水力学复习PPT课件

1、2 2 水静力学水静力学u2.1 静水压强及其特性u2.2 液体的平衡微分方程式及其积分u2.3 重力作用下静水压强的基本公式u2.4 重力和惯性力同时作用下的液体平衡u2.5 作用于平面上的静水总压力u2.6 作用于曲面上的静水总压力2.1 2.1 静水压强及其特性静水压强及其特性静水压强的特性1方向:静水压强的方向与受压面垂直并指向受压面。2大小:任意一点静水压强大小和受压面方向无关，或者说作用于同一点上各方向的静水压强大小相等。2.3 2.3 重力作用下静水压强的基本公式重力作用下静水压强的基本公式重力作用下静水压强的基本公式：2.3 2.3 重力作用下静水压强的基本公式重力作用下静水压

2、强的基本公式2.3 2.3 重力作用下静水压强的基本公式重力作用下静水压强的基本公式1 1压强的液柱表示方法压强的液柱表示方法压强大小的表示：压强大小的表示：u以单位面积上的压力数值表示。以单位面积上的压力数值表示。u用工程大气压表示。用工程大气压表示。u用液柱高度表示。用液柱高度表示。98kPa=1at=10m H98kPa=1at=10m H2 2O=736mmO=736mm水银水银2.3.32.3.3压强的液柱表示方法、水头和单位势能压强的液柱表示方法、水头和单位势能2.5.12.5.1作用在矩形平面上的作用在矩形平面上的静水总压力静水总压力1.1.静水压强分布图的绘静水压强分布图的绘制

3、制u按一定比例，用线段长度按一定比例，用线段长度代表该点静水压强的大小；代表该点静水压强的大小；u用箭头表示静水压强的方用箭头表示静水压强的方向，并与作用面垂直。向，并与作用面垂直。2.52.5作用于平面上的静水总压力作用于平面上的静水总压力DHChEapap2.52.5作用于平面上的静水总压力作用于平面上的静水总压力2.52.5作用于平面上的静水总压力作用于平面上的静水总压力2.52.5作用于平面上的静水总压力作用于平面上的静水总压力2.62.6作用于曲面上的静水总压力作用于曲面上的静水总压力3.3.液体运动的流束理论液体运动的流束理论3.2液体运动的一些基本概念恒定流：流场中任何空间点上所

4、有的运动要素都不随时间而改变。运动要素仅仅是空间坐标的连续函数，而与时间无关。非恒定流：流场中任何点上游任何一个运动要素是随时间而变化的。3.3.液体运动的流束理论液体运动的流束理论流线：是某一瞬间在流场中绘出的一条光滑曲线，在该曲线上所有各点的速度向量都与该曲线相切。迹线：某一液体质点在运动过程中，不同时刻所流经的空间点而连成的线成为迹线，即液体质点运动时所走过的轨迹线。3.3.液体运动的流束理论液体运动的流束理论微小流束的性质：微小流束的性质：u微小流束内外液体不会发生交换；微小流束内外液体不会发生交换；u恒定流微小流束的形状和位置不会随时间而改变，非恒定流时恒定流微小流束的形状和位置不会

5、随时间而改变，非恒定流时将随时间改变；将随时间改变；u横断面上个点的流速和压强可看作是相等的。横断面上个点的流速和压强可看作是相等的。3.3.液体运动的流束理论液体运动的流束理论定义：流线为相互平行的直线的水流。定义：流线为相互平行的直线的水流。特性：特性：均匀流的过水断面为平面，且过水断面的形状和尺寸沿程均匀流的过水断面为平面，且过水断面的形状和尺寸沿程不变。不变。均匀流中，同一流线上不同点的流速应相等，从而各过水均匀流中，同一流线上不同点的流速应相等，从而各过水断面上的流速分布相同，断面平均流速相等。断面上的流速分布相同，断面平均流速相等。均匀流过水断面上的动水压强分布规律与静水压强分布规

