第八次课(水力学计算公式讲解)
水力学(8)
一、是非题 1、达西定律适用于所有的渗流。 2、闸孔出流的流量与闸前水头的1/2次方成正比。 3、渐变流过水断面上各点的测压管水头都相同。 4、粘滞性是引起液流运动能量损失的根本原因。 5、直立平板静水总压力的作用点就是平板的形心。 6、层流的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。 7、水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙。 8、水头损失可以区分为沿程水头损失和局部水头损失。 9、满宁公式只能适用于紊流阻力平方区。 10、紊流光滑区的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。 11、满宁公式只能适用于紊流阻力平方区。
du dy
产生水 流阻力
损耗机 械能hw
图示
沿程水头损失hf 水头损失的分类
图示
各种局部水头损失的总和 局部水头损失 hj
某一流段的总水头损失： hw hf hj
各分段的沿程水头损失的总和
举例
返回
沿程水头损失与切应力的关系 1
2 τ0 FP1=Ap1 1 Z1 O L α
F L 0
f (Re, 0 )
r0 15 r0 15 r0 15
r
层流时,
64 Re
r0 15 r0 15
水力光滑壁面, 称为紊流光滑区
f (Re)
r0 15
水力粗糙壁面, 称为紊流粗糙区
lgRe
f( 0)
r
返回
计算沿程水头损失的经验公式——谢齐公式
列X方向的动量方程式
p1 A2 p2 A2 gA2 L cos Q(V2 V1 )
化简整理得： z1 z2 所以有
hj 1
g hj
V2 V1 h j 2 2 22g V12 V22 (V2 g (V2 V1 )V V ) 1 2
水力学-过流建筑物的水力计算7.6-7.8
3
2
3600 m 3 / s
3600 第三次近似计算： v03 4.14 m / s 79 11
1 4.142 h03 0.87m 2 9.8
Q3 0.363 4 14 4.43 11.87
3
2
3680m3 / s
第四次近似计算：
按第三次求得的流量计算得 v04 4.32m / s
hv04 0.91m H 04 11.91m
Q4 3690 m3 / s
因为Q4与Q3相当接近
Q4 Q3 0 . 27 % Q 4
。故可认为所
求的 Q＝3690m3/s，v0=4.23m/s。
7-6 闸孔出流的水力计算
实际工程中的水闸，闸底坎一般为宽顶堰或曲线
时，对堰顶入口为圆弧形的宽顶
堰，流量系数m=0.36。 3．淹没系数 s
由 hs h1 P2 2.5 0.7 1.8m
0.8H 0 0.8 2.1 1.68m
因为 hs 0.8H 0 ，故为淹没出流。
根据
hs 1.8 0.857 H 0 2.1
，从表8-2查得
上式的适用范围是：250＜α≤900；
0
e 0.65。 H
2、底坎为宽顶堰闸孔淹没出流的水力计算
计算基本公式：
Q s be 2 gH 0
式中： σs淹没系数 μ闸孔自由出流流量系数 b 闸孔宽度 e 闸孔开度 H0闸孔全水头
讨论淹没系数
据南京水利科学研 究所的研究淹没系数σs
h h 与潜流比 t c H hc
讨论流量系数
（1）对于平板闸门的闸孔
流量系数 μ 可按南京水利科学研究所的经验公
水力学系统讲义第八章-明渠流动
流量Q=25.6m3/s,过水断面宽5.1m，水深3.08m，问渠底坡
度应为多少？并校核渠道流速是否满足通航要求（通航允
许流速[v] ≤1.8m/s）
解：
将Q AC
Ri K
i写成i
Q2 K2
Q2 A2C 2R
R A 5.1 3.08 1.395m
5.1 2 3.08
b 0.83h 1.64m
(2) 2 b / h
A (b mh)h (2h h)h 3h2
b 2h 1 m2 2h 2h 112 4.828h
R A 0.62h
Q A R2/3i1/2 1.542h8/3 n
h 1.55m
超高
m
3.2m
b
解：按均匀流计算，当超高为0.5m时，渠中水深 h=3.2-0.5=2.7m，此时断面要素为：
A (b mh)h (34 1.5 2.7) 2.7 102.74m2
b 2h 1 m2 34 2 2.7 11.52 43.( 1 m2 -m)=2( 112 -1)=0.83
h
A (b mh)h (0.83h h)h 1.83h2
又水力最优 R h 2
Q AC Ri A R i 2/3 1/2 0.815h8/3 n
h ( 5 )3/8 1.98m 0.815
1h
h
其中 为宽深比
m
b
b 2mh 2h 1 m2
梯形水力最优断面的水力半径： R A (b mh)h (b mh)h h
b 2h 1 m2 b b 2mh 2
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。
