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1、天大水力学知识点绪论1. 连续介质2. 实际流体模型由质点组成的连续体，具有：易流动性、粘滞性、不可压缩性、不计表面张力的性质.3. 粘滞性：牛顿内摩擦定律也dy4. 理想流体模型：不考虑粘滞性。5. 作用在液体上的力：质量力、表面力例：1.在静水中取一六面体，分析其所受的外力：作用在该六面体上的力有（）（a）切向力、正压力（b）正压力（c） 正压力、重力（d）正压力、切向力、重力2. 在明渠均匀流中取一六面体，其所受的外力：作用在该六面体上有（）（a）切向力、正压力（b）正压力（c） 正压力、重力（d）正压力、切向力、重力3. 理想流体与实际流体的区别仅在于，理想流体具有不可压缩性。（）第1

2、章水静力学1. 静压强的特性（1）垂直指向受压面。（2）在同一点各方向的静压强大小与受压面方位无关.2. 等压面：等压面是水平面的条件3. 水静力学基本方程p Pogh2. 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。3. 静压强分布图5点压强的计算利用：等压面、静压强基本方程。解题思路：找等压面 找已知点压强 利用静压强基本方程推求。6作用在平面上的静水总压力图解法：P bIc解析法：PghcAyD yc AycA7作用在曲面上的静水总压力关键：压力体画法以曲面为底面，向自由液面（自由液面延长面）投影，曲面、铅锤面、自由液面所包围的水体为压力体。压力体与水在同一侧

3、为实压力体，铅锤分力方向向下。反之，为虚压力体，铅锤分力方向向上。例1.流体内部某点存在真空，是指（）（a）该点的绝对压强为正值（b）该点的相对压强为正值（c ）该点的绝对压强为负值（d）该点的相对压强为负值2. 流体内部某点压强为2个大气压，用液柱高度为（）a） 10米水柱 b） 22 米水柱c）20 米水柱 d）25 米水柱3. 无论流体作何种运动，流体内任何一个水平面都是等压面。（）第2章 液体运动的流束理论1. 描述流体运动的两种方法：拉格朗日（Lagrange）法、欧拉（Euler）法2. 基本概念迹线和流线、流管、元流、总流和过水断面、流量和断面平均流速、一元流、二元流和三元流、恒

4、定流与非恒定流、均匀流与非均匀流；渐变流、急变流。3. 不可压缩均质流体连续性方程Uzz4. 恒定总流连续方程：AwA2V25. 理想流体元流的能量方程2z Pi Ui z ziZ2g 2gP2g2U22g6.实际流体兀流的能量方程2zPiUi z乙z2g 2gP2g2U2 h hw 2g7.实际流体恒定总流能量方程22ZiPi2 iViZ2Pl22V2hwi 2g2gg2g22ZiPiiViHZ2P22V2h亠hwi 2g2gg2g能量方程应用注意事项（三选）（1）基准面：（可任选，以方便为原则）（2）过流断面：（必须是均匀流或渐变流断面，中间可为急变流）（3）计算点：（可任选，以方便为原则

5、）8. 恒定总流动量方程Q(1V1)F分量形式：Q(2V2xiV2x)FxQ(2V2yiV2y)FyQ(2 V2ziV2z)Fz9. 动量方程应用注意事项(1) 选择脱离体(控制面)(2) 建立坐标系(3) 全面分析外力(4) 动量方程为矢量式，流速、力均有方向。(5) 方程左边为所取流段的动量的变化率， 一定是流出的动量减去流入的动量10. 三大方程联合应用13(1)(2)11. 定理对于任一物理过程，存在有 n个物理量，总可以写成函数f(q,q2,q3qj 0若选择其中m个物理量作为基本量，(流体力学中一般 m 3，一个几何量，一个 运动量，一个动力量)，其他的物理量可以用这3个基本量表示

6、，写为无量纲的式,共写出(n 3)个有效 式，q44q q2 q3此物理过程可写为：F( 4，5 6. n) 0通过量纲和谐原理建立其物理量之间的关系，此乃定理。例.1.在水箱上接出一条等直径圆管，末端设有阀门已控制流量，若水箱内水面不 随时间变化、当阀门开度一定时，管中水流为（）（a）恒定均匀流 （b）恒定非均匀流 （c）非恒定均匀流（d）非恒定非均匀流2. 恒定流一定是均匀流。（）3. 在恒定流情况下，流线与迹线重合。（）第3章液流型态与水头损失1. 液体流动的两种型态层流：流体质点互不掺混，做有条不紊的规则运动。紊流：流体质点互相掺混，形成涡体，做杂乱无章的运动1. 流态的判别一雷诺数v

