天大水力学知识点

1、学习必备欢迎下载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 .du3. 粘滞性：牛顿内摩擦定律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

2、想流体具有不可压缩性。（ ）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zpp p 0ghCg2. 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. 点压强的计算学习必备欢迎下载利用：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：解析法：PbPghc AyDycI cyc A7. 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）

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学习必备欢迎下载1. 描述流体运动的两种方法：拉格朗日 (Lagrange) 法、欧拉 (Euler

4、) 法2. 基本概念二元流和三元流、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uxuyuz 0xyz4. 恒定总流连续方程： A1v1 A2 v25. 理想流体元流的能量方程pu 2p2u2z111z22g2gg2g6. 实际流体元流的能量方程pu2p2u2'z111z22hwg2gg2g7. 实际流体恒定总流能量方程z1p11v12z2p22v22hw1 2g2gg2gz1p11v12H z2p22 v22g2gghw1 22g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

5、为急变流）（3）计算点：（可任选，以方便为原则）8. 恒定总流动量方程学习必备欢迎下载Q( 2 v21 v1)F分量形式：Q(2 v2 x1v2 x )F xQ(2 v2 y1v2 y )F yQ( 2 v2 z1v2z )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（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 (q1 , q2 , q3qn )0若选择其中m个物理量作为基本量，

6、（流体力学中一般m3，一个几何量，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(n3)个有效式，4学习必备欢迎下载q4q1 q2 q3此物理过程可写为：F ( 4 ,56 . 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

7、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 雷诺数vdvR管流： Re非圆管或明渠水流： ReRec 2000Rec 5002. 水头损失lv2达西公式： h fd 2g3. 均匀流基本公式固体边界：0gRJ流体内部：gR' J4. 圆管过水断面上切应力的分布r0 r02. 圆管中的层流运动学习必备欢迎下载切应力：断面流速分布：dudyugJ (r2r 2 )40最大流速：（管轴线上）umaxgJ r024断面平均流速：vgJ r021 umax8264 lv2hfRe d 3g令64hfl v2Red 3

8、g6. 紊流的特征紊流中运动要素的脉动瞬时流速： ux (t)uxux'时均流速： ux1ux (t )dtux ux'T脉动流速： ux'uxux7.紊流附加切应力12dul 2 ( du ) 2dydy8.紊流流速分布u1 v ln yc对数曲线分布，流速分布均匀化了。此即1.0 ，1.0 的原因。学习必备欢迎下载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。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

9、0.4（ 2）过渡粗糙区0.4K6（ 3）粗糙区（阻力平方区）K611. 尼古拉兹实验I 区， Re<2300，层流区 fRe ，= ()II区， Re=23004000，层流到紊流过渡区 = f( Re,K/d)学习必备欢迎下载III区， 105<Re>4000，紊流水力光滑区 =f( Re).IV 区，过渡粗糙区， =f( Re、K/ d).V 区，粗糙管， =f( K/ d).阻力平方区。12.局部损失计算公式：h jv22g突然放大局部损失计算公式的推导。hj(v1 v2 )2A12 v12v12A12hj(1A )2 g1 2g1(1A2 )22 v2v2A2A22

10、22(1)h j( A11)2 2g22 gA1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不同？第 4 章 有压管中的恒定流1. 孔口分类：学习必备欢迎下载（ 1）大孔口与小孔口（大孔口（ 2）薄壁孔口与

11、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H10 ；小孔口 H10 ）dd流量公式： QA2gH 03. 管嘴出流流量公式： Qn A 2gH 0n 1.32，pc0.75H 0收缩断面压强：管嘴工作条件： (a) l(3 4)d ；(b) H 09m ( 水柱 )4. 短管的水力计算学习必备欢迎下载流量公式：QA 2gH 01ldQ 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。（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

12、合，为折线。6. 长管的水力计算（1）简单管路计算公式：H hfl v28gl Q2Q2ld 2gc24R 2gA222ACR令K AC R 流量模数Hh fQ2lK2粗糙区（ v1.2m / s ）： H h fQ2K2 l水力光滑区或紊流过渡区（v1.2m/ s ）Hhfk Q 2lK 2还可表示为： Hhflv2l 16Q285 lQ2d 2gd 2g2d4g2d学习必备欢迎下载令： s8g 2d 5 （比阻）粗糙区（ v1.2m / s ）： H hf QSl2水力光滑区或紊流过渡区（v1.2m/ s ）HhfkSlQ2k 修正系数（2）串联管路nn2计算原则：（ 1）Hsi li Q

