天大水力学知识点

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 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，理想流体具有不可

2、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：解析法： 7. 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为实压力体，铅锤分

3、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、恒定

4、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4.恒定总流连续方程：5.理想流体元流的能量方程6.实际流体元流的能量方程7.实际流体恒定总流能量方程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）8.恒定总流动量方程分量形式： 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

5、（1） （2）11.定理对于任一物理过程，存在有个物理量，总可以写成函数若选择其中个物理量作为基本量，（流体力学中一般，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，共写出个有效 式，此物理过程可写为：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

6、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 雷诺数管流： 非圆管或明渠水流： 2.水头损失达西公式：3.均匀流基本公式固体边界： 流体内部：4.圆管过水断面上切应力的分布2. 圆管中的层流运动切应力：断面流速分布： 最大流速：（管轴线上） 断面平均流速： 令 6.紊流的特征紊流中运动要素的脉动瞬时流速：时均流速： 脉动流速：7.紊流附加切应力 8.紊流流速分布对数曲线分布，流速分布均匀化了。此即，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

7、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 粘性底层 紊流流核（1）水力光滑区 （2）过渡粗糙区 （3）粗糙区（阻力平方区） 11.尼古拉兹实验I区，Re<2300，层流区 =f (Re)， II区，Re=23004000， 层流到紊流过渡区= f (Re,K/d)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： 突然放大局部损失计算公式的推导。 例：1. 等直

8、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？6. 试根据尼古拉兹试验,说明紊流各区沿程阻力系数与和的关系？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；小孔口）（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

9、出流2.薄壁小孔口恒定出流流量公式：3.管嘴出流 流量公式：，收缩断面压强：管嘴工作条件：(a)；(b)(水柱)4.短管的水力计算流量公式： 3. 总水头线与测压管水头线的画法。定性绘制方法：（1） 画总水头线、局部水头损失集中画在边界条件突变处。（2） 在总水头线下方减去一个流速水头得测压管水头线。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。（4）对于长管，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：令 流量模数粗糙区（）：水力光滑区或紊流过渡区（）还可表示为：令：（比阻）粗糙区（）：水

10、力光滑区或紊流过渡区（） 修正系数（2）串联管路计算原则：（1） （2） （节点流量）（3）并联管路；计算原则：（1） （2） （节点流量）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<(3-4)d，作用水头大于9米水柱 （d）管长=(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

11、渠道 非棱柱形渠道 （2）按底坡分类： 顺坡渠道 ；逆坡渠道 ；平坡渠道 （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。（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 和 沿程不变 顺坡渠道 > 0 4、明渠均匀流的基本公式 流量模数谢齐系数：（曼宁公式）（巴氏公式）5、水力最优断面 定

12、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： 矩形渠道：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： （2）设计渠道的底坡：（3） 确定渠道的断面尺寸：（试算或图解法）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（1） 流动类型急流： 缓流： 临界流：（2） 判别标准：（3）方法流态干扰波波速弗劳德数临界水深临界底坡缓流临界流急流2.断面单位能量（断面比能） 临界流方程： （矩形渠道:）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： （3）水跃的类型(a) 临界

13、式水跃 (b) 淹没式水跃 (c) 远驱式水跃 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

14、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）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： ；实用断面堰; 宽顶堰：2.堰流基本公式 有侧向收缩： 淹没出流： 3、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

15、征：（1）一次水面跌落，下游出现动能恢复 （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：（4） 充分条件：第12章 液体运动的流畅理论1.质点的速度、加速度速度：质点加速度的表达式（欧拉法）2.液体质点运动的基本形式3.有旋流与无旋流流体质点（微团）旋转变形表达式对于有旋流 ， 对于无旋流（势流） 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 对于无旋流，即 （）（）式成立，是使 成为某一函数的全微分的充分必要条件，即比较上两式，得 对于不可压缩流体，连续性微分方程 所以，函数叫流速势，且为调和函数。无旋流必然为势流，（存在流速势）。反之，势流必

16、然为无旋流。对于平面势流，由连续性微分方程， （）式（）是使 成为某一函数 成立的充要条件。即 所以，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？，3.给出势函数，求流函数？4.给出流函数，求势函数？计算题类型一、 点压强计算1. 一封闭水箱自由液面上的绝对气体压强， ，求A、B 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。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

17、闸门上的静水总压力及作用点。（1） 涉及到的概念：相对压强分布图、总压力： （2） 压心：（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，半径，闸门轴与水面齐平。求水对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 垂直分力 ，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 、总压力作用线 三、运动学1 . 已知平面流动，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

18、是非均匀流？（4）是有旋流还是无旋流？ (一)涉及到的概念：质点加速度表达式：恒定流（）非恒定流 （）恒定流 ，不可压缩流体连续性微分方程： 有旋流、无旋流判别式：四、 管道水力计算1. 水泵系统如图，管径，流量为，吸水管与压水管的总长为30m，沿程阻力系数；吸水管设有带阀门的莲蓬头，所有弯头，两水面高差，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（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，管长管径 ，沿程损失系数，进口设栏污栅，进口局部损失系数，弯管局部损失系数。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 h1=1.8m，而后水面又降落0.12m（如图所示），若局部水头损失为尾渠流速水头的二分之一，求（1）通过流量 （2）水流对坎的作用力?能量方