7、dvRRec 2000管流：Re非圆管或明渠水流：ReRec 5002. 水头损失达西公式：hfI v2d 2g3.均匀流基本公式固体边界:gRJ流体内部：gRJ4. 圆管过水断面上切应力的分布r0 ro2. 圆管中的层流运动dudy切应力:断面流速分布:u J2 r2)4最大流速：(管轴线上)UmaxgJ r2断面平均流速:gJ2ro1max2hf64丄土Red 3g64Rehfd 3g6. 紊流的特征紊流中运动要素的脉动瞬时流速：Ux(t) Ux Ux1 时均流速：Ux T Ux(t)dt Ux UxUxUx Uxdu弋)2dy脉动流速:7. 紊流附加切应力1 28. 紊流流速分布丄v I

8、n y对数曲线分布，流速分布均匀化了。此即1.0，1.0的原因9.粘流底层受粘滞力作用，有一极薄层流体附在管壁上不流动；在靠近固体边界附近的液层做层流运动，称之为粘性底层。粘性底层的厚度用表示。粘性底层的厚度不是一成不变的，与直径、雷诺数、粗糙度有关。（C）11.尼古拉兹实验10.紊流分区绝对粗糙度K粘性底层紊流流核（1）水力光滑区K0.4（2）过渡粗糙区0.4K6（3）粗糙区（阻力平方区）K6I 区，Re230Q 层流区 入=f （Re）,II区，Re=23OO4OO0层流到紊流过渡区入二f （Re,K/d）III区，1054000紊流水力光滑 区 入=f （Re）.IV区，过渡粗糙区，入=

9、f （Re、K/d）.V区，粗糙管，入=f （K/d）.阻力平方区。212.局部损失计算公式：hj -。022hjhjA2) 2g22V222g(1AA2(1FA2gi)2等直径圆管中紊流的过流断面流速分布是（）（a）呈抛物线分布（b）呈对数线分布（c）呈椭圆曲线分布（d）呈双线分布2. 壁面粗糙的管道一定是水力粗糙管。（）3. 在进行水力计算时，短管是指管道几何长度较短的管道。（）4. 临界雷诺数的大小仅与流体的流速有关，与流体的性质无关。（）5. 圆管中层流与紊流，其断面流速分布有什么不同？试根据尼古拉兹试验 ，说明紊流各区沿程阻力系数与Re和K d的关系?7. 层流与紊流的内部切应力有何

10、不同?第4章有压管中的恒定流1. 孔口分类：（1） 大孔口与小孔口（大孔口 H 10 ；小孔口 H 10）dd（2）薄壁孔口与厚壁孔口（3）自由出流与淹没出流（4）恒定出流与非恒定出流2. 薄壁小孔口恒定出流流量公式：Q A 2gHo3. 管嘴出流1aavi2F1流量公式：Q nA 2gHon 1.32 ,9m （水柱）收缩断面压强：_PcO75Ho管嘴工作条件：（a） l （34）d ； （b） Ho4. 短管的水力计算37Q A.2gH3. 总水头线与测压管水头线的画法。（1）总水头线测压管水头线。规律：（1）总水头线沿程总是下降的。（反之）（2）测压管水头线总是在总水头线的下方。（3）测

11、压管水头线沿程可升可降。总水头线与测压管水头线重合，为折线6.长管的水力计算（1）简单管路计算公式：Hhfd 2g8g I Q2 c2 4R 2gA2丄Ia2c2rAC i R流量模数hf卑IK2粗糙区（v 1.2m/s）：水力光滑区或紊流过渡区HhfQ22IK2（v 1.2m/s）Q2k 2IK2H hf还可表示为：H hfd 2g2I 16Q d 2g 2d4rIQ28令：s g 2d5 （比阻）粗糙区（v 1.2m/s）: HhfSIQ2水力光滑区或紊流过渡区（v 1.2m/s）H hfkSIQ2k修正系数（2）串联管路计算原则：（1）si1 iQiKJi Qi qiQi 1（节点流量）

12、（3）并联管路；计算原则：（1） hf hfi hf2 hf3 .n（2）Qi 0 （节点流量）i 1例：1.总水头线与测压管水头线的基本规律之一，是：（）(c)（a）总水头线总是沿程升高。（b）总水头线总是在测压管水头线的上方。测压管水头线沿程升高。（d）测压管水头线总是沿程下降的。2. 外延管嘴的正常工作条件是（）（a）管长等于3-4倍的管径（b）作用水头小于9米水柱（c）管长l（3-4）d，作用水头大于9米水柱（d）管长l =（3-4）d ，作用水头小于9米水柱第5章明渠恒定均匀流1. 明渠的分类：（1） 按渠身形式分类：棱柱形渠道非棱柱形渠道（2） 按底坡分类： 顺坡渠道i 0 ;逆坡