研究对象液体（主要是水）的平衡、运动规律及其与固体边界的相互作用。
液体性质与分类液体的性质易流动性、压缩性、黏性、表面张力等。
液体的分类按密度可分为轻质液体和重质液体；按黏性可分为牛顿液体和非牛顿液体。
静压力与动压力概念静压力静止液体作用在与其接触的某个平面上法向的总压力。
动压力运动液体作用在与其接触的某个平面上法向的总压力。
连续性方程与伯努利方程连续性方程单位时间内流入、流出控制体的质量流量之差，等于控制体内质量的变化率。
伯努利方程理想液体在重力场作稳态流动时，具有压力能、位能和动能三种形式，它们之间可以相互转化，且总和保持不变。
流体静力学分析液体内部压强随深度的增加而增大。
在同一深度，液体向各个方向的压强相等。
液体的压强与液体的密度和深度有关，密度越大、深度越深，压强越大。
静止液体中压强分布规律液体相对平衡时表面形状确定方法0102 03当液体处于相对平衡状态时，其表面形状由液面所受外力和液体内部分子间相互作用力共同决定。
若液面所受外力为重力，则液面为水平面；若液面所受外力为其他力，则液面为与该力相平衡的曲面。
通过测量液体表面形状，可以推断出液体所受外力的性质和大小。
浮力的大小等于物体排开的液体所受的重力，即F 浮=G排=m排g=ρ液gV排。
浮力的产生条件是物体必须浸没在液体中，且物体下表面必须与液体接触。
浮力是液体对浸在其中的物体向上和向下的压力差，方向竖直向上。
浮力产生条件及计算方法潜水艇、气球等浮沉原理分析潜水艇通过改变自身重力来实现浮沉。
当潜水艇需要下潜时，它会向水舱注水，使自身重力大于浮力而下潜；当需要上浮时，它会将水舱中的水排出，减小自身重力，使浮力大于重力而上浮。
油气井水力学讲义 钻井水力设计有关的计算公式
钻井水力设计有关的计算公式一．钻柱内压耗钻柱公式 （一）、紊流的计算公式1．一般公式：dLV f P 22ρ=或52232d LQ f P πρ=式中：P - 压耗； f - 范宁阻力系数；ρ - 钻井液密度； Q - 排量 L - 管长； V - 平均流速量； d - 圆管直径。
⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧-=+==7/)]ln(75.1[50/]93.3)[ln(n b n a R a f ben 为泥浆流性指数n nn n nn K V d )413(8Re 21+=--ρ 或nnn n n nn K Q d )413(2Re 243572+=----ρπ2．应用公式∑==Ni G iiGp dL Q G P 1123式中： ⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧+-=+-==⎪⎭⎫⎝⎛+=+-=--==-22543413575222321432143121b nb G b nb G k n n k b bn k nb b k k k aK G b nb b k k ρπN 值可以取4，即地面管汇（立管、软管，方钻杆）、钻杆、钻铤、接头。
（二）、层流的计算公式二．环空内压耗计算公式不同的环空段流态可能不同，需判断流态，分别按紊流和层流计算压耗。
1． 紊流压耗公式 1). 一般公式：p h D D LV f P -=22ρ 或 S D D LQ f P p h )(22-=ρ式中：Dh, Dp —井眼直径，钻柱外径；f, a, b 同上n n n p h n n n K V D D )312()(12Re )2()1(+-=--ρ 或 nnnp h n n Q S D D nn K ----+=221)()312(12Re ρ 2). 应用公式：∑=-=Mi K i K ip i h iK S D D L QK PA 11323)( nbb nb b b n n aK K ⎪⎭⎫⎝⎛+=--31212211ρ； 12+=nb K ； 223+-=b nb K2．层流压耗公式 1). 一般公式：np h p h D D n V n D D KL PA ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-+-=)()12(44 或 np h ph S D D n Q n D D KLPA ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-+-=)()12(44 2). 应用公式：∑=+-=Mi n i n i p i h i n S D D L Q K PA 111)( 式中：nn n K K ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=)12(441 三．钻头压降及喷嘴当量面积公式222559.513C A Q P b ρ=； 5.022559.513⎥⎦⎤⎢⎣⎡=C P Q A b ρ 式中 Pb —钻头压降，Mpa; Q —排量，I/S; ρ—泥浆密度，（g/cm 3）A —喷嘴总面积，mm 2; C —喷嘴流量系数，一般取0.95-0.96例题胜利油田渤南地区义4-4-13井为长裸眼钻进，即不下技术套管。
