水力学第6章有压管流
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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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)
水力学有压管流测压管水头线的绘制(课堂PPT)
渐变流断面 1的行近流速水头
其间距为
0
2 0
；
002
2g
0
，则总水头线绘于水面之上，
2g
0 若
0
2 0
2g
，则总水头线与水面线重合。
⑵进口处有局部损失，集中绘制在进口处，即总水头线在此降落
⑶出口为自由出流时，管段出口断面的压强近似为
h
0，测压管水头2
2g
1
hwi
v0
测压管水头线：
在管径不变的管段，流速水头相等，测压管水头线平行于总 水头线，从总水头线向下减去相应断面的流速水头值，便 可绘制出测压管水头线。（也可直接算出各断面的测压管 水头值）
Page 3
以图6.3为例，在绘制总水头线和测压管线时，有以下几种情况可作为 控制条件：
⑴上游水面线是测压管水头线的起始线。若上游水池（或水库）中
1.02v2 g
， 正好等于
管道的流速水头，总水头线在出
口处突然下降 h j 2 ，然后连接于下 0
游水面线，测压管水头线直接接
到水面上，如图（a）所示
.
总水头线
测压管 水头线
2 2g
hj2 2
出水面
1
v
H2 v02≈0
0
２
1
(a)
5
v ②下游水池中渐变流断面2的 020，出口前后为突然扩
大的水流，总水头线下降，测压管水头线上升。
作图时，出口断面的局部水头损失集中绘在出口处，
即总水头线在此下降 h j 2，测压管水头线在此上升后与水面
相接，如图（b）所示
hj2
2
2g
测压管 水头线
1
v
02022 2g
水力学 第六章课后题答案
思考题
6.6 明渠水流有哪三种流态，是如何定义的，判别标准是什么？ 明渠恒定均匀流 、明渠恒定非均匀流 、明渠非恒定非均匀流。 明渠恒定均匀流：流速的大小和方向均不随时间及距离而变的明渠水流。 明渠恒定非均匀流：流速不随时间变化，但其大小和方向或二者之一沿程变化 的明渠水流。 明渠非恒定非均匀流：流动要素随时间变化且其大小和方向或二者之一沿程变 化的明渠水流。
2
2
R A 41.8 2.43m
17.24
C
1
1
R6
1
1
2.436 82.8m0.5 / s
n 0.014
Q CA Ri 82.8 41.8 2.43 0.002 241.3m3 / s
6.2 一梯形混凝土渠道，按均匀流设计。已知Q为35m3/s，b为8.2m，m为1.5 ，n为0.012及i为0.00012，求h（用试算——图解法和迭代法分别计算）。
6.10 何谓断面比能曲线？比能曲线有哪些特征？ 答 水：深由的函Es 数h ，2g即QA22 知Es ，f (当h)，流按量此Q和函过数水绘断出面的的断形面状比及能尺随寸水一深定变时化，的断关面系比曲能线仅即仅是是断 面比能曲线。 特征：是一条下端以水平线为渐近线，上端以过原点的 45o直线为渐近线的二次 抛物线；在K点有最小Esmin ，K点上部Es 随h增加而增大，K点下部 Es随h增加而减 小。
23
v Q 23 1.25m / s A 18.4
《水力学》形考任务第5章 有压管道中的水流运动
《水力学》形考任务第5章有压管道中的水流运动一、选择题（共3题，每题10分，共30分）1.水泵的扬程是指（）。
A. 吸水管与压水管的水头损失B. 水泵提水高度+吸水管的水头损失C. 水泵提水高度+吸水管与压水管的水头损失D. 水泵提水高度正确答案是：水泵提水高度+吸水管与压水管的水头损失2.根据管道水头损失计算方法的不同，管道可以分为（）。
A. 并联管道和串联管道B. 复杂管道和简单管道C. 长管和短管正确答案是：长管和短管3.短管淹没出流的计算时，作用水头为（）。
A. 上下游水面高差B. 短管出口中心至上游水面高差C. 短管出口中心至下游水面高差正确答案是：上下游水面高差二、多选题（共1题，每题10分，共10分）4.按短管进行水力计算的管路是（）。
A. 环状管网B. 支状管网C. 虹吸管D. 倒虹吸管正确答案是：虹吸管, 倒虹吸管三、判断题（共5题，每题6分，共30分）5.在等直径圆管中一定发生均匀有压流动。