13、i2HQil ii 1i 1K i2（2） QiqiQi 1（节点流量）（3）并联管路；计算原则：（ 1） hfhf 1hf 2hf 3 .n（2）Qi 0 （节点流量）i1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 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

14、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i0 ；逆坡渠道i0 ；平坡渠道i0（ 3）按渠道断面分类：梯形渠道、矩形渠道、复式断面渠道学习必备欢迎下载流动形态：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。iJ PJ（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>

15、04、明渠均匀流的基本公式 vc RiQAC RiQ KiKAC R流量模数谢齐系数： C11（曼宁公式） C1 R y （巴氏公式）R 6nn5、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 ) h2( 1 m2m) 矩形渠道： hb2hh6. 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 K i（ 2）设计渠道的底坡： iQ 2K2（3） 确定渠道的断面尺寸：（试算或图解法）学习必备欢迎下载第 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）方法干扰波波速弗劳

16、德数临界水深临界底坡cghmFrvhKi Kghm流态缓流vcFr1.0hhKii K临界流vcFr1.0hhKii K急流v cFr 1.0h hkii K2. 断面单位能量（断面比能）v2Es hQ 2Esf (h)Es h2gA22g临界流方程：Q2AK3（矩形渠道 : hKq2）gBK3g学习必备欢迎下载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：Q2gAAycf (h)(h' )(h" )（ 3）水跃的类型临界式水跃hth"(b) 淹没式水跃 hth"(c) 远驱式水跃hth"4. 临

17、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）学习必备欢迎下载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，

18、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）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：宽顶堰：0.67；实用断面堰 ; 0.672.5HH2.510.0H2. 堰流基本公式Qm0b2g H 01.5Qm0 b 2g H 1.5学习必备欢迎下载有侧向收缩：Qm2g H 1.50淹没出流：Qm02g

19、H 1.53、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）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 （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： hs0（4） 充分条件： hs0.8H 0第 12 章液体运动的流畅理论1. 质点的速度、加速度学习必备欢迎下载u xux (x, y, z)u yu y (x, y, z)速度：u zu z ( x, y, z)质点加速度的表达式（欧拉法）uxuxuxu yu xuxaxxyu ztz2. 液体质点运动的基本形式3. 有旋流与无旋流x流体质点（

20、微团）旋转变形表达式yzx 01u zu y)2(xy1uxuz)2(xz1u yu x)2(yxx0对于有旋流y0 ， 对于无旋流（势流）y0z0z0第 14 章恒定平面势流的流速势及流函数1. 势函数和流函数学习必备欢迎下载u zu yyzu xu z对于无旋流，即zx（）（）式成立，u yu xxy是使 u x dxu y dyuz dz 成为某一函数( x, y, z) 的全微分的充分必要条件，即du x dxu y dy u zdzdxdxdydzyz比较上两式，得ux, uy,uzzxy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

21、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) ， uxx， u yy由连续性微分方程，（）式（）是使u y dxu x dy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？dux dx u y dy u z dz，3. 给出势函数，求流函数？4. 给出流函数，求势函数？学习必备欢迎下载计算题类型一、点压强计算1.一 封 闭 水 箱 自 由 液 面 上 的 绝 对 气 体 压 强 p0'25kN / m2 ，h4m, h2m ，求 、B两点的相对压强？1

22、2A（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 。二、 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。学习必备欢迎下载（1） 涉及到的概念：相对压强分布图、总压力：Pghc A（2） 压心： yDyCI cyc A（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 R2.5m ，闸门轴与水面齐平。求水对闸门的总压力及总压力

23、对轴的力矩？（ 1） 涉及到的概念：水平分力 Px ghc Ax 垂直分力 Pz gV ，压立体图。(2) 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PP 2p2、xz总压力作用线arctan PzPx三、运动学1 . 已知平面流动， ux 2xy,uy a2x2y2， 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：学习必备欢迎下载质点加速度表达式：axu xuxu xu yuxu zuxtxyzuu0恒定流（0）非恒

24、定流 （t）tuxuxux恒定流 axu xu y0， a ya z 0xyuzz不可压缩流体连续性微分方程：u xu yuz0xyz有旋流、无旋流判别式：四、管道水力计算z1 (u yux )02xy1.水泵系统如图，管径d200mm，流量为 Q0.1m3 / 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z10.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 H 11.5m

25、, H 2 2.0m ，管长 l1 5.0m , l 2 10.0m管径 d1d 2 0.1m ，沿程损失系数0.02 ，进口设栏污栅，进口局部损失系数 110.0 ，弯管局部损失系数20.15 。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。学习必备欢迎下载短管水力计算：（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 h 1=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、过流断面、计算点。（ 2） 列能