(完整版)水流量计算公式
水力学教学辅导第五章 有压管道恒定流【教学基本要求】1、了解有压管流的基本特点，掌握管流分为长管流动和短管流动的条件。
2、掌握简单管道的水力计算和测压管水头线、总水头线的绘制，并能确定管道内的压强分布。
3、了解复杂管道的特点和计算方法。
【内容提要和学习指导】前面几章我们讨论了液体运动的基本理论，从这一章开始将进入工程水力学部分，就是运用水力学的基本方程（恒定总流的连续性方程、能量方程和动量方程）和水头损失的计算公式，来解决实际工程中的水力学问题。
本章理论部分内容不多，主要掌握方程的简化和解题的方法，重点掌握简单管道的水力计算。
有压管流水力计算的主要任务是：确定管路中通过的流量Q ；设计管道通过的流量Q 所需的作用水头H 和管径d ；通过绘制沿管线的测压管水头线，确定压强p 沿管线的分布。
5.1 有压管道流动的基本概念（1） 简单管道和复杂管道根据管道的组成情况我们把它分为简单管道和复杂管道。
直径单一没有分支而且糙率不变的管道称为简单管道；复杂管道是指由两根以上管道组成管道系统。
复杂管道又可以分为串联管道、并联管道、分叉管道、沿程泄流管和管网。
（2） 短管和长管在有压管道水力计算中，为了简化计算，常将压力管道分为短管和长管：短管是指管路中水流的流速水头和局部水头损失都不能忽略不计的管道；长管是指流速水头与局部水头损失之和远小于沿程水头损失，在计算中可以忽略的管道为，一般认为（ ）＜（5~10）h f %可以按长管计算。
需要注意的是：长管和长管不是完全按管道的长短来区分的。
将有压管道按长管计算，可以简化计算过程。
但在不能判断流速水头与局部水头损失之和远小于沿程水头损失之前，按短管计算不会产生较大的误差。
5.2简单管道短管的水力计算（1）短管自由出流计算公式（5—1）式中：H 0是作用总水头，当行近流速较小时，可以近似取H 0 = H 。
μ称为短管自由出流的流量系数。
j h g v ∑+2202gH A c Q μ=μ=1（5—2）（2）短管淹没出流计算公式（5—3） 式中：z 为上下游水位差，μc 为短管淹没出流的流量系数（5—4） 请特别注意：短管自由出流和淹没出流的计算关键在于正确计算流量系数。
2024版08633_水力学教程(第五版)全套教学课件pptx
计算浮力时，需要先确定物体在液体中的浸没深度和排开液体的体积，然 后根据阿基米德原理计算浮力大小。
11
潜水和承压水特性分析
潜水是指埋藏在地表以下第一个稳定隔水层以上具有自由 水面的重力水。
潜水通过包气带与大气圈及地表各圈层发生联系，因此 具有季节性变化的特点。
承压水的稳定水位高于地形高程，地表地形高程各处不一 致时，承压水位的高程则不受地形影响。
17
04
管道中水流运动规律探讨
2024/1/26
18
长管中水流运动特性分析
水流运动状态
层流与紊流，雷诺数与临ຫໍສະໝຸດ 雷诺数。沿程损失达西公式，沿程阻力系数与雷诺数、管壁粗糙度的关系。
2024/1/26
局部损失
弯头、三通、阀门等局部构件对水流运动的影响，局部阻力系数 的确定。
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短管中水流运动特性分析
水力学教程(第五版)全套教学 课件pptx
2024/1/26
1
目录
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• 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 • 管道中水流运动规律探讨 • 明渠恒定均匀流计算方法讲解 • 渗流现象及其规律揭示
2
01
水力学基本概念与原理
2024/1/26
3
水力学定义及研究对象
VS
非恒定流
流场中各空间点上流体质点的物理量随时 间变化。
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一维流动和二维流动特点比较
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流动参数保持不变。
二维流动
流动参数仅沿两个坐标方向变化，另一个坐标方向上的流动参数保持不变。
2024/1/26
水力学课件 第8章 明渠非均匀流w
Q 2
ds ( 2gA2 ) gA3
dA ds
Q 2
gA3
Bdh ds
Fr2
dh ds
3. dhw ds
J
Q2 K2
i dh Fr2 dh J 0
ds
ds
明渠恒定非均匀渐变流的基本方程
dh
iJ
i
Q2 K2
ds 1 Fr2 1 Fr2
（二） 棱柱体明渠渐变流水面曲线形状分析
单位重量流体所具有的机械能
E z p v2 g 2g
断面单位能量
Es
h v2
2g
h
Q2
2 gA2
(1)断面单位能量（cross-sectional unit energy）
1.