正确答案是“错”。
6.计算阻力损失时，短管既要考虑局部阻力损失，也要考虑沿程阻力损失，长管计算同样也要考虑这两项损失。
正确答案是“错”。
7.长管是指管道中的水头损失以沿程水头损失为主，局部水头损失和流速水头之和与其相比很小，可以忽略不计。
正确答案是“对”。
8.在压力管道中，由于外界影响使管道中的流速发生急剧变化，引起管中压强发生快速交替升降的水力现象，称为水击。
正确答案是“对”。
9.由若干段直径不同的简单管道首尾相接组成的管道称为串联管路。
对于串联管路，应分别计算各段沿程水头损失及局部水头损失，然后叠加。
正确答案是“对”。
四、计算选择题（共1题，共30分）10.某渠道用直径d=0.7 m的混凝土虹吸管自河中向渠道引水。
河道水位与渠道水位的高差为5 m，虹吸管长度l1=8m，l2=12m，l3=14m，混凝土虹吸管沿程水头损失系数λ=0.022，进口局部水头损失系数ζe=0.5，中间有两个弯头，每个弯头的局部水头损失系数ζb=0.365，出口局部水头损失系数ζou=1.0。
水力学_第6章 有压管流
真空区
对过流断面1-1、2-2 写伯努利方程，得
pa p2 v 2 0 0 hs hw12 g g 2 g hs hv
v 2
2g
hw12
0.5932 (7 0.464) 6.518 2 9.8
§9-1 简单短管中的恒定有压流
2.水泵
d2
4
d2
4
c 2 gH 0
c
1 l ( 2 ) d
管路流量系数
淹没出流
取0-0为基准面， 1-1与2-2为控制断面， 列伯努利方程：
pa 112 pa 22 2 H 0 hw g 2g g 2g
υ1≈υ2≈0
2 l H hw ( ) d 2g
hs
ξ2=0.55 1 l1=260m λ1=0.025 d=300mm ξ1=3.0
ξ3=0.17
2
ξ4=0.55 l2=40m λ2=0.025 d=300mm
hv = -p/=7
z=0.54
流速为
渠道
O
1
2
O
ξ5=1.0 集水池
Q 4 0.0419 v 0.593 m/s A 0.32
令H 0 H
112
2g
2 2 l H0 hw ( ) 2g 2g d 2g 2 22 2 22
2
1 l ( 2 ) d
1
2 gH 0
Q 2 A2
l ( 2 ) d
2 gH 0
剪应力与剪切应变率之间满足线性关系的流体 称为牛顿流体，而把不满足线性关系的流体称 为非牛顿流体。
水力学总复习题 答案
三、绘图计算题
1．绘出图中曲面上的的压力体图，并标出水压力铅直分力的方向。
4
2.
图示一倒 U 形差压计，左边管内为水，右边管内为相对密度（即比重） s 1 0.9 的油。
倒 U 形管顶部为相对密度 s 2 0.8 的油。已知左管内 A 点的压强 p A 98KN / m 2 ，试求右边 管内 B 点的压强。 3. 有 一 盛 水 的 开 口 容 器 以 的 加 速 度 3.6m/s2 沿 与水 平 面 成 夹 角 的 斜面 向 上 运 动， 试 求 容 器中 水 面 的 倾 角.
30o
4.矩形平板闸门 AB 如图所示,A 处设有转轴。已知闸门长 l=3m，宽 b=2m，形心 点水深 hc=3m，倾角 α=45°，忽略闸门自重及门轴摩擦力。试求开启闸门所需 拉力 FT。
5
hc A B α
5. 一曲面的形状为 3/4 个圆柱面，半径 R=0.8 m，宽度(垂直于纸面)为 1 m。圆心位于
(
) D. -43.3
21.图示的容器 a 中盛有重度为 1 的液体，容器 b 中盛有密度为 1 和2 的两种液体， 则两个容器中曲面 AB 上 压力体及压力应为 ( ) (1) 压力体相同，且压力相等； (2) 压力体相同，但压力不相等； (3) 压力体不同，压力不相等； (4) 压力体不同，但压力相等。
第1章 一、选择题 1．按连续介质的概念，流体质点是指（ A .流体的分子；
绪
论
）
B. 流体内的固体颗粒； C . 无大小的几何点； D. 几何尺寸同流动
空间相比是极小量，又含有大量分子的微元体。 2．作用在流体的质量力包括（ ）
A. 压力； B. 摩擦力； C. 重力； D. 惯性力。 3．单位质量力的国际单位是：（ ）
《水力学》形考任务：第6章明渠均匀流
