自己复习整理知识框架水力学是研究水流在各种流动条件下的物理规律的学科。
水力学的研究对象包括河流、湖泊、水库、海洋等自然水体的运动规律，以及水力工程中涉及的渠道、管道、泵站等的水流行为。
以下是水力学的知识框架及复习整理。
一、基本概念和基本方程1.水力学的研究对象、目标和意义2.水的物理性质及其在水力学中的应用3.流动的基本概念：流线、流量、流速、剖面平均流速、平均流速、瞬时流速、表观流速、临界流速等4.流体运动的宏观描述：物质守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律5.海森堡统一速度场二、流态分类和力学特性1.流态分类：层流和湍流2.湍流的产生和发展机制3.湍流的统计特性：平均流速、涡度、雷诺应力、雷诺应力公式等4.湍流的判别方法和湍流的传输性质三、流动的基本方程1.牛顿第二定律和欧拉方程2.曼宁公式和雨道公式3.马克斯韦方程组和势流理论4.控制体分析法和控制体微分形式四、流动的能量方程1.泊肃叶方程和能量守恒方程2.流动过程中的能量转化和能量损失3.流体摩擦和阻力的计算五、水力学实验和模型1.水力学原理实验、水工模型2.模型尺度和相似理论3.型流和真流的关系4.实测资料的处理和分析六、流动的计算方法1.数值方法在水力学中的应用2.一维水流数值模拟方法3.CFD在水力学中的应用4.流动的计算机模拟与可视化技术七、水动力学1.水体运动的动力学机制2.水体运动的力学特性3.溶解氧和氨氮的弥散4.水体温度和盐度的传输以上是《水力学》的知识框架和复习整理，通过掌握这些知识点，可以对水力学的基本概念、基本方程和流态分类等进行全面地理解和复习。
同时，了解水力学实验和模型、流动的计算方法以及水动力学等内容，可以为深入研究水力学提供一定的基础。
在复习过程中，可以结合教材、参考书籍和相关研究论文进行学习和理解，通过刷题和实践练习来提高对该学科的应用能力和实际问题解决能力。
天津市考研水利工程复习资料水力学核心知识点整理
天津市考研水利工程复习资料水力学核心知识点整理天津市考研水利工程复习资料：水力学核心知识点整理水力学是研究水的运动、水流的变化规律以及水与固体物质相互作用的力学学科。
它是水利工程领域的核心学科之一，对于水利工程的设计、建设和管理具有重要意义。
本文将对天津市考研水利工程复习中的水力学核心知识点进行整理，帮助考生系统学习和掌握。
一、水力学基本概念1. 水力学的定义及研究对象水力学是研究水的运动、水流的变化规律以及水与固体物质相互作用的力学学科。
研究对象包括水流的稳定性、液体的运动规律、水流与固体物质之间的相互作用等。
2. 流体的基本性质流体是指能够流动的物质，包括液体和气体。
流体的基本性质包括密度、粘度、压力和流速等。
3. 流体静力学流体静力学研究的是静止的流体及其受力情况。
根据帕斯卡原理，流体中的每一点受到的压力相等。
流体静力学的关键概念包括压强、大气压和压力之间的关系。
二、亚声速流动和超声速流动1. 亚声速流动亚声速流动是指流体流动速度小于声速的情况。
亚声速流动的特点是流体的运动速度相对较小，流速变化较缓慢，流动中没有明显的压力波。
2. 超声速流动超声速流动是指流体流动速度大于声速的情况。
超声速流动的特点是流体的运动速度相对较大，流速变化剧烈，流动中存在明显的压力波。
三、水的运动方程与动量方程1. 水的连续性方程水的连续性方程是基于质量守恒定律推导出来的，用于描述流体的质量守恒。
连续性方程可以表达为质量流量在流体流动中的守恒。
2. 水的动量方程水的动量方程描述了水体受力及其对周围环境造成的作用。
动量方程包括质量力和体积力对水体的作用，在水力学分析中具有重要的应用价值。
四、流体流动的稳定性与失稳性1. 流动的稳定性稳定性是指流体流动在不受外力干扰的情况下，流动状态是否保持不变。
流动的稳定性受到多种因素的影响，如雷诺数、流速分布的均匀性以及外界条件的变化等。
2. 流动的失稳性流动的失稳性是指流动状态的微小扰动会引起原来的流动模式发生变化的情况。
大一水力学知识点总结
大一水力学知识点总结水力学是工程力学的分支学科，主要研究流体（包括气体和液体）在液体静力学、液体动力学和液体稳定性等方面的基本原理与问题。
以下是大一水力学课程中的一些重要知识点的总结：一、水的基本性质1.密度和比重：水的密度及与其他物质的比重的计算方法。
2.流体的连续性方程：质量守恒定律，按照质量守恒定律推导流体的连续性方程。
二、液体静力学1.压力：压力的定义、计算公式及单位。
应力与压力的关系。
2.压力变化的原因：液体的自重、外部力及压强的作用。
3.水压力：水深及所受压力的计算公式。
4.压力分布：液体静压力在容器内的分布规律。
5.压力测量：压力计的原理及常见压力计的使用方法。
三、液体动力学1.流体力学基本假设：连续介质假设、定常流动假设和不可压缩流动假设。
2.流体运动的描述：流体速度和流线、流束、通量等概念的介绍。