E
z0
Es
z0
h
v2
2g
两者区别
2. dE 0 ds
dEs 0; dEs 0; dEs 0 ds ds ds
1)
水跃分类 波 状 水 跃 1 Fr1 1.7 弱 水 跃 1.7 Fr1 2.5 K j 20% 不 稳 定 水 跃 2.5 Fr1 4.5 K j 20% ~ 45% 稳 定 水 跃 4.5 Fr1 9 K j 45% ~ 70% 强 水 跃 9 Fr1 K j 85%
一.明渠水流的两种流态及其判别
1.明渠水流的两种流态
急流(Supercritical flow ) 当底坡陡峻，水流湍急，遇到障 碍物时，水面在障碍物顶上或稍 向上游隆起。但是障碍物对上游 较远处的水流并不发生影响。这 种水流状态称为急流。
一.明渠水流的两种流态及其判别
1.明渠水流的两种流态
缓流Subcritical Flow 底坡平缓，流速较小，遇到 渠底有阻水的障碍物时，在 障碍物处水面形成跌落，而 在其上游则普遍壅高，一直 影响到上游较远处。这种水
水力学PPT课件
dp (Xdx Ydy Zdz)
就是说，静水压强的的分布规律完全是由单位
质量力决定的。
第二章 水静力
学 由于密度可视为常数，式子（XdxYdy Zdz)
也是函数U（x,y,z)的全微分即：
dU Xdx Ydy Zdz
则函数U（x,y,z)的全微分为：
dU U dx U dy U dz
p dx x
Y
六面体左右两面的表面力为：
( p 1 p dx)dydz 2 x
( p 1 p dx)dydz 2 x
第二章 水静力
学
Z
另外作用在微小六面体上的质
量力在X轴向的分量为：
A(x,y,z) N
M dz
dy
X • dxdydz
O
dx
X
Y
根据平衡条件上述各力在X轴上的投影应为
零，即：
(
⑵专门水力学：为各种工程实践服务
第一章 绪
二、论水力学和流体力学
水力学：以水为研究对象，在理论上遇到困难 时， 通过观测和实验的方法来解决问题。 流体力学：以一般流体（液体和气体）为研究对象 ，偏重于从理论概念出发，掌握 流体运动的基本 规律，但解决实际 工程时，会遇到很大的困难， 在应 用上受到一定的限制。
§2-1 静水压强及其特
性 一、压强的定义： 单位面积上所受的压力
公式 p P 平均压强
A
p lim P A 0 A
单位：N/m2 （Pa）
点压强
二、静水压强的特性
第一特性：静水压强垂直于作用面，并指 向作用面。
第二章 水静力 学
证明：取一处于静止或相对平衡的某一液体
P Ⅰ
N
AB
Ⅱ τ
水力学课程总结
九. 局部水头损失的计算
计算局部水头损失的公式
hj
v2 2g
hj
(v1
v2)2 2g
hj 2 v 1 g 2(1v v 1 2)2(1A A 1 2)22 v 1 g 212 v 1 g 2 hj 2 v2 g 2(v v 1 2 1 )2(A A 1 2 1 )22 v2 g 222 v2 g 2
第一章 小节
量纲、单位；
液体的主要物理性质：
惯性与万有引力特性- 、、S
粘性-牛顿内摩擦定律
du
dy
压缩性与表面张力特性
作用在液体上的力
1
第二章 小节
一.静水压强的特性
1.沿受压面的内法线；
2.作用在同一点各方向的静水压强大小相等.