《水力学》形考任务：第6章明渠均匀流一、单选题（共5题，每题8分，共40分）1.明渠均匀流可能发生在（）。
A. 平坡渠道中B. 逆坡渠道中C. 正坡、平坡及逆坡渠道都能发生D. 正坡渠道中正确答案是：正坡渠道中2.在明渠渐变流中（）。
A. 水面线与底坡线平行B. 测压管水头线与自由水面一致C. 总水头线一定平行于底坡线D. 总水头线与自由水面相重合正确答案是：测压管水头线与自由水面一致3.矩形断面明渠水力最佳断面的宽深比βm等于（）。
A. 4B. 1C. 2D. 3正确答案是：24.在明渠中不可以发生的流动是（）。
A. 非恒定非均匀流B. 恒定非均匀流C. 非恒定均匀流D. 恒定均匀流正确答案是：非恒定均匀流5.在缓坡渠道上不能发生（）。
A. 均匀缓流B. 均匀急流C. 非均匀缓流D. 非均匀急流正确答案是：均匀急流2021年12月15日14:48二、多选题（共3题，每题5分，共15分）6.明渠流渠道底坡的类型有（）。
A. 平坡B. 逆坡C. 临界坡D. 顺坡正确答案是：顺坡, 平坡, 逆坡7.明渠均匀流的水力特征有（）。
A. 总水头线、测压管水头线（即水面线）和渠底线三者互相平行B. 过流断面的形状、尺寸和水深沿流程不变C. 过流断面上的流速和流速分布不随时间变化D. 过流断面上的流速和流速分布沿流程不变，所以流速水头沿程不变正确答案是：过流断面的形状、尺寸和水深沿流程不变, 过流断面上的流速和流速分布沿流程不变，所以流速水头沿程不变, 总水头线、测压管水头线（即水面线）和渠底线三者互相平行8.明渠均匀流的形成条件有（）。
A. 渠道是长而直的棱柱体明渠，其断面形状和大小沿程不变；B. 所研究的渠段内水流不受水工建筑物的局部干扰C. 明渠中的水流为恒定流，流量沿程不变，无支流的汇入和分出；D. 必须是正坡明渠（i＞0），且底坡和粗糙系数沿程不变；正确答案是：明渠中的水流为恒定流，流量沿程不变，无支流的汇入和分出；, 渠道是长而直的棱柱体明渠，其断面形状和大小沿程不变；, 必须是正坡明渠（i ＞0），且底坡和粗糙系数沿程不变；, 所研究的渠段内水流不受水工建筑物的局部干扰三、判断题（共6题，每题5分，共30分）9.两条明渠的断面形状、尺寸、糙率和通过的流量完全相等，但底坡不同，因此它们的均匀流水深不等。
武汉大学水力学教材答案第六章
武汉大学水力学教材答案第六章第六章恒定管流1、并联管道中各支管的单位机械能损失相同，因而各支管水流的总机械能也应相等。
( )2、图示虹吸管中B点的压强小于大气压强。
( )( )4、在等直径圆管中一定发生均匀有压流动。
( )5、各并联支管的水头损失相同，所以其水力坡度也相同。
( )( )( ) 8、图示A、B 两点间有两根并联管道 1 和 2 。
设管 1 的沿程水头损失为h f1 ,管 2 的沿程水头损失为h f2。
则h f1与h f2 的关系为（）（1）h h（2）h＜h f2；（3）h f1 = h f2；（4）无法确定。
c，其管径、管长、上下游水位差均相同，则流量最小的是（）。
b管；（3）c管；（4）无法确定。
________________________________________________________；在管道断面突然缩小处，测压管水头线沿程____________________________________。
11、图示为一串联管段恒定流。
各管段流量q v1、q v2、q v3的关系为______________________。
各管段流速 v1、v、v的关系为____________________________________________________________。
_________________________________________________；出口为淹没出流时，若下游水池中流速v2=0,测压管水头线终点在____________________________，若v2≠0，测压管水头线应____________________________________________________________________下游水面。
13、定性绘出图示等直径短管道的总水头线和测压管水头线，并标明符号及负压区。
M、N 两点的压强高度p m/ g 及p n/ρg。
水力学习题答案第六章.
