水力学总复习课件

工程流体力学总复习1工程流体力学总复习1第一章绪论

一、连续介质的概念二、液体的主要物理性质：(1)惯性、质量、密度(2)易流动性、压缩性与表面张力特性(3)粘性：牛顿内摩擦定律三、理想流体与实际流体模型四、作用在液体上的力

质量力、表面力2第一章绪论一、连续介质的概念2

第二章流体静力学

一.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.二.液体平衡微分方程

综合式积分式3第二章流体静力学一.静压强的特性1.垂直指向受压面。等压面等压面的性质（1）等压面为等势面；（2）等压面与质量力正交。等压面是水平面的条件（1）单一重力（2）同一介质（3）连续4等压面等压面的性质（1）等压面为等势面；等压面是水平面的条件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。三.重力作用下静水压强的分布规律

1.静力学基本方程52.基本概念位置水头、压强水头、测压管水头三.重力作用下绘制原则:①找已知点压强.②根据静压强基本公式计算点压强。③依据静压强的两个特性绘图.绘制要求:①表示出压强的方向（特性1）；②表示出压强的大小（特性2，定性画）；举例3.静压强分布图63.静压强分布图6四.点压强的计算

1.找已知点压强；2.找出等压面；3.由静压强基本方程逐步推求未知点压强;7四.点压强的计算1.找已知点压强；7（1）作用在平面上的静水总压力大小:

（2）压力中心（作用点）:（3）方向:垂直指向受压面.五.作用在平面上的静水总压力8五.作用在平面上的静水总压力8（1）水平分力：（2）垂直分力：（3）总压力：（4）总压力作用线的方向：五.作用在曲面上的静水总压力9五.作用在曲面上的静水总压力9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。10关键：压力体画法以曲面为底面，向自由液面（自由液第三章流体运动学一.描述液体运动的两种方法拉格朗日法欧拉法11第三章流体运动学一.描述液体运动的两种方法拉格朗日法欧质

点

加

速

度迁移

加速度由流速不均匀性引起由流速不恒定

性引起加速度分量形式时间加速度12质

点

加

速

度迁移

加速度由流速不均匀性引起由流速不二、欧拉法的基本概念迹线和流线恒定流、非恒定流均匀流、非均匀流（渐变流、急变流）流管、元流、总流和过流断面流量和断面平均流速一元流、二元流和三元流13二、欧拉法的基本概念迹线和流线13或三.连续性微分方程14或三.连续性微分方程14能量方程实际液体恒定总流的能量方程理想流体元流能量方程实际流体元流能量方程第四章流体动力学15能量方程实际液体恒定总流的能量方程理想流体元流能量方程实际流例题1:

如图示,有一供水系统,集水井水面与水池水面高差z=8m,水泵的扬程H=15m,水泵吸水管、压水管d=0.2m,管路总的水头损失，为管中断面平均流速,求供水流量Q=?16例题1:16恒定总流的动量方程表面力、质量力、固体边界的反作用力

该方程是矢量方程，应用时一般都要写成分量形式，一定是输出的动量减去输入的动量。17恒定总流的动量方程表面力、质量力、固体边界的反作用力该方应用举例18应用举例18一.液体流动的两种型态

液体质点互不混掺，做有条不紊的直线运动；

1.层流形成涡体，液体质点脉动、互相掺混；2.紊流3.流态的判别—雷诺数表示惯性力与粘滞力的对比关系圆管非圆形断面的管道或渠道

第五章流动阻力与能量损失19一.液体流动的两种型态液体质点互不混掺，做有条不紊的二.水头损失三.沿程水头损失的计算公式1.均匀流基本方程2.圆管过水断面上切应力的分布水力半径20二.水头损失三.沿程水头损失的计算公式1.均匀流基本方程2四.圆管中的层流运动圆管层流中流速为抛物型分布（旋转抛物面）21四.圆管中的层流运动圆管层流中流速为抛物型分布（旋转抛物面）2.紊流切应力牛顿粘滞切应力紊流附加切应力五.紊流的特征1.紊流中运动要素的脉动瞬时流速时均流速脉动流速222.紊流切应力牛顿粘滞切应力紊流附加切应力五.紊流的特征1.3.粘性底层

紊流中，在固体边界处，粘滞力起主要作用，靠近固体边界处流体作层流运动，这层流体叫做粘性底层（厚度0）。粘性底层的厚度很薄，一般为十分之几毫米。粘性底层在流体力学研究中有非常重要的意义。

l与雷诺数、沿程阻力系数、管径有关。233.粘性底层紊流中，在固体边界处，粘滞力起主要作用，靠近4.紊流分区

水力光滑管区

过渡区

水力粗糙管区水力光滑管、水力粗糙管不是一成不变的。244.紊流分区水力光滑管区过渡区水力粗糙管区水力光滑管、层流流速分布紊流流速分布抛物型分布对数分布5.圆管紊流流速分布紊流流速分布均匀化了，所以，工程上动能修正系数，动量修正系数。25层流流速分布紊流流速分布抛物型分布对数分布5.圆管紊流流速分六.尼古拉兹试验（的变化规律）26六.尼古拉兹试验（的变化规律）26沿程损失系数的五个分区1．I区，Re<2300，层流区，λ=f(Re)=64/Re，hfv2．II区，Re=2300~4000，层流到紊流过渡区，