13、渠道i 0 ;平坡渠道i 0（3）按渠道断面分类：梯形渠道、矩形渠道、复式断面渠道流动形态：明渠恒定流、明渠非恒定流、明渠均匀流、明渠非均匀流明渠非均匀流又分为：急变流与渐变流2. 明渠均匀流的水力特征：（1） 底坡线、水面线、总水头线，三线平行。iJPJ（2）水深、过流断面的形状、尺寸；断面平均流速及流速分布沿程不变（3）水体重力沿水流方向的分力等于固体边界对水流的摩阻力。3. 明渠均匀流动的形成条件 恒定流渠道为长、直棱柱型渠道i和n沿程不变顺坡渠道 i 04、明渠均匀流的基本公式VcJRi QAC JRiQ K JiK AC、R流量模数i 1谢齐系数：C -R 6n（曼宁公式）C1-Ry

14、 （巴氏公式）n5、水力最优断面定义：在过流断面的面积、糙率、底坡一定前提下，通过流量最大的断面（形状、尺寸）。对于梯形断面渠道：h （b）h 2（ ：Cm2 m）矩形渠道：h卫2hh6. 明渠均匀流水力计算的基本问题（1）校核已建渠道的输水能力：Q KJi.Q2（2）设计渠道的底坡：I K7（3）确定渠道的断面尺寸：（试算或图解法）oC C(c)* a 0第6章 明渠恒定非均匀流第7章 水跃1、明渠水流流动类型（2）判别标准：(3)V 法流态干扰波波速c x/ghm弗劳德数vFr -7=Jghm临界水深hk临界底坡iK缓流v cFr 1.0hhKi iK临界流v cFr 1.0hhKi iK

15、急流v cFr 1.0hhki iK2. 断面单位能量（断面比能）2Es h 2gEsh Q2h 2gA2Es f(h)Q2aK1 临界流方程：gBk（矩形渠道：hK着）3. 跌水与水跃(1)跌水现象缓坡接陡坡的渠道缓坡渠道末端有跌坎(2) 水跃现象(1)水跃方程:Q2gAAy。f(h)III(h) (h )(3)水跃的类型临界式水跃hthII（b）淹没式水跃hth（c）远驱式水跃 ht h4临界水深、临界底坡、缓坡、陡坡5.水面曲线的定性绘制（缓坡、陡坡）水面曲线变化基本规律（1）所有a型、C型曲线都是壅水曲线。（2）所有b型曲线都是降水曲线。（3）水面曲线具有不同的凹凸性。性绘制水面曲线的

16、方法与原则（1） 根据已知底坡或水深，按均匀流条件，判断急流、缓流，确定N-N线与K-K 线。（2）视底坡改变或水工建筑物的影响，分析水流加速，还是减速，判断水面曲 线是壅水曲线还是降水曲线。水流受阻，水流减速运动，水深变大，为壅水曲 线，反之为降水曲线。（3）把底坡改变或水工建筑物的影响，视为干扰，确定对上游的影响。若上游 急流，这个干扰形成的波不向上游传播，上游水面为均匀流，水面线不变；若 为缓流，干扰波向上游传播，上游水面曲线变化。（4）从急流到缓流出现水跃，从缓流到急流发生跌水。例：1.明渠水流，从急流过渡到缓流，发生跌水。（）2. 明渠水流，从急流过渡到缓流，发生跌水跌。（）3. 跌

17、水的形成条件是（）（a）从急流过渡到急流（b）从急流过渡到缓流(c) 从缓流过渡到急流(d) 从缓流过渡到缓流第8章堰流及闸孔出流1堰流的分类薄壁堰:0.672堰流基本公式Qmo b h0.5Q mob 2gH 1.5宽顶堰：2.510.0H1(2)宽顶堰淹没出流水流特征：(1) 一次水面跌落，下游出现动能恢复有侧向收缩：Q moi；2gH1.5 淹没出流： Q mJ2gH1.53、宽顶堰(1)宽顶堰自由出流水流特征：(1)二次水面跌落。(2)堰顶上水流为急流(2)堰顶上水流为缓流(3)宽顶堰淹没过程及淹没标准淹没标准：(1)必要条件：h(4)充分条件：hs 0.8Ho第12章液体运动的流畅理

