水力学课程总结.ppt

量纲、单位； 液体的主要物理性质： 惯性与万有引力特性- 粘性-牛顿内摩擦定律 压缩性与表面张力特性 作用在液体上的力 第一章 小节 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 综合式 积分式 2 等压面方程 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 3 2. 基本概念 位置水头、压强水头、测压管水头 、绝对压强 、相对压强、真空压强、真空度 3. 静水压强的图示 1. 水静力学基本方程 p=h; 2. 静水压强特性（大小、方向 ） 依据 4 四. 压强的量测 关键：等压面原理 1.测压管；2U形压力计；3.压差计（比压计）； 4.压力表；5.真空表。 五. 作用在平面上的静水总压力 解析法： 图解法： yD：压强分布图形心 矩形断面5 六. 作用在曲面上的静水总压力 关键：压力体 七.浮体的平衡与稳定 1.潜体的平衡与稳定性 平衡条件 稳定性 6 关键：求三心 2.浮体的平衡与稳定性 （1）基本概念：定倾中心M、偏心距e、定倾 半径、定倾高度hm= -e e 稳定平衡 = e 随遇平衡 4000，紊流水力光滑管 区，=f (Re). 沿程损失系数仅与雷诺数有关，与ks/r0无关。 4IV区，紊流过渡区，=f (Re、ks/r0). 沿程损失系数与雷诺数和粗糙度都有关。 5V区，紊流水力粗糙管区，=f (ks/r0). 沿程损失系数仅与相对粗糙度有关。 沿程水头损失与断面平均流速的平方成正比, 通常也称作 阻力平方区。 28 29 八. 计算沿程水头损失的谢才公式 1. 谢才公式 谢才系数,m1/2/s 明渠均匀流的水力坡度 即为水面线坡度i C 水力半径 R J 2. 谢才系数C 采用经验公式计算C时，谢才公式只适用于阻力平方区。 单位：计算C的两个经验公式必须采用国际单位。 曼宁公式一般用于明渠，而巴氏公式用于给排水工程。 30 九. 局部水头损失的计算 计算局部水头损失的公式 圆管断面突然显著扩大 。 31 管 道 渠 道 闸 孔 堰 流 渗 流 孔口出流 三大方程三大方程 损失公式损失公式 32 第六章小结 一.概述 管流的分类 从时间上 从空间上 恒定流非恒定流简单管路复杂管路 串联管路 并联管路 分汊管路 沿程途泄 管 网 33 能量观点 出流情况 长 管 短 管 自由出流 淹没出流 短管、长管是按 能量划分的，不是 按管长度划分。 管 流 的 分 类 二.短管的水力计算 短管的所有公式都不用记忆， 只需列能量方程。 要点 34 三.长管的水力计算 判别流区！ 注意2 忽略hj+v2/2g,只计hf！ 注意1 n k=ACR1/2；d k ！ 注意3 流量模数 管道的管径d、粗糙系数n（或沿程阻力系数）沿 程不变且无分支的管路。 简单管路 阻力平方区 35 复杂管路 由直径不同的管段顺次连接而成的管路。 1.串联管路 两节点间并设两条以上管段的管路。 2. 并联管路 36 由总干管分出支管后不再汇合的管路。 3. 分汊管路 单位长度上泄出的流量相等的管路。 4. 沿程均匀泄流管路 折算流量 37 第七章小结 一.明渠均匀 流 1. 明渠的分类 棱柱型渠道 非棱柱型渠道 渠身形式 流动分类 恒定流 非恒定流 非均匀流 渐变流 急变流 均匀流 底坡i分类 正底坡(顺坡)i 0 平底坡(平坡) i = 0 反底坡(逆坡) i 0 明渠均匀流动的形成条件 39 3.明渠均匀流的基本公式 谢才公式 过流断面的面积、糙率、底坡一定，通过 的流量最大的断面形状。 水力最佳断面 梯形断面最佳宽深比 矩形水力最佳断面：m=b/h=2 40 4.明渠均匀流水力计算的基本问题 校核已有渠道的输水能力 确定渠道底坡i 设计新渠道（决定断面形状尺寸b、h） （1）宽矩形断面渠道，求正常水深h0 。 （2）已知渠道宽深比 = b/h0 ，求正常水深h0 。 （3）已知Q、i、n、m和b(h0) ，求正常水深h0(b)。 （4）给定最大允许流速v ，求正常水深 h0 及 b。 41 二.明渠恒定流的流动类型及其判 别 当渠道中有障碍物产生干扰时，干扰波只能向下游 传播。 急流 当渠道中有障碍物产生干扰时，干扰波既能向上游传 播，又能向下游传播。 缓流 流动类型 缓流、急流中间存在不稳定的临界流。 临界流 42 1.波速法 2.弗劳德数法 43 3.断面比能法 4.水深法 临界方程临界水深 44 5.底坡法 明渠中发生均匀流时的水深。 正常水深h0 明渠中对应断面比能Es最小的水深。 