3.流动的区域和轴线：通过描述轴线以及轴线所围成的流动区域来描述流动。
4.流量和流速：流量的计算公式以及流量与流速的关系。
5.流体的黏性：黏性力的概念及黏性对流动的影响。
四、一维流动1.管道流量：根据不同的管道流量类型，如层流、过渡流和紊流，计算流量。
2.流量与速度的关系：通过流速与管道横截面积的乘积得到流量。
3.法则表达式：流量与速度、管道截面积和液体的密度和黏度之间的关系。
4.流速分布：流体在管道内的流速分布规律及影响因素。
五、流体动力学方程1.动量守恒定律：根据动量守恒定律推导得到的动量守恒方程。
2.流体的浮力：根据浮力定律及阿基米德原理计算浮力。
3.流体的流量守恒定律：斯托克斯定理和贮水定理。
4.能量守恒定律：能量守恒定律的推导以及计算应用。
六、水力学计算方法1.水的工程应用：水力设计的基本要求。
2.水流计算：水流速度、流量、截面的计算。
3.快速流与水堰泄洪：剪切流速、均布流量、堰式水电站等的计算。
本文总结了大一水力学课程的一些重要知识点，包括水的基本性质、液体静力学、液体动力学、一维流动、流体动力学方程以及水力学计算方法等。
水力学知识点总结
水力学知识点总结水力学是一门涉及流体力学的应用分支，主要研究大气、洪水、潮流、海水和其他水体流动的规律，是水利、海洋、环境等领域的重要基础理论。
水力学的研究具有重要的现实意义，可为水利工程和水环境保护提供基础理论支持。
一、水体流速水力学中最重要的一个概念是流速，是指水体在江河或湖泊表面、管道或渠道中的运动速度。
流速可以是恒定的，也可以是变化的，常常受到水体的形态、地形和静水压力等因素的影响。
一般情况下，运动水体的流速越大，水体的压力越大，流量也越大。
二、水体压力水力学中还涉及水体的压力。
它是指水体表面所受的垂直力，是施加在水体上的压力与密度的乘积。
压力的大小取决于水体的形态、体积、温度和物质的混合情况等。
三、水体受力水力学中还涉及水体受力的问题，它是指水体运动时受到的力，如摩擦力、重力力等。
摩擦力是水体在渠道内的内部摩擦，受水体的流动速度、渠道或管道的形状和尺寸、水体的粘度等因素的影响。
重力力则是水体由高处往低处流动时受到的力，表现为水体出现上下流动，其力量是由水体的坡度、深度、流速等因素决定的。
四、流速场流速场是水体运动中不同位置、时间上流速分布的空间变化情况，即流速随着位置和时间的变化而变化。
流速场可以用数学方法或实验方法进行测量，可以用来研究水体的运动特性。
五、洪水洪水是指降水量大于雨水融化和地面蒸发量，导致河流和湖泊水位上升的现象，是水力学中的重要内容。
通过对洪水的研究，可以提出洪水管理的技术原则，以及建立水库、堤坝、排洪渠等水利工程，为防洪险治理等提供理论指导。
六、潮流潮流是指海水上涨(潮汐)和下降(涨潮)的现象，是水力学中一个重要研究内容。
潮流的研究主要是研究潮汐的周期性变化和水位的变化，以及潮汐的影响等，可以为海洋工程设计提供参考。
七、水力机械水力机械指以水体动力为主要驱动力的机械设备，包括水力发电机、水轮机、涡轮机等。
水力机械的运行必须符合水力学的规律，因此，研究水力机械运行过程中的水力学规律，也是水力学研究时不可忽视的重要内容。
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：
水力学复习要点
水力学重点名词解释黏滞性：在运动状态下,液体所具有(de)抵抗剪切变形(de)能力,称为黏滞性.P5内摩擦力：在剪切变形过程中,液体质点间存在着相对运动,使液体不但在与固体接触(de)界面上存在切力,而且使液体内部(de)流层间也会出现成对(de)切力,此称为液体内摩擦力.P5牛顿液体与非牛顿液体：凡液体内摩擦切应力与流速梯度成过原点(de)正比例关系(de)液体,称为牛顿液体.凡与牛顿内摩擦定律不相符(de)液体,称为非牛顿液体.P6理想液体：没有黏滞性(de)液体,称为理想液体.P6流体(de)分类：一些多分子结构简单(de)液体,如水、酒精、苯、各种油类、水银和一般气体多属于牛顿液体.泥浆、血浆、重水中悬浮核燃料颗粒而形成(de)(de)流体、胶溶液、橡胶、纸浆、血液、牛奶、水泥浆、石膏溶液、油漆、高分子聚合物溶液等均属于非牛顿流体.汽化：液体分子逸出液面向空间扩散(de)现象,称为汽化.P7汽化发生(de)条件：液体中某处(de)绝对压强小于等于汽化压强.P8力(de)分类：作用在液体上(de)力按力(de)物理性质可分为黏性力、重力、惯性力、弹性力和表面张力等,按力(de)作用特点又可分为质量力和表面力两类.P9表面力：作用于液体隔离体表面上(de)力,称为表面力.按连续介质假说,表面力应连续分布在隔离体表面上.在静止液体或无相对运动(de)液体中,作用于液体表面(de)表面力只有压力.P9静水压强(de)特性：1垂直指向作用面2同一点处,静水压强各向等值.P12等压面：液体中压强相等各点所构成(de)曲面,称为等压面.在等压面上质量力所做(de)微功等于零.在静止液体中,质量力与等压面必互相垂直.