18、论1. 质点的速度、加速度Ux Ux(x, y,z)速度：uy uy(x，y，z)Uz Uz(x, y,z)质点加速度的表达式(欧拉法)UxyUxzUxUxaxUxUytx2. 液体质点运动的基本形式3. 有旋流与无旋流x 4（Uz2 1(流体质点(微团)旋转变形表达式y 2( Z1 UyZ XyUx巴）x巴）x生）y对于有旋流0,对于无旋流(势流)0第14章恒定平面势流的流速势及流函数1.势函数和流函数UzUyyzUxUz对于无旋流，即zx() ()式成立，是使UyUxxyuxdx Uydy uzdz成为某一函数(x, y, z)的全微分的充分必要条件，即duxdx uydy uZdzddx

19、dydzxyz比较上两式，得Ux,Uy,Uzxyz对于不可压缩流体,连续性微分方程所以，函数 （X, y,z）叫流速势，且为调和函数。无旋流必然为势流， （存在流速势）。反之，势流必然为无旋流对于平面势流，（x, y）, ux 一 , Uy 由连续性微分方程，（）xy式（*）是使 Uydx Uxdy 成为某一函数 （x, y）成立的充要条件。流函数亦为调和函数。题目类型：1. 给出流速场，判断是有旋流、无旋流？2. 给出流速场，求势函数、流函数？ d Uxdx Uydy Uzdz，3. 给出势函数，求流函数？4. 给出流函数，求势函数？计算题类型点压强计算1. 一封闭水箱自由液面上的绝对气体压

20、强 Po 25kN/m2, hi 4m,h2 2m，求AB两点的相对压强?(1) 涉及到的概念：等压面、等压面是水平面的条件、静压强基本方程。(2) 解题思路：找等压面找已知点压强利用静压强基本方程推求。静水总压力计算1.如图示，一平板闸门，两侧有水，左侧水深为3 m，右侧水深为2 m,求作用在单宽闸门上的静水总压力及作用点。X70(1) 涉及到的概念：相对压强分布图、总压力：PghcA(2)压心：yDycIcycA(3) 解题思路： 求出各分力 合成求总压力作用点 注意，是力的平衡还是力矩平衡4.如图示，一弧形闸门，其宽度 b=6m ,圆心角300，半径R 2.5m，闸门轴与水面齐平。求水对

21、闸门的总压力及总压力对轴的力矩?(1)涉及到的概念：水平分力 PxghcAx垂直分力PzgV，压立体图解题思路：画压力体图 画投影面压强分布图求解水平分力、垂直分力、总压力 PPx2 pl总压力作用线arctanPx三、运动学1 .已知平面流动，匕 2xy2 2 2,uy a x y，a为常数，试判断该液流是(1)是恒定流还是非恒定流?(2)是否满足不可压缩流体连续性微分方程,(流动是否存在)？(3)是均匀流还是非均匀流?(4) 是有旋流还是无旋流?(一)涉及到的概念:UxUxUxUx质点加速度表达式：axtUx-UzxyzUc恒定流(t 0 )非恒定流(u t0)uxux恒定流ax U xU

22、 yUz旦0，ayaxyz不可压缩流体连续性微分方程：UxUyUzz 0xyz有旋流、无旋流判别式：z 1（旦匕）02 x y四、管道水力计算1.水泵系统如图，管径d 200mm,流量为Q 0.1m3/s，吸水管与压水管的总长为30m沿程阻力系数0.02 ；吸水管设有带阀门的莲蓬头阀2.0，所有弯头弯0.3，两水面高差z 10.m，求水泵扬程。短管水力计算：（1）涉及到的概念：长管、短管的定义；能量方程；水泵扬程HZghw（2）解题思路：选基准面、过流断面、计算点，列能量方程求解。2.有一虹吸管，作用水头 出1.5m, H 22.0m，管长l15.0m ,l210.0m管径di d2 0.1m

23、，沿程损失系数0.02，进口设栏污栅，进口局部损失系数1 10.0，弯管局部损失系数2 0.15。求该虹吸管的过流量、管中最大真空值，并定性绘出其 测压管水头线。短管水力计算:(1) 涉及到的概念：长管、短管的定义；能量方程；管中最大真空值发生在何处(2) 解题思路：选基准面、过流断面、计算点，列能量方程求解。五、能量方程、动量方程1 .一矩形断面平坡棱柱形渠道，渠宽 B=2.7m ,河床在某处抬高d=0.3m ,坎前水深 hi=1.8m,而后水面又降落0.12m (如图所示)，若局部水头损失hw为尾渠流速水头的 二分之一，求(1)通过流量Q ?(2)水流对坎的作用力？能量方程应用：(1)涉及到的概念：能量方程应用注意事项(三选)选基准面、