二.液体平衡微分方程
X
1
p x
0
Y
1
p y
0
Z
1
dy dy dy dy
紊流时均切应力
dux dy
ux' u'y
牛顿粘滞切应力
紊流附加切应力 23
六.紊流中的流速分布
1. 层流底层
紊流中靠近固体边界处，粘滞力起主要作用作层流运动的极 薄层，叫做层流底层或粘性底层（厚度l）。在层流底层，粘性 应力占主导地位；在紊流区，由流体微团的脉动流速引起各层 流体间动量交换产生的紊流附加切应力占主导地位。
p z
0
综合式 d p(X dYxd Z y)dz
积分式
pC
2
等压面方程 Xd Yxd Z yd 0 z
等压面的性质 （1）等压面也是等势面； （2）等压面与质量力正交。
三.重力作用下静水压强的分布规律
1.水静力学基本方程
《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。
水力学计算公式
水力学计算公式1、射流喷速：V0=10Q/A0V0：射流喷速，米/秒；Q：排量，升/秒：A0：喷嘴出口截面积，厘米22、射流冲击力：Fj=ρQ2/100A0Fj：千牛；ρ：密度，公斤/升；3、射流水功率：Nj=ρQ3/20A02 千瓦4、钻头压降：Pb=ρQ2/2C2A025、钻头水功率：Nb=Pb*Q6、A0=πde2/4；de2=d12+d22+d32+d42+……7、机械钻速：V=进尺/纯钻时间（m/h）8、比水功率=钻头水工率/钻头底面积（W/mm2）例：φ215.9mm钻头：A=215.92*π/4=36591mm29、行程钻速=进尺/（纯钻时间+起下钻时间）10、钻井周期：一开到完钻时间11、完井周期：一开到完井时间12、建井周期：搬迁安装到完井1谢才公式介绍编辑谢才公式的形式为：式中v为断面平均流速(m/s)；R为水力半径(m),A为过水断面面积，Pw为水流与固体边界接触部分的周长，称为湿周（见图）；J=hf/l为水力坡度，hf为流段l内的沿程水头损失，对于明渠恒定均匀流,J=i（i为明渠底坡）；C为谢才系数()。
2经验公式编辑许多学者对C值进行研究,得到一系列经验公式。
其中最为简便而应用广泛的是曼宁（R.Manning，1890）公式：式中n为反映壁面粗糙对水流影响的系数,称为粗糙系数或糙率。
资料较丰富且考虑R的指数为变量的计算式有巴甫洛夫斯基（1925）公式：验证环节其中在近似计算中，当R<1.0m时，；R>1.0m时，。
上式的适用范围为0.1m ≤R≤3.0m，0.011≤n≤0.04。
式(3)至式(5)中，水力半径R以m计。
对于一般管道和人工渠道,糙率n主要决定于壁面粗糙突起物的大小、形状和分布;对于天然河道，n则与河床沙石粒径和形状，沙波大小、形状和变化，岸滩水草树木的疏密程度,以及河道水位变化等有关。
n值应经实测确定。
将式(3)代入式(1)可得：对于均匀流，测出某一流段的R、J、v值,即可确定该流段的n值。
水力学计算公式ppt课件
Chapter 1
1. 液体的主要物理性质――粘滞性 粘滞性是液体在流动中产生能量损失的根本原因。
2. 粘滞性是理想液体和实际液体的主要区别。
3. 牛顿内摩擦定律 -----描述液体内部的粘滞力规
律
du
dy
牛顿内摩擦定律适用范围：
.
1)牛顿流体， 2)层流运动
水力学重点及难点
个流区，每个流区有一条水面曲线。 壅水曲线 （水深沿流程增加）； 降水曲线（水深沿流程减小）
.
五种底坡十二条水面曲线
.
N1
1
b1
N1
h01
N2
N2
K
K
h h02
i1 iK
i2 i1 i2 iK
.
水力学重点及难点
Chapter 8、9
❖堰闸出流的特点
❖ 堰流基本公式
Qmb2gH032
❖ 堰流分类：薄壁堰、实用堰、宽顶堰 ❖ 闸孔出流基本公式
Chapter 3 ❖ 液体运动的基本概念
流动的分类、断面平均流速及流线、迹线概念
❖ 三大方程 连续方程 v1A1= v 2A2 能量方程
z1p 12 1v g 12z2p 22 2v g22hw
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
.