λ=f(Re)3．III区，

4000

<Re

<105，紊流水力光滑区

λ=f(Re).4．IV区，过渡粗糙区

λ=f(Re、)5．V区，紊流水力粗糙管区，λ=f().（阻力平方区）27沿程损失系数的五个分区1．I区，Re<2300，层流区，λ=七.明渠沿程水头损失计算公式经验公式2.谢才系数C采用经验公式计算C时，只适用于阻力平方区，水力半径以米计。曼宁公式巴氏公式1.谢才公式28七.明渠沿程水头损失计算公式经验公式2.谢才系数C采用经十一.局部水头损失的计算计算局部水头损失的公式突然放大淹没出流29十一.局部水头损失的计算计算局部水头损失的公式突然放大淹第七章孔口、管嘴与有压管流一、孔口出流薄壁孔口与厚壁孔口小孔口大孔口自由出流淹没出流恒定出流非恒定出流孔口的分类30第七章孔口、管嘴与有压管流一、孔口出流薄壁孔口小孔2.孔口出流水力特征312.孔口出流水力特征31二、管嘴出流2.外延管嘴工作条件收缩断面真空压强

1.管嘴出流水力特征32二、管嘴出流2.外延管嘴工作条件收缩断面真空压强管流的分类长管短管简单管路复杂管路串联管路并联管路沿程途泄管网（1）.概述三、管路的水力计算33管流的分类长管短管简单管路复杂管路（2）短管的水力计算（1）短管的所有公式都不用记忆，可列能量方程推导；要点（2）不要丢掉任一个局部水头损失；流量公式流量系数34（2）短管的水力计算（1）短管的所有公式都不用记忆，可列能

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。（3）测压管水头线沿程可升可降。（视断面大小）（4）均匀管道测压管水头线与总水头线平行测压管水头线与总水头线的画法35测压管水头线与总水头线的画法35例2：水泵的水力计算

离心水泵，Q=0.02m3/s，管长允许吸水真空压强，安装高度试：校核水泵的安装高度是否合理？求最大安装高度？36例2：水泵的水力计算36（3）长管的水力计算（1）简单管路阻力平方区过渡区或光滑区比阻修正系数、查表37（3）长管的水力计算（1）简单管路阻力平方区过渡区或光滑区比（2）复杂管路1.串联管路2.并联管路节点流量38（2）复杂管路1.串联管路2.并联管路节点流量38第八章明渠恒定流明渠的分类棱柱型渠道非棱柱型渠道1.按纵向几何条件划分梯形渠道3.按底坡分类顺坡（正底坡)i>0平坡(平底坡)i=0逆坡(反坡)i<02.按横向几何条件划分矩形渠道………….39第八章明渠恒定流明渠的分类棱柱型渠道非棱柱型渠道1.按纵1.底坡线、水面线、总水头线三线平行。（一）明渠恒定均匀流的水力特征2.水深、过流断面平均流速及流速分布等水力要素沿程不变。3.水体重力沿水流方向的分力=渠道对水流的摩阻力。

一、明渠恒定均匀流401.底坡线、水面线、总水头线三线平行。（一）明渠恒定均匀流的（二）明渠均匀流动的形成条件1.恒定流，沿程无流量的流入或流出。2.长、直的棱柱型渠道，n沿程不变。3.i>0（顺坡渠道）（运动条件）（几何条件）（动力条件）41（二）明渠均匀流动的形成条件1.恒定流，沿程无流量的流入或（三）明渠均匀流的基本公式C--谢才系数（动力方程）（连续性方程）流量模数曼宁公式：巴氏公式：42（三）明渠均匀流的基本公式C--谢才系数（动力方程）（连续性（1）水力最优断面

