水力学知识点

1、知识点 第0章绪论 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 du dy 4. 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

2、不可压缩性。() 第1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 zc pPogh g 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 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 b 解析法：PghcA 7作用在曲面上的静水总压力 yD yc Ic ycA 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

3、）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

4、 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 Ux Uy Uz 4.恒定总流连续方程: A1v1 A2v2 5. 理想流体元流的能量方程 Zi 2 Pi Ui_ g 2g Z2 P2 g 2 电 2g 6. 实际流体元流的能量方程 2 PiUi Zi g 2g P2 g 2 U2 2g hw 7. 实际流体恒定总流能量方程 Zi Pi 2 iVi Zi Pi 2g 2 iVi 2g P2 g 2 2V2 hwi (1) Z2 P2 g g 能量方程应用注意事项（三选）

5、基准面：（可任选，以方便为原则） 2 2V2 2g hwi 2 (2) (3) 计算点：（可任选，以方便为原则） 过流断面：（必须是均匀流或渐变流断面，中间可为急变流） 8. 恒定总流动量方程 iVi) 分量形式: Q( 2V2x iV2x) Fx Q( 2 v2z1V2z)F z 9. 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 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

6、 f(qq2,q3 qJ o 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，写为无量 纲的 式，共写出(n 3)个有效 式， q4 4 q 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

7、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 管流：Re四 D vR 非圆管或明渠水流：Re 2. 水头损失 Rec 2000 Rec 500 达西公式：hf d 2g 3. 均匀流基本公式固体边界： 4. 圆管过水断面上切应力的分布 gRJ 流体内部: gRj r ro 2. 圆管中的层流运动 du dy 切应力: 断面流速分布： u 严（r。2r2） 4 最大流速：（管轴线上） Umax gJ r2 断面平均流速: gJ 8 2 r。 1 max 2 hf 64 l v

8、2 Re d 3g 64 hf l v2 6. 紊流的特征 Re d 3g 紊流中运动要素的脉动 瞬时流速: 匕 Ux Ux 时均流速: Ux T Ux(t)dt Ux Ux 脉动流速: Ux UxUx 7. 紊流附加切应力 du dy 1.0， 1.0的原因 8. 紊流流速分布 对数曲线分布，流速分布均匀化了。此即 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 表示。粘性底层的 的液层做层流运动，称之为粘性底层。粘性底层的厚度用 厚度不是一成不变的，与直径、雷诺数、粗糙度有关。 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K 0.4

9、(2)过渡粗糙区0.4 K 6 (3)粗糙区(阻力平方区) K 6 (C) 11. 尼古拉兹实验 I 区，Re230Q 层流区 入=f (Re), II区，Re=23004000层流到紊流过渡区入=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=f （Re、K/d）. V区，粗糙管，入=f （K/d）.阻力平方区 12. 局部损失计算公式: hj v 2g hj 2 (Vi V2) 2g 2 hj hj (1 （A 2 i)22g 2 Vi 12g 2 V2 22g (1 A A2 1)2 等直径圆管中紊流的过流断面流速分布是 （a）

10、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 - 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

11、壁小孔口恒定出流 !郭I 流量公式：QA.2gH0 3.管嘴出流 1 右丄 7 P f #0 W 丄 c J丿u d rc 1 | f =(3“4吗 流量公式：Q n A 2gH0 1.32 Pc 收缩断面压强： 0.75H。 QA.2gH l d QA,2gH 3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 (2) 测压管水头线总是在总水头线的下方。(反之) (3) 测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：H hf _Lv! 8g l Q2Q2 l d 2g

12、c2 4R 2gA2 A2C2R 流量模数 H hf与 K2 8 粗糙区(v 1.2m/s): hf K2 水力光滑区或紊流过渡区 1.2m/s） Hhf kg 还可表示为：H hf l v2 d 2g l 16Q2 d 2g 2d4 IQ2 令: 2d 5 （比阻） 2 粗糙区（V 1.2m/s）: H hf SIQ 水力光滑区或紊流过渡区（v 1.2m/s） 2 H hf kSIQk 修正系数 （2）串联管路 gli K2 n 2 计算原则：（1）HshQi i 1 （节点流量） （2） Qi qi Qi 1 （3）并联管路 hf 3 计算原则：（1） hf hf 1 hf 2 n （2）

13、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： （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。 （c）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lv（3-4）d，作用水头大于9米水柱 （b）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 ；逆坡渠道i 0 ；平坡渠道i 0 （3）按渠道断面分类：梯

14、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。i Jp J （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 0 4. 明渠均匀流的基本公式v cRi Q ACJRi Q K JiK AC. R流量模数 谢齐系数：C R 6 （曼宁公式）CRy （巴氏公式） nn 5. 水力最

15、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 （h）h 2（ 一1 m2 m）矩形渠道：h b 2 6. 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 Ki Q2 第7章 水跃 1、明渠水流流动类型 (2) 判别标准： 方: 干扰波波速 弗劳德数 临界水深 临界底坡 cxghm Fr v hK iK 流态 Jghm 缓流 v c Fr 1.0 h hK i iK 临界流 v c Fr 1.0 h hK i iK 急流 v c Fr 1.0 h hk i iK 2. 断面单位能量(断面比能) Es v Es h

16、 2g Es f(h) 临界流方程: Q2 AK Bk q；) (矩形渠道：hK 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: Q2 gA Ay。 f(h) (h) I! (h ) （3水跃的类型临界式水跃hth II （b）淹没式水跃hth I! （c）远驱式水跃ht h 4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。 性绘制水面曲线的方法与原则 （1） 根据已知底坡或水深，按均匀

17、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. 跌水的形成条件是（） （a

18、）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: 0.6715 宽顶堰：2.5 2.堰流基本公式 MHO 0.112A 0.67ff 2.5 10.0 Q mobV2gH0.5 Q m0bj2gH1.5 1 有侧向收缩：Q m0 v2gH 1.5 淹没出流：Q mo ；2gH 1.5 3、宽顶堰（1）宽顶堰自由出流 (2) 水流特征：(1) 二次水面跌落。(2)堰顶上水流为急流。 (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z 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：hs 0 (2)充分条件：hs 0.8H o 第12章 液体运动的流畅理论 1. 质点的速度、加速