水力学重点及难点
Qbe 2gH0
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❖常用消能方式：底流消能、条流消能和 面流消能
❖水流衔接形式
当ht＜hc' '
当ht= hc' ' 当ht＞ hc' '
远驱水跃 临界水跃 淹没水跃
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水力学重点及难点
水力学课件
单 位 位 能 单 位 势 能
单 位 压 能 单 位 总 机 械 能 理 的
单 位 动 能
1
Z2 Z1
2
0
0
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实际液体恒定流微小流束的能量方程式
2 p1 u 12 p2 u2 ′ Z1 + + = Z2 + + + hw ρg 2g ρg 2g
′ hw ——单位重量液体从断面1-1流至断面2-2所损失 单位重量液体从断面1 流至断面2 单位重量液体从断面
实际液体恒定总流的能量方程式表明: 实际液体恒定总流的能量方程式表明:水流总是从水头大处流向水头 小处;或水流总是从单位机械能大处流向单位机械能小处. 小处;或水流总是从单位机械能大处流向单位机械能小处. 实际液体总流的总水头线必定是一条 逐渐下降的线, 逐渐下降的线,而测压管水头线则可能是 下降的线也可能是上升的线甚至可能是一 条水平线. 条水平线. 单位长度流程上的水头损失, 水力坡度J——单位长度流程上的水头损失,1 单位长度流程上的水头损失
(1)水流必需是恒定流; (2)作用于液体上的质量力只有重力; (3)在所选取的两个过水断面上,水流应符合渐变流的条件,但所 取的两个断面之间,水流可以不是渐变流; (4)在所取的两个过水断面之间,流量保持不变,其间没有流量加 入或分出.若有分支,则应对第一支水流建立能量方程式,例如图示 1 有支流的情况下,能量方程为: 3 p 3 α 3V 32 p1 α 1V12 Q1 Z1 + + = Z3 + + + hw1 3 1 2 2g 2g ρg ρg Q3 Q2 p 3 α 3V 32 p 2 α 2V 22 3 Z2 + + = Z3 + + + hw 2 3 2 2g 2g ρg ρg (5)流程中途没有能量H输入或输出.若有,则能量方程式应为: p1 α 1V12 p 2 α 2V 22 Z1 + + ± Ht = Z2 + + + hw 2g 2g ρg ρg
水力学常用计算公式讲解学习
1、明渠均匀流计算公式： Q=Aν=AC RiC=n 1R y （一般计算公式）C=n1R 61（称曼宁公式） 2、渡槽进口尺寸(明渠均匀流)gZ 2bh Q ＝z ：渡槽进口的水位降（进出口水位差）ε：渡槽进口侧向收缩系数，一般ε＝0.8～0.9 b ：渡槽的宽度（米） h ：渡槽的过水深度（米） φ：流速系数φ＝0.8～0.95 3、倒虹吸计算公式：Q=mA z g 2(m 3/秒）4、跌水计算公式：跌水水力计算公式：Q ＝εmB 2/30g 2H ，式中：ε—侧收缩系数，矩形进口ε＝0.85～0.95；，B —进口宽度（米）；m —流量系数5、流量计算公式：Q=Aν式中Q ——通过某一断面的流量，m 3／s ；ν——通过该断面的流速，m ／h A ——过水断面的面积，m 2。
6、溢洪道计算1）进口不设闸门的正流式开敞溢洪道 （1）淹没出流：Q ＝εσMBH 23＝侧向收缩系数×淹没系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深23 （2）实用堰出流：Q=εMBH23=侧向收缩系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深23 2）进口装有闸门控制的溢洪道 （1）开敞式溢洪道。
Q ＝εσMBH 23＝侧向收缩系数×淹没系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深23 （2）孔口自由出流计算公式为Q=MωH=堰顶闸门自由式孔流的流量系数×闸孔过水断面面积×H 其中：ω=be7、放水涵管(洞)出流计算 1）、无压管流Q=μA 02gH=流量系数×放水孔口断面面积×02gH 2）、有压管流Q ＝μA 02gH=流量系数×放水孔口断面面积×02gH8、测流堰的流量计算——薄壁堰测流的计算 1）三角形薄壁测流堰，其中θ＝90°，即自由出流：Q ＝1.4H 25或Q ＝1.343H 2.47（2-15） 淹没出流：Q ＝（1.4H 25）σ（2-16） 淹没系数：σ=2)13.0(756.0--Hh n+0.145（2-17） 2）梯形薄壁测流堰，其中θ应满足tanθ=41，以及b ＞3H ，即自由出流：Q ＝0.42b g 2H 23＝1.86bH 23（2-18）淹没出流：Q ＝（1.86bH 23）σ（2-19） 淹没系数：σ=2(23.1）Hh n --0.127（2-20) 9、水力发电出力计算N=9.81HQη式中N ——发电机出力，kW ；H ——发电毛水头，m ，为水库上游水位与发电尾水位之差，即H=Z 上-Z 下； Q ——发电流量，m 3／s ；η——发电的综合效率系数（包括发电输水管的水头损失因素和发电机组效率系数），小型水库发电一般为0.6—0.7。