定义：过流断面的面积、糙率、底坡一定，通过的流量最大的断面形状与尺寸。

梯形断面最佳宽深比水力最优不一定工程最优!（四）水力最优断面43（1）水力最优断面定义：过流断面的面积、糙率、底坡一定，（一）流动类型及判别标准二、明渠恒定非均匀流方法类别缓流临界流急流44（一）流动类型及判别标准二、明渠恒定非均匀流方（二）断面单位能量（断面比能）临界水深与临界流方程矩形渠道临界水深普通形式45（二）断面单位能量（断面比能）临界水深与临界流方程矩形渠道普第九章堰流一.堰的分类（1）按/H大小薄壁堰实用堰淹没出流宽顶堰（2）按水流形态自由出流46第九章堰流一.堰的分类（1）按/H大小薄壁堰实用堰淹没二.堰流基本公式三、宽顶堰自由出流水力特征水面两次跌落堰顶水流为急流47二.堰流基本公式三、宽顶堰自由出流水力特征水面两次跌落堰顶水三、宽顶堰淹没出流及淹没过程三、宽顶堰淹没出流判别标准必要条件：充分条件：48三、宽顶堰淹没出流及淹没过程三、宽顶堰淹没出流判别标准必要条第十章渗流第六章量纲分析与相似原理不列为考试内容49第十章渗流第六章量纲分析与相似原理不列为考试内容考试时间：12.14答疑时间：下周一（上午）考试中，诚实守信，严禁作弊行为Stayhungry，stayfoolish50考试时间：12.14Stayhungry，stayf感谢大家这一学期对老师工作的支持和配合祝大家：考试顺利学业有成

失败只有一种，那就是放弃努力Fanjuan

51感谢大家这一学期对老师工作的支持和配合失败只有一种，那就是工程流体力学总复习52工程流体力学总复习1第一章绪论

一、连续介质的概念二、液体的主要物理性质：(1)惯性、质量、密度(2)易流动性、压缩性与表面张力特性(3)粘性：牛顿内摩擦定律三、理想流体与实际流体模型四、作用在液体上的力

质量力、表面力53第一章绪论一、连续介质的概念2

第二章流体静力学

一.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.二.液体平衡微分方程

综合式积分式54第二章流体静力学一.静压强的特性1.垂直指向受压面。等压面等压面的性质（1）等压面为等势面；（2）等压面与质量力正交。等压面是水平面的条件（1）单一重力（2）同一介质（3）连续55等压面等压面的性质（1）等压面为等势面；等压面是水平面的条件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。三.重力作用下静水压强的分布规律

1.静力学基本方程562.基本概念位置水头、压强水头、测压管水头三.重力作用下绘制原则:①找已知点压强.②根据静压强基本公式计算点压强。③依据静压强的两个特性绘图.绘制要求:①表示出压强的方向（特性1）；②表示出压强的大小（特性2，定性画）；举例3.静压强分布图573.静压强分布图6四.点压强的计算

1.找已知点压强；2.找出等压面；3.由静压强基本方程逐步推求未知点压强;58四.点压强的计算1.找已知点压强；7（1）作用在平面上的静水总压力大小:

（2）压力中心（作用点）:（3）方向:垂直指向受压面.五.作用在平面上的静水总压力59五.作用在平面上的静水总压力8（1）水平分力：（2）垂直分力：（3）总压力：（4）总压力作用线的方向：五.作用在曲面上的静水总压力60五.作用在曲面上的静水总压力9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。61关键：压力体画法以曲面为底面，向自由液面（自由液第三章流体运动学一.描述液体运动的两种方法拉格朗日法欧拉法62第三章流体运动学一.描述液体运动的两种方法拉格朗日法欧质

点

加

速

度迁移

加速度由流速不均匀性引起由流速不恒定

性引起加速度分量形式时间加速度63质

点

加

速

度迁移

加速度由流速不均匀性引起由流速不二、欧拉法的基本概念迹线和流线恒定流、非恒定流均匀流、非均匀流（渐变流、急变流）流管、元流、总流和过流断面流量和断面平均流速一元流、二元流和三元流64二、欧拉法的基本概念迹线和流线13或三.连续性微分方程65或三.连续性微分方程14能量方程实际液体恒定总流的能量方程理想流体元流能量方程实际流体元流能量方程第四章流体动力学66能量方程实际液体恒定总流的能量方程理想流体元流能量方程实际流例题1:

如图示,有一供水系统,集水井水面与水池水面高差z=8m,水泵的扬程H=15m,水泵吸水管、压水管d=0.2m,管路总的水头损失，为管中断面平均流速,求供水流量Q=?67例题1:16恒定总流的动量方程表面力、质量力、固体边界的反作用力

该方程是矢量方程，应用时一般都要写成分量形式，一定是输出的动量减去输入的动量。68恒定总流的动量方程表面力、质量力、固体边界的反作用力该方应用举例69应用举例18一.液体流动的两种型态