临界水深hcr 水流的正常水深刚好等于临界水深时的渠底坡度 。 临界底坡icr 均匀流 45 水流从缓流向急流过渡的局部水力现象，称水跌（跌水）。 水流从缓流向急流过渡将 经过临界水深，并且产生水 面降落。 由缓坡接陡坡的渠道， 缓坡渠道末端有跌坎，以 及水库出口接陡坡渠道等 一般都将产生水跌现象。 三.水跌与水跃 1.水跌 46 由缓坡接陡坡的渠道 缓坡渠道末端有跌坎 水库出口接陡坡渠道47 2.水跃 水流从急流向缓流过渡时发生的水面突然跃起的局部水力现象 ，称水跃。 水跃函数 共轭水深：h、h 水跃方程 48 3. 水跃的类型 按照水跃发生位置或ht与hc 的对比关系分 远驱式水跃 临界式水跃淹没式水跃 49 4. 水跃长度及能量损失 水 跃 长 度 以跃后水深表示 以跃高表示 以佛汝德数表示 能量损失 消能系数 消能功率 50 四.明渠恒定渐变流的基本微分方程 水力摩阻坡度 或 51 a b c a b c a c b c b c 五种坡度的渠道共分十二个区，将产生十二种水面曲线 。 五.棱柱形渠道中渐变流水面曲线定性分析 52 三步曲：分区、找控制水深、确定线型 定性分析水面曲线的步骤 1. 分区：由底坡定N-N线、k-k线的位置（h0、hcr） k-k线只与 Q 有关，与 i 无关，通常一 k 到底。 N-N线与 Q 、i有关，根据底坡定位置。 2. 确定控制水深 长、直渠道干扰的远端为正常水深。 跌坎处以及缓坡向陡坡转折的水深均为临界水深。 急流的控制水深在上游；缓流的控制水深在下游。 3. 确定线型 53 六.明渠渐变流水面曲线的定量计算 分段求和法 或 54 第八章小结 一.概述 按/H大小（堰以局部水头损失为主） 薄壁堰实用堰 实用堰上闸孔出流 堰流 闸孔出流 宽顶堰明渠流 （2）堰流、孔流的区别标准 宽顶堰上闸孔出流 堰流 闸孔出流 （1）堰的分类 55 二.堰流 1.薄壁堰 矩形薄壁堰（自由溢流，初设时可取 ） 三角形（900 ） 56 2.实用堰 (a) m与 、 及 有关，它分为： WES剖面和克-奥剖面（可查表）。 (b) 边墩、中墩的形状系数 （c）产生淹没水跃条件： 下游水位超过堰顶的高度。 3.宽顶堰 有底坎直角进口 有底坎园角进口 57 无坎宽顶堰： n堰孔数目； -中孔的流量系数； 边孔流量系数 三.闸孔出流 流量系数 宽顶堰 （平板闸门 ） （弧形闸门 ） 实用堰 （平板闸门 ） （弧形闸门 ） 同实用堰 。 判别标准 ， 可查表。 58 淹没系数 宽顶堰上闸孔出流： 淹没条件为 实用堰上闸孔出流： 判别标准为 注意：两个判别（1）堰流、孔流；（2）自由、淹没。 要会用公式计算工程实例。 59 本章小结 1. 平移运动2. 变形运动3. 旋转运动 线变形速度 剪切变形速度 旋转角速度 101 液体微团运动的基本形式 60 一.无涡流 10-2无涡流动和有涡流动 61 二.有涡流 10-2无涡流动和有涡流动 流线微分方程 涡线微分方程 迹线微分方程 62 10-3 液体三元运动的连续方程 液体三元运动的连续方程 不可压缩液体的连续方程： 不可压缩液体的速度的散度必为零 （内部没有奇点-源、汇）。 63 10-4 理想液体的运动动微分方程 理想液体运动微分方程（欧拉运动微分方程） 适用条件：恒定流、非恒定流、可压缩流、不可压缩流 64 可求解不可压缩液体的ux、uy、uz及p 液体平衡时： 欧拉平衡微分方程 65 10-6 恒定平面势流 无涡流（有势流） 一.流速势函数 平面势流（无涡流） 是使uxdx+uydy为某一函数（x,y,t）的全微分的充分必 要条件 无涡流的流速势函数 66 流速势函数的性质 1.流速势函数 在某一方向m上的偏导数，等于流速u在该方向 上的投影。 平面直角坐标系： 67 2.等势面（线）与流线正交，等势面过水断面。 3.流速势函数 沿流线s方向增大。 4.流速势函数 是调和函数。 调和函数 二. 流函数 流函数存在的条件：满足不可压 缩液体的连续方程 68 流函数 任何流动（无涡流、有涡流、理想液体、实际液体）都必须 遵守连续方程，故不可压缩液体的平面流动中必然存在流函数 ， 知道了流函数，就可以确定速度场u(x,y,z). 流函数的性质 1.流函数 在某一方向m上的偏导数，等于流速u在m方向顺时 针旋转90后m方向上的流速分量um 。 2.流函数 =const代表一条流线。 69 3.流函数 沿流线s方向逆时针旋转90后的n方向增大。 4.任意两条流线的流函数之差 等于这两 条流线间通过的单宽流量q。 5.平面势流（无涡