水力学计算公式参考文档

水力学重点及难点
Chapter 10 ❖ 渗流及渗流模型 （1）渗流模型概念：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。
❖ 渗流基本定律：达西定律 υ = kJ 式中：J—渗透坡降；k—土壤的渗透系
2. 液体的主要物理性质――可压缩性：在研究 水击时需要考虑。
3. 作用在液体上的两类作用力表面力和质量力
4、液体的边界条件
Chapter 2
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。
水力学重点及难点
静水压强： 掌握静水压强特性,等压面,水头的概念，
（1）水深，底坡沿程不变及过水断面
形状尺寸不变 （2）断面平均流速沿程不变 （3）三线平行J = Jz= i
❖ 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
❖ 水力最佳断面
水力学重点及难点
❖ 明渠均匀流公 Q AC Ri
公式
QK i
K AC R
❖ 明渠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： i z1 z2
Q be 2gH0
❖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
水力学重点及难点
❖底流消能降低护坦消力池设计 (1)消力池深d (2)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Lj短) Lk=(0.7~0.8)Lj
n
hf
l
d
v2 2g
水力学重点及难点
Chapter 5
❖管道分类
❖ 简单管道水力计算 短管水力计算 自由出流 Q c A 2gH 淹没出流 Q c A 2gz
QK J
长管水力计算方法 ❖复杂管道水力计算 （并联） ❖ 水击现象和水击分类
水力学重点及难点
Chapter 6、7
❖ 明渠均匀流特征：
能量方程应用：
孔口恒定出流 、 毕托管、文丘 里流量计 、管嘴出流
能量方程图示
掌握总头线、测压管水头线、水力坡 度的概念及水头线的绘制。
0v02
1
2g
H
v0
v 2 2g
v
总水头线
v2 H0 hw 2g
2
1
o
v
2
❖恒定总流动量方程
Q(2v2x 1 v1x ) Fx
Q(2v2y 1 v1y )
要掌握绝对压强、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
水力学重点及难点
❖ 静水总压力的计算
静水总压力求解包括求力的大小、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。在计算曲面静水总压力时，要注意压 力体的绘制。
水力学重点及难点
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。 粘滞性是理想液体和实际液体的主要区别。
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
Chapter 1
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
Q mb
3
2gH0 2
❖ 堰流分类：薄壁堰、实用堰、宽顶堰 ❖ 闸孔出流基本公式
❖ 液体的两种流态和判别 雷诺实验 层流 —液体质点互相不混掺的层 状流动。 紊流 —存在涡体质点互相混掺的 流动。
❖ 流态的判别：雷诺数Re
Re＜Rek 层流 ；Re＞Rek 紊流
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。
❖水头损失（沿程水头损失和局部水头损失）
•产生水头损失的两个条件
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
z1
p1
1v12
2g
z2
p2
2v22
2g
hw
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
② 能量方程应用注意事项: 选择统一基准面便于计算、选计算断面、 选典型点计算测压管水（压强计算采用 统一标准）
g
❖ 水跃：由急流向缓流过渡产生的水力突变 现象。（从小于临界水深到大于临界水深）
水平矩形断面明渠水跃： （1）水跃方程： J（h1）=J（h2）
（2）共轭水深公式：h 2
h 1
2
18 q2 gh3
1
1
水力学重点及难点
❖ 水跃函数曲线
❖ 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
(b)梯形压 强分布图
(a)三角形压 强分布图
•静水总压力大小和方向
• 矩形平面单位宽度受 的静水总压力是压强 分布图的面积
•矩形所受总压力 P b
•方向：垂直指向受压面
解析法求作用于任意平面上的静水总压力
p pc A
静水总压力的作用点一般在受压面形 心以下
•压力体的构成
水力学重点及难点
数，表示土壤渗透能力的大小 适用范围：恒定均匀层流渗流
水力学重点及难点
❖ 恒定无压渐变渗流基本公式 —杜比公式
v k dH ds
dH J
ds
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.液体具有粘滞性(内因)
2.固体边界的影响，液体质 R A
点间产生相对运动(外因)
• 理想液体只有能量转换， 而没有能量损失
水力学重点及难点
❖ λ的变化规律 尼古拉兹实验 （人工粗糙 管）
水力学重点及难点
❖ 几个重要公式
达西公式 谢才公式
hf
l 4R
v2 2g
v C RJ
曼宁公式
C
1
1
R6
F y
Q(2v2z 1 v1z ) Fz
水力学重点及难点
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)等号左边为流出动量减去流入动量。
Chapter 4 水力学重点及难点
Fr
v
gh
佛劳德数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
18. 断面比能Es和比能曲线：
Es
h
v 2
2g
比能及比能曲线
Es
h
Q 2
2gA2
h
Es f (h)
缓流
K
Байду номын сангаасhK
45
Es m in
急流
Es
水力学重点及难点
❖ 临界水深和临界底坡 矩形断面
Q2 AK 3
g BK
hK
3 q2
以及静水压强的计算和不同表示方法。 ❖ 重力作用下静水压强的基本公式
p=p0+h
p
z C
其中 ： z—位置水头， p /γ—压强水头
（z + p /γ—测压管水头 “水头”:表示单位重量液体含有的能量。
p1
z1
0
•1
p2
2• z2
z1
p1
z2
p2
水力学重点及难点
压强的三种表示方法：
绝对压强p′，相对压强p， 真空度pv,
l
（4）设计渠道断面尺寸
水力学重点及难点
❖ 明渠水流流态的判别：
判别指
标
Vw
Fr
缓流 V < Vw Fr ＜1
急流 V > Vw Fr ＞1
临界流 V = Vw Fr = 1
hk， h>hk h<hk h=hk
ik （均匀 流） i ＜ ik i > ik i = ik
水力学重点及难点
❖ 佛劳德数Fr：
❖井的分类
❖棱柱体地下河槽浸润曲线
无临界水深和临界底坡，只有三种底坡四 条浸润曲线