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章水静力学1.

2、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 二 Poph2. 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二b 1解析法：P二ghcAIcycA7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、总流和过水斯面、流量和斯面平均浇遼、一元流、二元流和三元流、恒定流与非恒定流、

4、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-:z4.恒定总流连续方程：Am二A2v25. 理想流体元流的能量方程Z12g 2g 22U22g6. 实际流体元流的能量方程2p1u1W 1- - Z2g 2gP2g2u2,'-hw2g7. 实际流体恒定总流能量方程“ 2Pi=乙卫2?g 2g 勺、 旦_H?g 2g22V22g"hw1_2G j hwg 2g能量方程应用注意事项(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Q（ 2匚"

5、;）八F分量形式：QC 22. SV2x）八 FxQC2V2y 一 My）FyQ（ ：2V2z- Mz）八 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31 E11. 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 ©,q2,q3 qn）二 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，写为无量

6、纲的式，共写出（n - 3）个有效 式,4，:场qi 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管流:c

7、vR非圆管或明渠水流：Re二2. 水头损失Rec 二 2000Rec 二 500达西公式:l v2d 2g3.均匀流基本公式固体边界：二'gRJ流体内部：二:?gR'J4. 圆管过水断面上切应力的分布2. 圆管中的层流运动断面流速分布:dupdy最大流速：（管轴线上）U max断面平均流速:gJ 21max2hf64 l v2Re d 3g64Rehfl v2d 3g6. 紊流的特征紊流中运动要素的脉动瞬时流速:Ux时均流速:Ux1 'T 5(t)dt 二 Ux - 山脉动流速:UxUx 一 Ux7. 紊流附加切应力du ，N2(du)2dydy8. 紊流流速分布对数曲

8、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。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 ： 04：(2) 过渡粗糙区04 ： K :：: 6(3) 粗糙区(阻力平方区)K - 6：(b)(c)11. 尼古拉兹实验1STS 4. O 4. 2 4. 4SZfr書局 3-«dI 区，Re<230Q 层流区 入=f (Re),II区，Re=230040

9、00层流到紊流过渡区入=f (Re,K/d)III区，1O5<Re>4OO0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：2g突然放大局部损失计算公式的推导(Vi - V2)2ghjhj=(1 一=(Ai2 )2孔A 2g-1)2 V22g2g(1丄)2A2二2护2g(A2A1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

10、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 )(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：QmA.2gH03. 管嘴出流221.32 I收缩断面压强:_Pc 二7二 0.75H管嘴工作条件：(a)l =(34)d ； (

11、b) Ho乞9m(水柱)4. 短管的水力计算流量公式:Q 二2gH°卩=Q= lA 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合，为折线。6. 长管的水力计算（1）简单管路计算公式：H二hfl_8g I Q2Q2 d 2g c2 4R2gA2 A2C2R令K = AC R流量模数K21粗糙区（v 色 1.2m/s）: H = h鱼lk21水力光滑区或紊流过渡区（v 1.2m/s）K2还可表示为：H二hfl v2 l 16Q

12、2=扎d 2g d2g 2d48ir 2.5g dlQ28s 令：S g 2d5 （比阻）2 粗糙区（v 色 1.2m/s）: H = hf = Q水力光滑区或紊流过渡区（v 1.2m/s）2H = hf二kSlQk修正系数nH八i =1Ki2li（2）串联管路n2计算原则：（1）H八SjljQii丄（2）Qi = qQi 1 （节点流量）（3）并联管路；计算原则：（1） hf二hfi二hf2二hf3二n' Qi = 0 （节点流量）i T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。（

13、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 ；逆坡渠道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。i二J

14、p二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 > 04. 明渠均匀流的基本公式V二c Ri Q = AC、RiQ = K、iK = AC. R流量模数1 V1谢齐系数：C R 6 （曼宁公式）CRy （巴氏公式）nn5. 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：=（bh）h m m2 -m）矩形渠道：订 十26. 明渠均匀流水力计算的基本问题（1）校

15、核已建渠道的输水能力： Q = K i（2）设计渠道的底坡：IQ2（3）确定渠道的断面尺寸：（试算或图解法）包三011 < Cr = Ce > CCh)(c)(d)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)方法流态干扰波波速c=/ghm弗劳德数FrJ ghm临界水深hK临界底坡iK缓流V < cFr v1.0h七i <“临界流V = cFr =1.0h = hKi = iK急流V > cFr a1.0h £ hki > iK2. 断面单位能量(断面比能)Esh 2g临界流方程:E= h +s 2gA2Esf(h)

16、y2 aKbK(矩形渠道:q2hK) g(1)水跃方程:Q2 QAyc = f（h）gAII!厂（h ）（h ）(3)水跃的类型临界式水跃ht = h"II(b) 淹没式水跃hthI!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23(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

17、 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）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（

18、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:60.67HCL22H0,112;实用断面堰加0.67<宽顶堰:62.510.0H有侧向收缩：Q = m0X2gH1.5淹没出流：Q八m01 2gH 1.53、宽顶堰（1）宽顶堰自由出流（2）堰顶上水流为急流。水流特征：（1）二次水面跌落。（2）宽顶堰淹没出流水流特征：（1）一次水面跌落,（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：hs 0(4)充分条件:hs 0.8H第12章液体运动的流畅理论1.质点的速度、加速度UxUx(x, y,z)速度：uyUzUy(x, y,z)Uz(x, y,z)

19、质点加速度的表达式（欧拉法）Ux 丄£UxaxUx -tx2.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1/：Uz：uy2（y:x1:ux：uz-12zx1/cu(uyU2x:y)y对于有旋流，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.势函数和流函数是使Uxdx Uydy Uzdz成为某一函数:(x, y,z)的全微分的充分必要条：Uz- Uy=1:y：Ux：Uz对于无旋流，即:z:x() ()式成立,- UyUx件，即二 uXdx Uydy uzdzdx dy dz-：z比较上两式，得 Ux二:y ,Uz对于不可压缩流体，连续性微分方程

20、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)，uxUy+由连续性微分方(x, y)成立的充要条件。式(*)是使-Uydx Uxdy 成为某一函数 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强Po二25kN /m2 ,g =4m,h2 =2m，求a b两点的相对压强？(1) 涉及到的概念：

21、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。（1）涉及到的概念：相对压强分布图、总压力：P = : ghcA压心:yDIcycA（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 ,圆心角二300，半径R = 2.5m，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 Px二phcAx垂直分力 Pz = g

22、V，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 P二' p2总压力作用线=arctanPx2 2 21 .已知平面流动，Ux = 2xy ,u 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：质点加速度表达式：ax二-tUx-XUz：Ux恒定流（0 ）非恒定流（-恒定流ax - UxUxUyUxUz：Uxay不可压缩流体连续性微分方程:：Uz有旋流、无旋流判别式：11z2:x :y四、管道水

23、力计算吸水管与压水管的1.水泵系统如图，管径d = 200mm,流量为Q=0.1m /s，总长为30m，沿程阻力系数 一 0.02 ;吸水管设有带阀门的莲蓬头阀二2.0，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H二Zg hw（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 H1.5m,H2=2.0m，管长 h=5.0m ,l10.0m管径d1 "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1 =10.0，弯管局部损失系数 ；=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。(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、过流断面、 计算点。(2)