液体质点互不混掺，做有条不紊的直线运动；

1.层流形成涡体，液体质点脉动、互相掺混；2.紊流3.流态的判别—雷诺数表示惯性力与粘滞力的对比关系圆管非圆形断面的管道或渠道

第五章流动阻力与能量损失70一.液体流动的两种型态液体质点互不混掺，做有条不紊的二.水头损失三.沿程水头损失的计算公式1.均匀流基本方程2.圆管过水断面上切应力的分布水力半径71二.水头损失三.沿程水头损失的计算公式1.均匀流基本方程2四.圆管中的层流运动圆管层流中流速为抛物型分布（旋转抛物面）72四.圆管中的层流运动圆管层流中流速为抛物型分布（旋转抛物面）2.紊流切应力牛顿粘滞切应力紊流附加切应力五.紊流的特征1.紊流中运动要素的脉动瞬时流速时均流速脉动流速732.紊流切应力牛顿粘滞切应力紊流附加切应力五.紊流的特征1.3.粘性底层

紊流中，在固体边界处，粘滞力起主要作用，靠近固体边界处流体作层流运动，这层流体叫做粘性底层（厚度0）。粘性底层的厚度很薄，一般为十分之几毫米。粘性底层在流体力学研究中有非常重要的意义。

l与雷诺数、沿程阻力系数、管径有关。743.粘性底层紊流中，在固体边界处，粘滞力起主要作用，靠近4.紊流分区

水力光滑管区

过渡区

水力粗糙管区水力光滑管、水力粗糙管不是一成不变的。754.紊流分区水力光滑管区过渡区水力粗糙管区水力光滑管、层流流速分布紊流流速分布抛物型分布对数分布5.圆管紊流流速分布紊流流速分布均匀化了，所以，工程上动能修正系数，动量修正系数。76层流流速分布紊流流速分布抛物型分布对数分布5.圆管紊流流速分六.尼古拉兹试验（的变化规律）77六.尼古拉兹试验（的变化规律）26沿程损失系数的五个分区1．I区，Re<2300，层流区，λ=f(Re)=64/Re，hfv2．II区，Re=2300~4000，层流到紊流过渡区，

λ=f(Re)3．III区，

4000

<Re

<105，紊流水力光滑区

λ=f(Re).4．IV区，过渡粗糙区

λ=f(Re、)5．V区，紊流水力粗糙管区，λ=f().（阻力平方区）78沿程损失系数的五个分区1．I区，Re<2300，层流区，λ=七.明渠沿程水头损失计算公式经验公式2.谢才系数C采用经验公式计算C时，只适用于阻力平方区，水力半径以米计。曼宁公式巴氏公式1.谢才公式79七.明渠沿程水头损失计算公式经验公式2.谢才系数C采用经十一.局部水头损失的计算计算局部水头损失的公式突然放大淹没出流80十一.局部水头损失的计算计算局部水头损失的公式突然放大淹第七章孔口、管嘴与有压管流一、孔口出流薄壁孔口与厚壁孔口小孔口大孔口自由出流淹没出流恒定出流非恒定出流孔口的分类81第七章孔口、管嘴与有压管流一、孔口出流薄壁孔口小孔2.孔口出流水力特征822.孔口出流水力特征31二、管嘴出流2.外延管嘴工作条件收缩断面真空压强

1.管嘴出流水力特征83二、管嘴出流2.外延管嘴工作条件收缩断面真空压强管流的分类长管短管简单管路复杂管路串联管路并联管路沿程途泄管网（1）.概述三、管路的水力计算84管流的分类长管短管简单管路复杂管路（2）短管的水力计算（1）短管的所有公式都不用记忆，可列能量方程推导；要点（2）不要丢掉任一个局部水头损失；流量公式流量系数85（2）短管的水力计算（1）短管的所有公式都不用记忆，可列能

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。（3）测压管水头线沿程可升可降。（视断面大小）（4）均匀管道测压管水头线与总水头线平行测压管水头线与总水头线的画法86测压管水头线与总水头线的画法35例2：水泵的水力计算

离心水泵，Q=0.02m3/s，管长允许吸水真空压强，安装高度试：校核水泵的安装高度是否合理？求最大安装高度？87例2：水泵的水力计算36（3）长管的水力计算（1）简单管路阻力平方区过渡区或光滑区比阻修正系数、查表88（3）长管的水力计算（1）简单管路阻力平方区过渡区或光滑区比（2）复杂管路1.串联管路2.并联管路节点流量89（2）复杂管路1.串联管路2.并联管路节点流量38第八章明渠恒定流明渠的分类棱柱型渠道非棱柱型渠道1.按纵向几何条件划分梯形渠道3.按底坡分类顺坡（正底坡)i>0平坡(平底坡)i=0逆坡(反坡)i<02.按横向几何条件划分矩形渠道………….90第八章明渠恒定流明渠的分类棱柱型渠道非棱柱型渠道1.按纵1.底坡线、水面线、总水头线三线平行。（一）明渠恒定均匀流的水力特征2.水深、过流断面平均流速及流速分布等水力要素沿程不变。3.水体重力沿水流方向的分力=渠道对水流的摩阻力。

一、明渠恒定均匀流911.底坡线、水面线、总水头线三线平行。（一）明