6、均匀流过水断面上的动水压强分布规律与静水压强分布规律相同，即在同一过水断面上各点测压管水头为常数。律相同，即在同一过水断面上各点测压管水头为常数。3.3.液体运动的流束理论液体运动的流束理论2. 2. 非均匀流非均匀流定义：流线不是相互平行的直线的水流。定义：流线不是相互平行的直线的水流。按照流线不平行和弯曲的程度，又分为渐变流和急变流。按照流线不平行和弯曲的程度，又分为渐变流和急变流。渐变流渐变流当水流的流线虽然不是相互平行直线，但几乎当水流的流线虽然不是相互平行直线，但几乎近于平行直线时称为渐变流（缓变流）。渐变流的极限情况就近于平行直线时称为渐变流（缓变流）。渐变流的极限情况就是均匀流。

7、是均匀流。急变流急变流若水流的流线之间夹角很大或者流线的曲率半若水流的流线之间夹角很大或者流线的曲率半径很小，这种水流称为急变流、。径很小，这种水流称为急变流、。注意：渐变流动水压强近似服从静水压强分布；而急变流注意：渐变流动水压强近似服从静水压强分布；而急变流动水压强分布特性复杂。动水压强分布特性复杂。3.3 3.3 恒定总流的连续性方程恒定总流的连续性方程3.4 3.4 恒定总流的能量方程恒定总流的能量方程总水头线坡度：总水头线沿流程的降低值与流程长度之比。也称水利坡度，常用J来表示。应用恒定总流能量方程的条件及注意点应用条件： 水流必须是恒定流。 作用与液体上的质量力只有重力。 在所选的

8、两个过水断面上，水流应符合渐变流条件，但在所取的两个断面之间，水流可以不是渐变流。 在所取的两过水断面之间，流量保持不变，其间没有流量加入或分出。使用能量方程的注意点： 基准面的选择可以是任意的，但在计算不同断面的位置水头z值时，必须选取同一基准面。 能量方程中压强水头项，可以用相对压强，也可以用绝对压强，但对同一问题必须采用相同的标准。 在计算过水断面测压管水头时，可以选取过水断面上任意点来计算，以计算方便位移。对于管道一般可选管轴中心点来计算较为方便，对于明渠一般在自由表面上选一点来计算比较方便。 不同过水断面上的动能修正系数严格说是不相等的，且不等于1，实用上，对渐变流多数情况令各断面的

9、动能修正系数等于1。但在某些特殊情况下，动能修正系数的取值需根据具体情况酌定。孔口出流与管嘴出流孔口出流与管嘴出流3.53.5恒定总流的动量方程恒定总流的动量方程3.53.5恒定总流的动量方程恒定总流的动量方程应用动量方程时要注意以下各点：应用动量方程时要注意以下各点： 动量方程是矢量式，必须首先选定投影轴，表明正方向，其选择动量方程是矢量式，必须首先选定投影轴，表明正方向，其选择以计算方便为宜。以计算方便为宜。 控制体一般取整个总流的边界作为控制体边界，横向边界一般都控制体一般取整个总流的边界作为控制体边界，横向边界一般都是取过水断面。是取过水断面。 动量方程式的左端，必须是动量方程式的左端

10、，必须是输出的动量减去输入的动量输出的动量减去输入的动量，不可颠，不可颠倒。倒。 对欲求的未知力，可以暂时假定方向，若求得该力的计算值为正，对欲求的未知力，可以暂时假定方向，若求得该力的计算值为正，表明原假定方向正确，若所求得的值为负，表明与原假定方向相表明原假定方向正确，若所求得的值为负，表明与原假定方向相反。反。 动量方程只能求解一个未知数，若方程中未知数多与一个是，必动量方程只能求解一个未知数，若方程中未知数多与一个是，必须借助于和其他方程式（如连续性方程、能量方程）联合求解。须借助于和其他方程式（如连续性方程、能量方程）联合求解。3.53.5恒定总流的动量方程恒定总流的动量方程3.53