选择题（单选题）1. 水在垂直管内由上向下流动，测压管水头差（a）h f=h；（b）h f=h+l ；（c）h f=l －h；（d）h f =l 。
2. 圆管流动过流断面上切应力分布为：（b）（ a ）在过流断面上是常数；（ b ）管轴处是零，且与半径成正比；（ c ）管壁处是零，向管轴线性增大；（ d ）按抛物线分布。
3. 圆管流的雷诺数（下临界雷诺数）：（d）（ a ）随管径变化；（ b ）随流体的密度变化；（c）随流体的黏度变化；（d）不随以上各量变化。
5. 在圆管流中，层流的断面流速分布符合：（c）（a）均匀规律；（b）直线变化规律；（c）抛物线规律；（d）对数曲线规律。
6. 半圆形明渠半径r 0=4m，水力半径为：（c）（a）4m；（b）3m；（ c ）2m；（d）1m。
7. 变直径管流，细断面直径为d1，粗断面直径d2=2d1，粗细断面雷诺数的关系是：（d）（a）Re1=0.5 Re2；（b）Re1= Re2；（c）Re1=1.5 Re2；（d）Re1=2 Re2。
8. 圆管层流，实测管轴线上流速为4m/s ，则断面平均流速为: （c）（a）4 m/s ；（b） 3 .2m/s ；（c）2 m/s ；（d）1 m/s。
9. 圆管紊流过渡区的沿程摩阻系数λ：（c）（a）与雷诺数Re有关；（b）与管壁相对粗糙k s/ d有关；（c）与Re及k s/ d有关；（d）与Re和管长L 有关。
10. 圆管紊流粗糙区的沿程摩阻系数λ：（b）（a）与雷诺数Re有关；（b）与管壁相对粗糙k s/ d有关；4. 在圆管流中，紊流的断面流速分布符合：d）a）均匀规律；（b）直线变化规律；（c）抛物线规律；（d）对数曲线规律。
h，两断面间沿程水头损失，则：a）（c）与Re及k s/ d有关；（d）与Re和管长L 有关。
11. 工业管道的沿程摩阻系数λ ，在紊流过渡区随雷诺数的增加：（b）解： v4Q 4 16.3 2 2 0.2563 m d 2 3.14 0.1523600 Re vd0.2563 0.15 1922 0.2 10 4（ a ）增加； （ b ）减小； （ c ）不变； （ d ）不定 计算题6.12 】水管直径 d=10cm ，管中流速 v=1m/s ，水温为 10℃，试判别流态。
有压管道恒定流
第四章 有压管道恒定流第一节 概述前面我们讨论了水流运动的基本原理,介绍了水流运动的三大方程,水流形态和水头损失,从第五章开始,我们进入实用水利学的学习,本章研究有压管道的恒定流.一. 管流的概念1.管流是指液体质点完全充满输水管道横断面的流动，没有自由水面存在。
2.管流的特点.①断面周界就是湿周，过水断面面积等于横断面面积；②断面上各点的压强一般不等于大气压强，因此，常称为有压管道。
③一般在压力作用而流动.1.根据出流情况分自由出流和淹没出流管道出口水流流入大气，水股四周都受大气压强作用，称为自由出流管道。
管道出口淹没在水面以下，则称为淹没出流。
2.根据局部水头损失占沿程水头损失比重的大小，可将管道分为长管和短管。
在管道系统中，如果管道的水头损失以沿程水头损失为主，局部水头损失和流速水头所占比重很小（占沿程水头损失的5%～10%以下），在计算中可以忽略，这样的管道称为长管。
否则，称为短管。
必须注意，长管和短管不是简单地从管道长度来区分的，而是按局部水头损失和流速水头所占比重大小来划分的。
实际计算中，水泵装置、水轮机装置、虹吸管、倒虹吸管、坝内泄水管等均应按短管计算；一般的复杂管道可以按长管计算。
3. 根据管道的平面布置情况，可将管道系统分为简单管道和复杂管道两大类。
简单管道是指管径不变且无分支的管道。
水泵的吸水管、虹吸管等都是简单管道的例子。
由两根以上管道组成的管道系统称为复杂管道。
各种不同直径管道组成的串联管道、并联管道、枝状和环状管网等都是复杂管道的例子。
工程实践中为了输送流体，常常要设置各种有压管道。
例如，水电站的压力引水隧洞和压力钢管，水库的有压泄洪洞和泄洪管，供给城镇工业和居民生活用水的各种输水管网系统，灌溉工程中的喷灌、滴灌管道系统，供热、供气及通风工程中输送流体的管道等都是有压管道。
研究有压管道的问题具有重要的工程实际意义。
有压管道水力计算的主要内容包括：①确定管道的输水能力；②确定管道直径；③确定管道系统所需的总水头；④计算沿管线各断面的压强。
第六章 有压管流
(6.16)
式中Ｋ为修正系数，且： (6.17)
(6.18)
二、串联管道
由直径不同的简单管道串联而成的管道为串联管道。
设串联管道中任一管段的直径为 ,管长为 ,流量为 ，管道来端由支管分出的流量为 ；如上图6-5所示，因串联管道的每一管道都是简单管道，都可用简单管道的水力计算公式，则：图6-5