重力液体(de)等他面是与重力加速度互相垂直(de)曲面.P15压强(de)表示方法：1用单位面积上(de)力表示：用应力单位Pa. 2用液柱高度表示 3用工程大气压Pa(de)倍数表示.P17真空值与真空度：绝对压强小于大气压强时(de)水力现象,称为真空.大气压强与绝对压强(de)差值,称为真空值.真空高度,又称真空度.P18拉格朗日法与欧拉法(de)区别：欧拉法和拉格朗日法(de)不同点是它只以空间点(de)流速,加速度为研究对象,并不涉及液体质点(de)运动过程,也不过考虑各点流速及加速度属于哪一质点,这就大大简化了对运动(de)分析方法.P41流线：所谓流线,即同一时刻与流场中各质点运动速度矢量相切(de)曲线.P42流谱：欧拉法用一系列流线来描绘流场中(de)流动状况,由此构成(de)流线图,称为流谱.P43流管：在流场中取一封闭(de)几何曲线,在此曲线上各点作流线,则可构成一管状流动界面,此称为流管.P43流股：流管内(de)液流,称为流股,又称为流束.P43过水断面：垂直于流线簇所取(de)断面,称为过水断面.P44元流：过水断面无限小(de)流股,称为元流.元流上各点(de)流速压强都相等.P44总流：无数元流(de)总和,称为总流.P44液流分类：1运动要素不随时间变化(de)流动称为恒定流,否则称为非恒定流.2流线簇彼此呈平行直线(de)流动,称为均匀流；否则称为非均匀流.（非均匀流中,又可分为渐变流与急变流两类.流线簇彼此呈平行直线(de)流动,称为渐变流,又称为缓变流.流线簇彼此不平行,流线间夹角大或流线曲率大(de)流动,称为急变流.）3过水断面(de)全部周界都与固体边界接触且无自由表面,液体压强不等于大气压强(de)流动称为有压流,如自来水管中(de)水流属于此类.过水断面部分周界具有自由表面(de)流动,称为无压流或明渠流.P47能量方程(de)应用条件：1恒定流2不可压缩液体3重力液体4两计算断面必须为渐变流或均匀流,但两断面可以有渐变流存在.P60位置水头：计算点距基准面(de)位置高度；在水力学中称为位置水头,它表征单位重量液体(de)位置势能,简称单位位能.P53测压管水头：测压管水面距基准面(de)高度,称为测压管水头.或单位重量液体(de)总势能,简称单位总势能.P53水头损失：单位重量液体沿元流（或流线）两点间(de)能量损失.水力坡度：单位长度上(de)水头损失,称为水利坡度,以J表示；单位长度上(de)测压管水头变化,称为测压管坡度,以Jp表示.P54动量方程应用要点：详见P64层流：管中液体质点在流动中互不发生混掺而是在分层有序(de)流动,这种流动称为层流.P72紊流：液体质点间互相掺杂(de)无序无章流动,称为紊流,又称为湍流.P72临界雷诺数：详见P74湿周：过水断面中液体与固体接触(de)边界长度.P74水力半径：过水断面(de)面积与湿周(de)比值.水头损失(de)分类：沿程阻力造成(de)水头损失,称为沿程水头损失.局部阻力造成(de)水头损失,称为局部水头损失.P71达西公式：详见P79黏性底层：在紧靠管壁附近(de)液层流速从零增加到有限值,速度梯度很大,而管壁抑制了其附近液体质点(de)紊动,混合长度几乎为零.因此,在这一液体层内紊流附加切应力为零,黏性切应力不可忽视,这一薄层称为黏性底层或层流底层.P83尼古拉兹试验区域特点：详见P85当量粗糙度：和工业管道沿程阻力系数相等(de)同直径人工均匀粗糙管道(de)绝对粗糙度.P87局部阻力系数：有压管路液流射入大气(de)出口,此称为自由出流,值为0.有压管路液流在水下(de)出口,此称为淹没出流,值为1.P94计算题曼宁、谢才公式（P88）(de)计算题局部水头损失(P92)(de)计算静水压力(de)计算(平面P24曲面P29)联立连续、动量、能量三大方程(de)计算（P50-62）。
教材水力学知识讲座课件
一、城市消防
供水方面的问题
第一 部分
第一 部分
我国是个水源缺乏的国家，
人均水资源占有量只是世界人 均占有量的四分之一，全国六 百多个城市，有三百多个城市 缺水。导致城市供水不足，无 法满足消防用水的需要，这将 使市政消火栓给消防车加水时 间大大加长，有的消火栓根本 无法使用，满足不了火场用水 的需要。
第一 部分
我国城市的消防水源，大都是 来自城市给水管网，给水管网 大都是集生产、生活、消防 “三合一”的供水功能于一身。
随着城市的不断发展，城市消 防用水要求也不断提高，而这 样的城市供水方式难以满足消 防给水对压力和流量的要求， 以及消防管线的配置需要。
第一 部分
城市火灾现场往往水压不
足，在需要加压时，自来水公 司常采取关闭其他管线，使局 部水压增高的做法，我国目前 城市供水管网大都是低压系统 供水，“三合一”的供水模式 因系统过于庞大，往往很长时 间仍不能奏效。水压上不去， 严重影响火场供水需要。城市 消防供水矛盾突出，欠帐太多， 问题尖锐。
附
钱颖滨：辽宁省消防局教导
