2022年《水力学》知识点

1、学问点 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：易流淌性,粘滞性,不行压缩性,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

2、流体的区分仅在于,理想流体具有不行压缩性； （ ） 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 z pCpp 0 gh g2. 基本概念 位置水头,压强水头,测压管水头 ,确定压强,相对压强,真空压强； 第 1 页,共 18 页3. 静压强分布图 5. 点压强的运算 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 byD yc I c 解析法： P ghc A y A 7.

3、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）该点的确定压强为正值 （c）该点的确定压强为负值 （ b）该点的相对压强为正值 （ 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 c20 米水柱 d25 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

4、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 第 2 页,共 18 页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,恒定流与非恒定流,均匀流与非均匀流；渐变流,急变流； 3. 不行压缩均质流体连续性方程 ux uy uz 0 x y z 4. 恒定总流连续方程： A1v1 A2v2 5. 理想流体元流的能量方程 z1 p1 2 u1 z2 p 2 2 u2 g2g g2g 6. 实际流体元流的能量方程 z1 p1 2 u1 z2 p2 2 u2 hw g2g g2g 7. 实际流体恒

5、定总流能量方程 z1 p1 1v1 z2 p2 2v2 hw1 2hw1 2 g2g g2g z1 p1 1v1 Hz2 p2 2 v2 2g 2g gg能量方程应用留意事项（三选） （1）基准面：（可任选,以便利为原就） （2）过流断面：（必需是均匀流或渐变流断面,中间可为急变流） （3）运算点：（可任选,以便利为原就） 8. 恒定总流淌量方程 Q 2 v2 1 v1 F 重量形式： Q 2 v2 x 1v2 x Fx 第 3 页,共 18 页Q 2 v2 y 1v2 y Fy Q 2 v2 z 1v2z Fz 9. 动量方程应用留意事项 （1）选择脱离体（把握面） （2）建立坐标系 （3）

6、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,确定是流出的动量减去流入的 动量； 10. 三大方程联合应用 （1） 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 , q3 qn 0如选择其中 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,一个动力气） ,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, 4q4 q1 q2 q3 第 4 页,共 18 页此物理过程可写为： F 4 , 56 . n0通过量纲和谐原理建立其物理量

7、之间的关系,此乃定理； 例.1. 在水箱上接出一条等直径圆管, 末端设有阀门已把握流量, 如水箱内水面 不随时间变化,当阀门开度确定时,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. 恒定流确定是均匀流； （ ） 3.在恒定流情形下,流线与迹线重合； （ ） 第 3 章 液流型态与水头缺失 1. 液体流淌的两种型态 层流：流体质点互不掺混,做有条不紊的规章运动； 紊流：流体质点相互掺混,形成涡体,做杂乱无章的运动； 1. 流态的判别 雷诺数 管流： Re vd 非圆管或明渠水流： Re vR Rec 2022 Rec 500 2. 水头缺失

8、 达西公式： hf l2 v gRJ 流体内部： gR J d2g 3. 均匀流基本公式固体边界： 04. 圆管过水断面上切应力的分布 0r r0 2. 圆管中的层流运动 du 切应力： dy gJ 2 r0 r 断面流速分布： u4第 5 页,共 18 页最大流速：（管轴线上） umax 1gJ 42 r0 断面平均流速： v gJ 82 r0 umax 2hf 2 64 l v Re d 3g hf l2 v 令 64 Re d3g 6. 紊流的特点 紊流中运动要素的脉动 瞬时流速： ux t ux ux ux ux 时均流速： ux 1 T ux tdt 脉动流速： ux ux ux 7

9、. 紊流附加切应力 12du l2 du dy 2dy 8. 紊流流速分布 u1v ln y c , 的缘由； 对数曲线分布,流速分布均匀化了；此即 9. 粘流底层 第 6 页,共 18 页受粘滞力作用,有一极薄层流体附在管壁上不流淌；在靠近固体边界邻近 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. 紊流分区确定粗糙度 K 粘性底层 紊流流核 （ 1）水力光滑区 K 6（ 2）过渡粗糙区 K （ 3）粗糙区（阻力平方区） K 611. 尼古拉兹试验 I 区, Re2300,层流区 =f Re , II 区, Re

10、=23004000, 层流到紊流过渡区 = f Re,K/d III 区, 1054000,紊流水力光滑 区 =f Re. 第 7 页,共 18 页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. 局部缺失运算公式： h j 2 v 2g 突然放大局部缺失运算公式的推导； 2hj v1 v2 2g h j 1 A2 A1 2 2g v1 212g v1 21 1 A2 A1 2hj A 1 2 v 22 v 22 A2 1 2A1 2 g 2 g A1 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

11、圆曲线分布 d 呈双线分布 2. 壁面粗糙的管道确定是水力粗糙管； （ ） 3. 在进行水力运算时,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？试依据尼古拉兹试验 ,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 H10 ；小孔口 H10 ） dd（ 2）薄壁孔口与厚壁孔口 第 8 页,共 18 页（ 3）自由出流与埋没出流 （ 4）恒定出流与