例１：某渠道用直径 的钢筋混凝 虹吸管从河道引水灌溉，如上图所示，河道水位为120.00m，渠道水位为119.00m，虹吸管各段长度е１=10m，е2=6m,е3=12m,进口装滤水网，无底阀，ξ1=2.5,管的顶部有600的折角转弯两个，每个弯头ξ2=0.55。
求：（１）虹吸管的流量。
（２）当虹吸管内最大允许真空值 时，虹吸管的最大安装高度 。
§6－1简单短管中的恒定有压流
一、自由出流
图6-1
如图6-1所示，短管由三段管径不变的管道组成，以出口断面中心的水平面０－０为基准面，对渐变流断面１和２列出能量方程：
（6.1）
以总水头 代入上式得：
：式表明管道的总水头ＨＯ的一部分转换为出口的流速水头，另一部分则在流动过程中形成水头损失。上式中：
上式中的 是以达西一魏斯巴赫公式表示的，若 以谢才公式计算，其形式可作相应改变。将 代入 得：
也可算出各断面的测压管水头值，即可绘出管道的测压管水头线。
管道出口断面压强受到边界条件的控制。
由总水头线，测压管水头线和基准线三者的相互关系可以明确地表示出管道任一断面各种单位机械能量的大小。
四、短管水力计算举例（Ｐ河256）
：虹吸管的水力计算
虹吸管是指有一段管道高出上游液面，而出口低于上游液面的管道。
水泵装机容量就是水泵的动力机（如电动机）所具有的总动率，单位重量水体从水泵获得的能量为 ，则单位时间内重量为 的水流从水泵获得能量为 。 也为单位时间内水泵所做的有效功，称为水泵的有效功率，以 表示，即：
水力学教程第6章
第六章明渠恒定均匀流人工渠道、天然河道以及未充满水流的管道等统称为明渠。
明渠流(OpenChannel Flow) 是一种具有自由表面的流动，自由表面上各点受当地大气压的作用，其相对压强为零，所以又称为无压流动。
与有压管流不同，重力是明渠流的主要动力，而压力是有压管流的主要动力。
明渠水流根据其水力要素是否随时间变化分为恒定流和非恒定流动。
明渠恒定流动又根据流线是否为平行直线分为均匀流和非均匀流。
明渠流动与有压管流的一个很大区别是：明渠流的自由表面会随着不同的水流条件和渠身条件而变动，形成各种流动状态和水面形态，在实际问题中，很难形成明渠均匀流。
但是，在实际应用中，如在铁路、公路、给排水和水利工程的沟渠中，其排水或输水能力的计算，常按明渠均匀流处理。
此外，明渠均匀流理论对于进一步研究明渠非均匀流也具有重要意义。
§6-1 概述1．明渠的分类由于过水断面形状、尺寸与底坡的变化对明渠水流运动有重要影响，因此在水力学中把明渠分为以下类型。
(1) 棱柱形渠道和非棱柱形渠道凡是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。
前者的过水断面面积A仅随水深h变化，即A=f(h);后者的过水断面面积不仅随水深变化，而且还随着各断面的沿程位置而变化，即A=f(h, s) , s为过水断面距其起始断面的距离。
(2) 顺坡(正坡) 、平坡和逆坡(负坡)渠道明渠渠底线(即渠底与纵剖面的交线)上单位长度的渠底高程差，称为明渠的底坡(Bottom slope)，用i表示，如图6-1a，1-1和2-2两断面间，渠底线长度为A s,该两断面间渠底高程差为(a i-a2)= △ a,渠底线与水平线的夹角为B ,则底坡i 为。
(6-1-1)在水力学中，规定渠底高程顺水流下降的底坡为正，因此，以导数形式表示 时应为i=si n所以，在上述情况下，两断面间的距离△ s 可用水平距离△ l 代替，并且，过 水断面可以看作铅垂平面，水深 h 也可沿铅垂线方向量取。
《水力学》作业题参考答案
1 3
作业
（3）是恒定流还是非恒定流； （4）是均匀流还是非均匀流？ 解：（1） a ux u ux u ux u ux xy 4 2 xy 4 0 1 xy 4
3 1 1 ay ux uy uz 0 0 y5 0 y5 t x y z 3 3
x
t u y
x
x u y
y
y u y
z
z u y
3
uz u u u 1 2 ux z u y z uz z 0 xy 3 xy 3 xy 3 t x y z 3 3 1 32 1 16 a y 1, 2,3 25 （m / s 2） ax 1, 2,3 1 24 （m / s 2） 3 3 3 3 az
H
∵ ∴
2 v12 v2
2 p1
d 4 2 50.663 103 v 2 1 101.325 d1
2 2
1 2
101.325 v2 0.15 4 1 0.1
（kPa）
（2）计算水平分量Px
Px po A p0 R2 59.74KN