水力学(工程流体力学)复习要点
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6、曲面上静水总压力计算中应注意的问题
1）正确绘制Px分布图。这里， 弄清投影面Ax的意义并找出相应 曲面的Ax是至关重要的；
2）正确绘制压力体剖面图。绘 制压力体剖面图，实质上是按一 定的方式和比例（同一点的Pz与 h等长），绘制“垂直方向的压 强分布图”。
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例1:复式压差计测气体管道的压强差。
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（1）连续方程——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
A1v1 A2v2
（2）能量方程——是最重要最常用的基本方程：它与
连续方程联合求解可以计算断面上的平均流速或平均压强， 与动量方程联解，可以计算水流对边界的作用力，在确定 建筑物荷载和水力机械功能转换中十分有用
p1 v p2 v z1 z2 hw g 2 g g 2 g
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证明
上下游的湿水长度
L=H/sinθ, l=h/sinθ 上下游的总压力 力F和f 对O取矩
1 1 F gHbL , f ghbl 2 2
L l F( s ) f ( s ) 3 3
整理得
l f 1 L H F S 3 1 f F
即
H 3 h3 S 3( H 3 h3 ) sin
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• 计算简图
1.计算简图是一在脱离体上标出了全部作用力及流速方向
的示意图 2.作用于脱离体上的力包括 （1）表面力： 1）两渐变流断面处相邻水体对脱离体的动水总压力 2）周界表面对脱离体的作用力（包括：作用于脱离体周 界表面上的动水总压力；脱离体侧表面上的液流阻力）
（2）质量力：脱离体内液体的重力
Pz
h
d
螺栓所受总拉力即为Pz
管道水力学计算公式
常见的管道水力学计算公式Chezy 公式Chezy 公式一般用得比较少，但它是其它公式的基础，包括Manning 公式。
Chezy 公式表示为：Q⋅⋅=⋅SCRA这里：Q ——断面水流量（m3/s）C ——Chezy糙率系数（m1/2/s）A ——断面面积（m2）R ——水力半径（m）S ——水力坡度（m/m）根据需要也可以变换为其它表示方法。
Hazen-Williams公式Hazen-Williams 公式是压力管道最常用的水头损失计算公式，该公式表达为：5463..0S.0⋅⋅=Q⋅⋅RkAC这里：Q ——断面水流量（m3/s）C ——Hazen-Williams糙率系数（无量纲）A ——断面面积（m2）R ——水力半径（m）S ——水力坡度（m/m）k ——常数，采用国际单位时为0.85根据需要也可以变换为其它表示方法。
Darcy-Weisbach 公式由于Darcy-Weisbach 是通过理论总结得到的公式，故也称为理论公式。
Darcy-Weisbach 被用于许多要求计算精度较高的工程中。
Darcy-Weisbach 公式表达为：g v d l f h f 22⋅=这里：h f ——沿程水头损失（mm 3/s ）f ——Darcy-Weisbach 水头损失系数（无量纲）l ——管道长度（m ）d ——管道内径（mm ）v ——管道流速（m/s ）g ——重力加速度（m/s 2）根据需要也可以变换为其它表示方法。
水力学基本公式3篇
水力学基本公式3篇以下是网友分享的关于水力学基本公式的资料3篇，希望对您有所帮助，就爱阅读感谢您的支持。
水力学基本公式篇1短管：既考虑局部损失又考虑沿程损失可分为自由出流和淹没出流水泵吸水管、虹吸管、铁路涵管、建筑给水管等。
长管：仅考虑沿程损失，不计流速水头和局部损失流：若在容器壁上开孔，水经孔口流出的水力现象。
仅考虑局部损失自由出流定义：水经孔口流入空气中ϕ=≈==0.97μ=εϕ=0.64⨯0.97=0.62薄壁小孔口在Re 很大时，局部阻力系数ζ0=0.06淹没出流:孔口流出的水流不是进入空气，而是流入下游水体中，致使孔口淹没在下游水面2222v v αv αv c 之下。
当Acse=1 H +0+11=H +0+22+ζc +ζ12g22g2gse在相同水头H0的作用下，同样断面面积的管嘴的过流能力是孔口的1.32倍，μn =ϕn =0.822g对管嘴的长度也有一定限制。