12、非恒定出流 2. 薄壁小孔口恒定出流 流量公式： Q A 2gH 0 3. 管嘴出流 流量公式： Q nA 2gH 0 n, 3 4 d ；b H 0 9m 水柱 pc0 收缩断面压强： 管嘴工作条件： a l4. 短管的水力运算 流量公式： 第 9 页,共 18 页Q A 2 gH 0 1ld Q A 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. 长管的水力运算 （1）简洁管路 运算公式： H

13、hf l v 2 d 2g 8g l 2 Q 2 2 c 4R 2 gA A C R 2 Q 2 2 l2 lQ 令 K AC R流量模数 8Hhf Q 2lK 2粗糙区（ v 1.2m/ s ）： Hhf Q 2 K 2l水力光滑区或紊流过渡区（ v s） Hhf 2 k Q K 2l仍可表示为： Hhf l2 v l2 16Q d2g d2 g 2d 4 g2 d 5 令： s g82 d5 （比阻） 第 10 页,共 18 页粗糙区（ v 1.2m/ s ）： H hf SlQ 2水力光滑区或紊流过渡区（ v s） 2H h f kSlQ k 修正系数 （2）串联管路 运算原就：（ 1）

14、 Hn2 si l i Qi 1HnQ 2l i i 1 2 Ki i 1 （2） Qi qi Qi （节点流量） （3）并联管路 运算原就：（ 1） hf hf 1 hf 2hf 3 . （ ） n（2） i 1 Qi 0（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 ）总水头线总是沿程上升； （b）总水头线总是在测压管水头线的上方； （c）测压管水头线沿程上升； （ 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 0 v c Ri Q AC Ri 4,明渠

15、均匀流的基本公式 Q K i1 R K AC R 流量模数 谢齐系数： C 1 n1Ry （巴氏公式） 6 （曼宁公式） Cn5,水力最优断面 定义：在过流断面的面积,糙率,底坡确定前提下,通过流量最大的断面 （形状,尺寸）； 对于梯形断面渠道： h h bh2 2 1 m m 矩形渠道： hb2h6. 明渠均匀流水力运算的基本问题 （ 1）校核已建渠道的输水才能： Q K i（ iQ 2 K （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 12 页,共 18 页第 7 章 水跃 1,明渠水流流淌类型 （2）判别标准： 法 方 干扰波波速 弗劳德数 临界水深

16、临界底坡 c ghm Fr v ghm h K i K 流态 缓流 v c Fr hhK ii K 临界流 v c Fr hhK ii K 急流 v c Fr hhk ii K 2. 断面单位能量（断面比能） Es h2 v Es h2 Q Es f h 2g 2gA2临界流方程： Q 2AK （矩形渠道 : hK 3q2） gBK g3. 跌水与水跃 （ 1）跌水现象 缓坡接陡坡的渠道 第 13 页,共 18 页缓坡渠道末端有跌坎 （2）水跃现象 （1）水跃方程： Q 2 gA Ayc f h h h （ 3）水跃的类型临界式水跃 ht h b 埋没式水跃 ht h c 远驱式水跃 ht h

17、 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）全部 a 型, C 型曲线都是壅水曲线； （ 2）全部 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就 （ 1）依据已知底坡或水深,按均匀流条件,判定急流,缓流,确定 K-K 线； N-N 线与 （ 2）视底坡转变或水工建筑物的影响,分析水流加速,仍是减速,判定水面曲 线是壅水曲线仍是降水曲线；水流受阻,水流减速运动,水深变大,为壅水曲 第 14 页,共 18 页线,反之为降水曲线； （ 3）把底坡转变或水工建筑物的影响,视为干扰,确定对上游

18、的影响；如上游 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；如 为缓流,干扰波向上游传播,上游水面曲线变化； （ 4）从急流到缓流显现水跃,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 （c）从缓流过渡到急流 （b）从急流过渡到缓流 （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： H0H.5 宽顶堰： Hm0b 2g H 0 Q m b 2g H 02. 堰流基本公式 Q 有侧向收缩： Q m0 2g H 埋没出流： Q m0 2g H 3,宽顶堰（ 1）宽顶堰自由出流 第 15 页,共 18 页水流特点：（1）二次水面跌落；（ 2）堰顶上水流为急流； （2）宽顶堰埋没出流 水流特点：（1）一次水面跌落,下游显现动能复原 z （2） 堰顶上水流为缓流； （3）宽顶堰埋没过程及埋没标准 埋没标准：（ 1）必要条件： hs 0（2） 充分条件： hs 第 12 章 0液体运动的流畅理论 1. 质点的速度,加速度 速度： ux ux x, y, z u y uy x, y, z uz u z x, y, z 质点加速度的表达式（欧拉法） ax ux ux ux uy u