（3）计算铅垂分力Pz
4 R3 1 4 0.53 Pz V g g 9.807 2.56KN 3 2 6
第3章 -13-
第3章
水动力学
第3章
-14-
第3章 水动力学
2 2
B×
Δh
× A
水力学教程 第6章
第六章明渠恒定均匀流人工渠道、天然河道以及未充满水流的管道等统称为明渠。
明渠流(Open Channel Flow)是一种具有自由表面的流动，自由表面上各点受当地大气压的作用，其相对压强为零，所以又称为无压流动。
与有压管流不同，重力是明渠流的主要动力，而压力是有压管流的主要动力。
明渠水流根据其水力要素是否随时间变化分为恒定流和非恒定流动。
明渠恒定流动又根据流线是否为平行直线分为均匀流和非均匀流。
明渠流动与有压管流的一个很大区别是：明渠流的自由表面会随着不同的水流条件和渠身条件而变动，形成各种流动状态和水面形态，在实际问题中，很难形成明渠均匀流。
但是，在实际应用中，如在铁路、公路、给排水和水利工程的沟渠中，其排水或输水能力的计算，常按明渠均匀流处理。
此外，明渠均匀流理论对于进一步研究明渠非均匀流也具有重要意义。
§6-1 概述1．明渠的分类由于过水断面形状、尺寸与底坡的变化对明渠水流运动有重要影响，因此在水力学中把明渠分为以下类型。
(1)棱柱形渠道和非棱柱形渠道凡是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。
前者的过水断面面积A仅随水深h变化，即A=f(h)；后者的过水断面面积不仅随水深变化，而且还随着各断面的沿程位置而变化，即A=f(h,s)，s为过水断面距其起始断面的距离。
(2)顺坡(正坡)、平坡和逆坡(负坡)渠道明渠渠底线(即渠底与纵剖面的交线)上单位长度的渠底高程差，称为明渠的底坡(Bottom slope)，用i表示，如图6-1a，1-1和2-2两断面间，渠底线长度为Δs，该两断面间渠底高程差为(a1-a2)=Δa，渠底线与水平线的夹角为θ，则底坡i为。
图6-1θsin 21=∆∆=∆-=sas a a i (6-1-1) 在水力学中，规定渠底高程顺水流下降的底坡为正，因此，以导数形式表示时应为dsdai -= (6-1-2) 当渠底坡较小时，例如i ＜0.1或θ＜6°时，因两断面间渠底线长度Δs ，与两断面间的水平距离Δl ，近似相等，Δs ≈Δl ，则由图6-1a 可知θtan =∆∆≈∆∆=la s a ii=sin θ≈tg θ (6-1-3) 所以，在上述情况下，两断面间的距离Δs 可用水平距离Δl 代替，并且，过水断面可以看作铅垂平面，水深h 也可沿铅垂线方向量取。
水力学第六章 孔口、管嘴出流和有压管路
2(h + h2 ) ∴ t1 = g
§6-2 液体经管嘴的恒定出流
∴ 水平距离为: x1 = V1t1 = 2 gh1
对于孔 2 来说
2(h + h2 ) g V2 = 2 g (h1 + h)
t2 = 2h2 g
①
时间：
1 2 h2 = gt 2 2
∴ 水平距离
由①②得
x1 = x2
2h2 x2 = V2t 2 = 2 g (h1 + h) g
H0 =
H+
α 0V02
2g
= H0
α 2V22
2g
+ hw1 2
§6-4 短管的水力计算
hw1 2 L V22 V22 L = ∑ h f + ∑ hm = ∑ λ + ∑ζ = ∑ λ + ∑ζ d 2g 2g d V2 2g
2
L H0 = + ∑ λ + ∑ζ 2g d
V= 1
H+
pa
γ
+
α 0V0 2
2g
=
pa
γ
+0+
αV 2
2g
+ hw
§6-2 液体经管嘴的恒定出流
式中 hw 为管嘴水头损失，
等于进口损失与收缩断面后的扩大损失之和（沿程损失忽略） 。
令 H0 = H +
α 0V0 2
2g
V2 即：hw = ζ n 2g
代入上式
0
pa
H
V2 V2 H0 = +ζ n = (α + ζ n ) 2g 2g 2g
§6-1 液体经薄壁孔口的恒定出流
流体力学复习思考题
EXIT
4. 温度升高时，空气的粘性 (B) 。 (A) 变小 (B) 变大 (C) 不变 (D) 不能确定 5. 动力粘性系数 与运动粘性系数 的关系为 (B) 。
(A) (B) (C)
6. 运动粘性系数的单位是 (B) 。
(D)
p
复习思考题exit局部损失和流速水头小于总损失的5可忽略不计沿程损失大于5m水从水池经管道流入大气计算出流量时应用能量方程应选用计算断面是水池水面和管道出口一条管道将水从高水位水池引入低水位水池应用能量方程时应选用计算断面是管道进口与低水池水面10
流体力学（水力学）复习思考题