长度过短，流束收缩后来不及扩大到整个出口断面，收缩断面的真空不能形成，管嘴仍不能发挥作用；长度过长，沿程水头损失不容忽略，管嘴出流变为p v≤7m 短管流动。
ρg 圆柱形外管嘴正常工作条件作用水头：H0≤9m 管嘴长度：l = (3~4)l=3~4d短管的水力计算流量系数：自 2由自由出流出口中心以上的水头w 淹没出流:上下游水位差μ=自由出流c淹没出流μ=c管道轴线的一部分高出无压的上游供水水面，这样的管道称为虹吸管⎛l ⎫vH =h = λ+∑ζ⎪⎝d ⎭2g长管的水力计算：因为长管可以忽略不计，则w f长管的全部作用水头都消耗于沿程水头损失，总水头线H 是连续下降的直线，并与测压管水头线重合。
H =h =h2、简单管道的比阻计算方法比阻a 取决于λ、dH =h f =alQ 2=SQ 2串联管道：若节点处q1= q2 = …= 0，则Q1= Q2= Q3= …=Q 若有流量分出，Qi = qi + Qi +1n n n2总水头损失等于各管段水头损失的总和。
管道水力计算
管道水力计算新大技术研究所：戴颂周2012 年3 月2 日目录第一章单相液体管内流动和管道水力计算 (3)第一节流体总流的伯努利方程 (3)一、流体总流的伯努利方程 (3)二、流体流动的水力损失 (4)第二节流体运动的两种状态 (6)一、雷诺实验 (6)二、雷诺数 (7)三、圆管中紊流的运动学特征—速度分布 (7)四、雷诺数算图 (9)第三节沿程水力损失 (9)一、计算方法： (9)第四节局部水力损失 (15)第五节管道的水力计算 (18)一、管道流体的允许流速（经济流速供参考） (18)二、简单管道的水力计算 (20)第二章玻璃钢管道水力计算 (22)第一节玻璃钢管道水力计算公式 (22)一、玻璃钢管道水力计算公式 (22)二、管道水力压降曲线 (23)三、常用液体压降的换算 (23)四、常用管件压降 (25)第二节油气集输管道压降计算 (27)第三节玻璃钢输水管线的水力学特性 (28)一、玻璃钢输水管水流量计算 (28)二、玻璃钢输水管水击强度计算 (29)第三章管道水力学计算中应注意的几个问题 (32)一、热油管道的工艺计算 (32)二、油水两相液体的工艺计算 (33)三、地形变化时的水力坡降 (35)第一章 单相液体管内流动和管道水力计算第一节 流体总流的伯努利方程一、流体总流的伯努利方程1. 流体总流的伯努利方程式（能量方式）=++gc g P Z 221111αρw h g c g P Z +++222222αρ 2. 方程的分析(1) 方程的意义物理意义：不可压缩的实际流体在管道内流动时的能量守恒，或者说，上游机械能=下游机械能+能量的损失。
(2) 各项的意义-21,z z 单位重量流体所具有的位能，或位置水头，m ，即起点、终点标高。
-g p g p ρρ/,/21单位重量流体所具有的压能，或压强水头，m ；即P 1 P 2为起点、终点液流压力，-g c g c 2/,2/222211αα单位重量流体所具有的动能，或速度水头，m ；即C 1 C 2为液流起、终点的流速。
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当护道不淹没时候，K3=1.0。
三）冲刷计算
核心是计算冲刷深度
一般冲刷计算，分为3种情况
次稳定河段、稳定河段、无泥沙运动河段
局部冲刷计算，分为2种情况
粘性土河床、非粘性土河床
丁坝头部冲刷计算，分为2种情况
有泥沙进入、无泥沙进入
四）抛石石块尺寸计算
1）坡脚石垛 稳定性受滑动控制
计算公式
3）水流对防护面的上举力
计算公式
二）浪袭高度计算
二）浪袭高度计算
浪高及波长计算公式：波长≤2H
二）浪袭高度计算
浪高及波长计算公式：分为2种情况
二）浪袭高度计算
注意公式中参数
二）浪袭高度计算
式中，B为护道宽度；H1为计算水位至坡角水深
Байду номын сангаас
H2为护道以上的水深；e=2.72
冲击力
上举力
1）水流推动力
作用方向：顺水流方向
作用位置：水流底部
临界推移力
1）水流推动力
计算公式
作用力方向
2）水流对阻流面的冲击力
作用方向：水平方向 作用位置：阻流面高度一半
作用力方向
2）水流对阻流面的冲击力
计算公式
2）水流对阻流面的冲击力
计算公式
2）水流对阻流面的冲击力
四）抛石石块尺寸计算
2）斜坡抛石 稳定性倾覆控 制
四）抛石石块尺寸计算
3）波浪推动 稳定性滑动、倾覆、上举控制
基于实验的经验公式
理解公式参数的含义
四）抛石石块尺寸计算
4）阻止水流淘刷
五）砌石尺寸计算
1）干砌片石 石块直径
五）砌石尺寸计算
2）护坡表面石块重力
护坡表层厚度
本次课内容： 一、路基动力学实验介绍 二、水力学计算公式讲解
二、路基防护的计算
理 论：水力学理论 稳定性计算：是否被推移、滑动和浮动。 冲刷计算：主要计算冲刷深度。 学习要点：会用公式，注意适用条件，理
解公式中的每个参数。 应用要点：按最不利条件计算。
一）动水压力计算
计算内容：推移