11、.5恒定总流的动量方程恒定总流的动量方程3.射流对垂直固定平面壁的冲击力4.1 4.1 水头损失的物理概念及其分类水头损失的物理概念及其分类4.34.3均匀流沿程水头损失与切应力的关系均匀流沿程水头损失与切应力的关系4.4 4.4 液体运动的两种型态液体运动的两种型态4.64.6湍流的特征湍流的特征4.8 4.8 计算沿程水头损失的经验公式计算沿程水头损失的经验公式谢才公式谢才公式谢才公式28cg611RncRJcV 4.9 4.9 局部水头损失局部水头损失局部水头损失公式gVhj22第五章第五章 有压管道流动有压管道流动第五章第五章 有压管道流动有压管道流动具体计算与绘制水头线的步骤为具体计

12、算与绘制水头线的步骤为1.具体确定水平基准面及管道突变控制断面，如图具体确定水平基准面及管道突变控制断面，如图5.4的管道出口中心为的管道出口中心为水平基准面，水平基准面，2-2、3-3、4-4及进出口为突变控制断面。及进出口为突变控制断面。2.绘制总水头线。根据达西公式，管径与粗糙系数相同的断面，沿程水头绘制总水头线。根据达西公式，管径与粗糙系数相同的断面，沿程水头损失随管长线性增加，总水头线向下倾斜，局部水头假定集中在突变断面。损失随管长线性增加，总水头线向下倾斜，局部水头假定集中在突变断面。3.绘制测压管水头线。在比总水头低一个流速水头的位置上绘制。绘制测压管水头线。在比总水头低一个流速

13、水头的位置上绘制。4.利用测压管水头与管径中心位置变化图，可求出相应点或断面处的动水利用测压管水头与管径中心位置变化图，可求出相应点或断面处的动水压强。压强。第五章第五章 有压管道流动有压管道流动第五章第五章 有压管道流动有压管道流动第六章第六章 明渠流动明渠流动6.2 6.2 明渠恒定均匀流明渠恒定均匀流明渠均匀流的特性1.过水断面的形状、尺寸及水深沿程不变；2.过水断面上的流速分布、断面平均流速沿程不变；因此，水流的动能修正系数及流速水头也沿程不变；3.总数头线、水面线及底坡先三线平行。6.2 6.2 明渠恒定均匀流明渠恒定均匀流明渠均匀流的形成条件1.水流应为恒定流；2.流量应沿程不变，

14、即无滞留的汇入或汇出；3.渠道必须是长而直的棱柱体顺坡明渠，粗糙系数沿程不变。4.渠道中无闸、坝或跌水等建筑物的局部干扰。6.2 6.2 明渠恒定均匀流明渠恒定均匀流6.3 6.3 明渠水流的三种流态明渠水流的三种流态缓流缓流临界流临界流急流急流备注备注明渠流动明渠均匀流6.3.4 6.3.4 明渠水流流态的转换明渠水流流态的转换水跃：明渠水流有急流过度到缓流水面升高的一种局部水力现象；水跌：水流由缓流过度到急流，水面下降的一种局部水力现象。6.3.6 6.3.6 棱柱体明渠中恒定非均匀渐变流水面曲线分析棱柱体明渠中恒定非均匀渐变流水面曲线分析6.3.6 6.3.6 棱柱体明渠中恒定非均匀渐变

15、流水面曲线分析棱柱体明渠中恒定非均匀渐变流水面曲线分析6.3.6 6.3.6 棱柱体明渠中恒定非均匀渐变流水面曲线分析棱柱体明渠中恒定非均匀渐变流水面曲线分析6.3.6 6.3.6 棱柱体明渠中恒定非均匀渐变流水面曲线分析棱柱体明渠中恒定非均匀渐变流水面曲线分析6.4.26.4.2水跃方程水跃方程7 7堰流及闸孔出流堰流及闸孔出流7 7堰流及闸孔出流堰流及闸孔出流8 8 水流衔接与消能水流衔接与消能1.底流式消能cthh 淹没水跃淹没水跃 cthh cthh 临界式水跃临界式水跃 远驱式水跃远驱式水跃 9 9 液体运动的流畅理论液体运动的流畅理论加速度表达式dtdzudyuudxuudtudtduadzuudyuudxuudtudtduadzuudyuudxuudtudtduazzyzxzzzyzyyyxyyyxzxyxxxxx无涡流