EXIT
第1章
第2章 第3章 第4章 第5章 第6章 第7章 第8章
EXIT
17. 理想流体假设认为流体 (C) 。 (A) 不可压缩 (B) 粘性系数是常数 (C) 无粘性 (D) 符合 牛顿内摩擦定律 18. 不可压缩流体的特征是 (B) 。
(A) 温度不变 (B) 密度不变 (C) 压强不变 (D) 体积不变
19. 单位质量力是指作用在单位 (C) 流体上的质量力。
EXIT
11. 速度势只存在于 (C) 。 (A) 不可压缩流体流动中 (B) 可压缩流体流动中 (C) 无旋 流动中 (D) 有旋流动中 12. 流动无旋的等价命题是： (B) 。
(A) 流动是均匀流 (B) 速度场有势 (C) 流线为互相平行的 直线 (D) 流体微团没有变形
13. 什么是流线与迹线，二者有什么区别？在什么条件下流线 与迹线重合，为什么？
EXIT
13. 相对压强的起算基准是 (C) 。 (A) 绝对真空 (B) １个标准大气压 (C) 当地大气压 (D) 液面压强 14. 垂直放置的矩形平板闸门，闸前水深3m，静水总压力的作 用点到水面的距离为 (C) 。 (A) 1.0m (B) 1.5m (C) 2.0m (D) 2.5m
水力学有压管流
例3【例2】中;为充分利用水头和节省管材，采用
450mm和400mm两种直径管段串联;求每段管长度; 解设 D1= 450mm的管段长 l1; D2= 400mm的管段长 l2
由表61查得 D1= 450mm;a1= 0 123 s2/m6 D2= 400mm;a2= 0 230 s2/m6
于是
H (a1l1 a2l2 )Q2 [a1l1 a2 (2500 l1)]Q2
6 2.2 串联管道 直径不同的管段顺序连接起来的管道称串联管道; 设串联管道系统; 各管段长分别为 l1 l2……;管径分 别为D1 D2……;通过的流量分别为 Q1、Q2……，两管段
的连接点即节点处的流量分别为 q1 q2……;
根据连续性方程;
在节点处满足节点流 量平衡;即
q1
q2
H
Q1
Q2
Q3
求得比阻
a
H lQ 2
9 2500 0.1522
0.1பைடு நூலகம்6
s2
/ m6
查表61;求管径 D = 450mm; a = 0 1230 s2/m6 ；
D = 400mm; a = 0 230 s2/m6 ; 可见;所需管径界于上述两种管径之间，但实际上无此规 格; 采用较小管径达不到要求的流量;使用较大管径又将浪费 投资; 合理的办法是分部分采用;然后将二者串联起来。
6 2 长管的水力计算
6 2.1 简单管道 直径与流量沿程不变的管道为简单管道;
列12断面伯努利方程;
1
1
对于长管来说;局部水头
损失包括流速水头可忽略
H
2
不计;于是有
H hf
2
引入达西公式
hf
l D
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l1D1
H
B l2D2 C l3D3
q
Qt
Qp
作用水头为各段损失之和，即 q+0.45Qs 0.55Qs
6.3 管网水力计算基础
6.3.1 枝状管网 由多条串联而成的具有分支结构的管网系统称为枝状管网。 枝状管网节省材料、造价低，但供水的可靠性差。 枝状管网的计算 主要为以干管为主确 定作用水头与管径。 水源 干管指从水源到最远 点而且通过的流量为最大的管道部分。对水 头要求最高、通过流量最大的点称为控制点 。 于是，从水源到控制点的总水头可为：
6.2 长管的水力计算
6.2.1 简单管道 直径与流量沿程不变的管道为简单管道。
列1-2断面伯努利方程。 1
1
对于长管来说，局部水头
损失（包括流速水头）可忽略
H
2
不计，于是有 2
引入达西公式
式中 s = al 称为管道的阻抗，a 则称为比阻。于是 为简单管道按比阻计算的基本公式。
可按曼宁公式计算比阻。 在阻力平方区，根据曼宁公式可求得
由表6-1查得 D1= 450mm，a1= 0.123 s2/m6 D2= 400mm，a2= 0.230 s2/m6
于是
解得
l1= 1729 m， l2= 771 m
6.2.3 并联管道 两节点之间首尾并接两根以上的管道系统称为并联管道。
A、B 两点满足节点流量平衡
A：
B：
A
由于A、B两点为各管 Q1 段所共有， A、B两点的水
1
1
0
H
v
2
0
2
式中水头损失可表示为 解出流速
令 流量为
为短管管系流量系数
液体经短管流入液体为淹没出流。
1
H
2
0
0
1 v 2
流量计算与自由出流相同，即
管系流量系数为