录
大队高级工 程 师。
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谢谢
结束
二、市政消火 第二 栓方面的问题
部分
《建筑设计防火 规范》中对市政 第二 消火栓设置作了 部分 如下规定：
第二 部分
第8.3.2条：室外消火栓应沿道 路设置,道路宽度超过60米时,宜在 道路两边设置消火栓.并宜靠近十 字路口;室外消火栓的间距不应超 过120米;室外消火栓的保护半径 不应超过150米;室外地上式消火 栓应有一个直径150毫米或100毫 米和两个直径65毫米的栓口。室 外地下消火栓应有100毫米和65毫 米栓口各一个,并有明显的标志。
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。
水力学课件
03
智能化与自动化技术
智能传感器、机器学习、自动化监测等技术的应用，提高了水力学研究
的效率和精度，为水资源管理和防洪减灾提供了有力支持。
水资源短缺与水灾害问题
水资源短缺
随着全球人口的增长和经济的发展，水资源的需求日益增加 ，而可利用的水资源却日益匮乏，这给人类社会的发展带来 了严峻的挑战。
水灾害
自然灾害中，洪水、暴雨等水灾害频繁发生，给人类生命财 产安全带来了严重威胁，如何有效防范和应对水灾害是当前 亟待解决的问题。
水力学课件
• 水力学基础知识 • 水力学的基本原理 • 水力学的研究方法 • 水工建筑物的水力学 • 水污染与防治 • 水力学的发展趋势与挑战
01
水力学基础知识
水力学的发展史
01
02
03
古代水力学
古代文明中对水的利用和 认识，如灌溉、水利工程 、船舶航行等。
近代水力学
19世纪末至20世纪初，水 力学作为一门独立的学科 ，研究内容偏向于水流的 基本规律和工程应用。
水污染的来源
水污染的来源主要包括工业废水 、生活污水、农业污水、固体弃
废物渗滤液等。
水污染的危害
水污染可导致饮用水水质恶化， 引发传染病暴发，破坏水生生态 系统，影响渔业和农业产量等问
题。
水污染防治技术
污水处理技术
包括物理处理、化学处理、生物处理等。
污废水回用技术
包括膜分离技术、逆渗透技术、离子交换技术等 。
现代水力学
20世纪中期至今，水力学 研究领域不断扩展，包括 水流的动力学、水环境、 水生态等方面。
水的性质与运动形态
水的物理性质
包括密度、粘度、表面张力等， 影响水的运动和相互作用。
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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=p0+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/m2=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（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:过水断面上液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：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 1A1= v 2A2 ,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J= —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 1z）β—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，V1i,V2i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（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：P1- P2- R x =ρQ (v2-v1)∴ R x= P1 - P2 -ρQ (v2-v1)对于所取的两渐变流断面：P1=1/2γH2B； P2=1/2γh c2B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。
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＜105 n=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=f1(Re)=光滑区：λ= f2 (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=（3～4）d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。