6.1.2 基本问题 第一类为已知作用水头、管长、管径、管材与局部变 化，求流量，见p117 [例6-1]。 第二类为已知流量、管长、管径、管材与局部变化， 求作用水头，见p118 [例6-2]。 第三类为已知作用水头、流量、管长、管材与局部变 化，求管径，见p119 [例6-3]。
6.2.2 串联管道
直径不同的管段顺序连接起来的管道称串联管道。
设串联管道系统。各管段长分别为 l1、l2……，管径分 别为D1、D2……，通过的流量分别为 Q1、Q2……，两管段
的连接点即节点处的流量分别为 q1、q2……。
根据连续性方程，
在节点处满足节点流 量平衡，即
q1
q2
H
Q1
Q2
Q3
每一段均为简单管道，按比阻计算水头损失为
求得比阻
查表6-1，求管径 D = 450mm， a = 0.1230 s2/m6 ； D = 400mm， a = 0.230 s2/m6 。
可见，所需管径界于上述两种管径之间，但实际上无此规 格。采用较小管径达不到要求的流量，使用较大管径又将浪费 投资。合理的办法是分部分采用，然后将二者串联起来。
流量或沿线流量。
设沿程均匀泄流管段
x dx
长度 l ，直径 D，通过流
Qp
量 Qp ，总途泄流量 Qs 。
距开始泄流断面 x 处取微
Qs
元长度 dx，该处流量为：
该段的水头损失则为 ：
假定比阻 a 为常数，上式积分得
此式还可近过流量，全部为途泄流量，则
【例5】水塔供水的输水管道，由三段铸铁管串联而成，BC
串联管道的总水头损失等于各段水头损失之和，即
当节点无分流时，通过各管段的流量相等，管道系统的 总阻抗 s 等于各管段阻抗之和，即
故
【例3】【例2】中，为充分利用水头和节省管材，采用 450mm和400mm两种直径管段串联，求每段管长度。 【解】设 D1= 450mm的管段长 l1， D2= 400mm的管段长 l2
为沿程均匀泄流段。管长分别为 l1 = 500m， l2= 150m ， l3= 200m；管径 D1 = 200mm ，D2 = 150mm，D3 = 100mm ， 节点B分出流量q = 0.07m3/s ，通过流量 Qp = 0.02m3/s，途泄 【流解量】QBs =C0段.0途15泄m3流/s量，折试算求后所需作A 用水头H。
l2, D2, Q2 l3, D3, Q3
或
再与流量关系
联立解得：
AB 间水头损失：
6.2.4 沿程均匀泄流管道 前面的管道流动中，通过管道沿程不变的流量称为通过
流量或转输流量。 工程中有些设备装有穿孔管，即当水流通过这种管道时，
除有部分流量（转输流量）通过该管道以外，另一部分流量
随水流的流动由管道壁面的开孔沿途泄出，该流量称为途泄
上式计算结果也可通过查表6-1求得。
【例1】采用铸铁管由水塔向车间供水。已知水管长2500m， 管径400mm，水塔地面标高61m，水塔高18m，车间地面 标高45m，供水点要求最小服务水头25m，求供水量。
【解】 首先计算作用水头 然后查表求比阻，查表6-1 求得流量为
【例2】其他条件同【例1】，供水量增至 0.152 m3/s，求管径。 【解】 作用水头不变
qA
hf
Q2
Q3
Q4
B Q5 qB
头差也就为各管段所共有，而且A、B两点之间又为全部并联系
统，说明并联管道系统各管段水头损失相等且等于系统总损失。
或者
上式还可表示为各管段的流量分配关系
或
由于
及
得并联管道系统的总阻抗为
【例4】三根并联铸铁输水管道，总流量 Q = 0.28m3/s；各
支管管长分别为 l1 = 500m，l2= 800m，l3= 1000m；直径分
别为D1 = 300mm， D2 = 250mm， D3 = 200mm 。试求各支
管流量及 AB 间的水头损失。 【解】查表6-1求比阻
A l1, D1, Q1 B
D1= 300mm，a1= 1.07s2/m6 D2= 250mm，a2= 2.83s2/m6 D3= 200mm，a3= 9.30s2/m6 根据各管段水头损失的关系：
式中 H 为水源的总水头（水塔高度），Hs 为控制点的最小 服务水头，hf 为干管各段水头损失，z0 为控制点地形标高， zt 为水塔处地形标高。
水力学第6章有压管流
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
2020年4月15日星期三
6.1 短管的水力计算 6.1.1 基本公式 短管水力计算可直接应用伯努利方程求解，也可将伯努利 方程改写成工程应用的一般形式，然后对短管进行求解。 短管出流有自由出流和淹没出流之分。 液体经短管流入大气为自由出流。 设一短管，列1-2断面伯努利方程，得