武大水力学复习要点ppt课件.ppt

'水力学复习1 液体的主要物理性质连续介质、密度、粘滞性连续介质的假说课程主要内容基本理论牛顿内摩擦定律水静力学水动力学液流型态与水头损失应用部分有压管道中的恒定流明渠恒定流堰流和闸孔出流2 一、流体静力学复习要点静水压强概念、特性、分布规律等压面的定义及特性绝对压强、相对压强、真空度静水压强及静水总压力的计算静水压强分布图的绘制压力体图的绘制3 1、静水压强特性、分布规律均匀流和非均匀渐变流过水断面动水压强分布规律符合静水压强分布规律方向垂直并且指向受压面各向等值性4 2、等压面的定义及特性同一种静止相连通的流体的等压面必是水平面（只有重力作用下）自由表面、不同流体的交界面都是等压面。几何意义和能量意义3、绝对压强、相对压强、液柱表示法、真空5 4、静水压强分布图的绘制中应注意的问题1）绘制压强分布的理论依据是静水压强的两个特性及静水压强计算的基本方程；2）所绘的压强分布图应是相对压强分布图。1）图解法仅适用于矩形受压面；2）图解法应先作出受压面上的压强分布图，而解析法则不必作压强分布图。5、平面上静水总压力计算中应注意的问题6 6、曲面上静水总压力计算中应注意的问题1）正确绘制Px分布图。弄清投影面Ax的意义并找出相应曲面的Ax是至关重要的；2）正确绘制压力体剖面图。绘制压力体剖面图，实质上是按一定的方式和比例（同一点的Pz与h等长），绘制“垂直方向的压强分布图”。7 例：试绘制图中abc曲面上的压力体。解：因abc曲面左右两侧均有水的作用，故应分别考虑。dd/2cba水水8 考虑左侧水的作用ab段曲面(实压力体)bc段曲面(虚压力体)阴影部分相互抵消abc曲面(虚压力体)9 考虑右侧水的作用bc段曲面(实压力体)cba10 合成左侧水的作用右侧水的作用abc曲面(虚压力体)11 复习题《水力学内容提要与习题详解》P21：2.10P31：2.1112 三、流体运动基本原理复习要点1、恒定流、非恒定流、均匀流与非均匀流、渐变流与急变流2、三大方程方程及各项的物理意义方程的应用三大方程揭示了液体一元流动的基本规律，是水力学中最基本、也是最重要的方程式。掌握三大方程的应用，是学好水力学的关键。13 （1）连续方程计算某一已知过水断面的面积和断面平均流速或者已知流速求流量14 （2）能量方程最重要最常用的基本方程：与连续方程联合求解可计算断面上的平均流速或平均压强。与动量方程联解，可以计算水流对边界的作用力。在确定建筑物荷载和水力机械功能转换中十分有用。静止液体,即水静力学基本方程15 水力学的许多公式是应用能量方程推导出来的有压管流基本公式干扰波波速公式小孔口自由出流公式孔口淹没出流公式管嘴恒定出流公式有压管流自由出流和淹没出流计算公式虹吸管和水泵装置的水力计算公式水跃的能量损失棱柱体明渠恒定渐变流微分方程16 （3）动量方程求解水流与固体边界之间的相互作用力17 （4）应用三大方程解题对于具体的水力计算问题，正确地选用方程；需多方程联立求解的问题时，简捷、合理安排方程的应用次序。力求做到以下四点：①熟悉各方程的应用条件。②弄清各方程所反映的物理量与物理量之间及运动与边界之间的关系。③解题前，必须先明确“求什么”，了解所求问题的性质，类型。④对于各种不同类型的习题，勤作多练。18 19 应用能量方程时，应首先作好“三选”（选断面、选代表点、选基准面）；应用动量方程时，应首先作好“三步”（作脱离体、作计算简图、取坐标系）。正确、恰当地作好“三选”与“三步”，对于减少未知量，简化计算有着十分重要的意义，关于“三选”与“三步”中的有关问题20 名称基本原则常见选法断面选择凡渐变流断面均可明渠堰（或闸）前断面、收缩断面压力管流管前进口断面、管前大容器液面、自由管流出口断面、p或z待求的断面代表点选择凡渐变流断面上的点均可明渠水面点压力管流过水断面中心点基准面选择凡水平面均可明渠过渠底高程较低的断面处的最低点作水平面（平底时，过渠底作水平面）压力管流过断面中心点高程较低的断面处的中心点作水平面（水平管道，过管轴线作水平面）管、渠综合过上游（或下游）河（渠）水面作基准面21 “三步”简要归纳脱离体1.脱离体是一由两渐变流断面“切出”，并“剥去”了固定边界的水体；2.脱离体的边界：脱离体两端的渐变流断面；固体或气体边界与液流的接触面22 计算简图1.计算简图是在脱离体上标出了全部作用力及流速方向的示意图2.作用于脱离体上的力包括（1）表面力：两渐变流断面处相邻水体对脱离体的动水总压力。周界表面对脱离体的作用力（作用于脱离体周界表面上的动水总压力；脱离体侧表面上的液流阻力）（2）质量力：脱离体内液体的重力3.待求未知力可先假定方向，若解出结果为正，则假定正确。否则，说明该力的方向与假定方向相反23 坐标系1.坐标系一般为直角坐标系；2.坐标系的方位可以任意选取，原则上以使方程中未知项少为宜。应用中往往总是将一轴与某一向量（力或流速）相平行；3.坐标轴的正向可任意设定；4.坐标系应准确地标定在计算简图上（或附近）24 例:水流通过如图3-22所示管路流入大气，已知：Ｕ形测压管中水银柱高差Δh=0.2m，h1=0.72mH2O，管径d1=0.1m，管嘴出口直径d2=0.05m，不计管中水头损失，试求管中流量qv。解：首先计算1-1断面管路中心的压强。列等压面方程得：则(mH2O)列1-1和2-2断面的能量方程25 由连续性方程：将已知数据代入上式，得（m/s）管中流量（m3/s）26 例：一个水平放置的三通管，主管的直径D=120cm，两支管的直径为d=85cm，分叉角α=45°，主管过水断面1-1处的动水压强水头p1/γ=100m（水柱），通过的流量Q=3m3/s，两支管各通过1/2的流量。假设不计损失，求水流对三通管的作用力。27 解：（1）运用能量方程计算断面2—2和3—3上的动水压强。将上述各值和p1/γ=100m（水柱）代入能量方程，可得：p2/γ=100m（水柱）同理可得p3/γ=100m（水柱）所以p2=p3=9.8×105N/m228 （2）再运用动量方程求解水流对三通管的作用力。建立x方向的动量方程：P1-2P2cos45°-Rx=βρQ22v2cos45°-βρQ1v1Rx=P1-2P2cos45°+βρQ1（v2cos45°-v1）根据三通管对称于x轴，可得，Ry=0所以水流对三通管的作用力为R′=2.24×105N，方向与R相反。29 运动液体，由于粘性的作用和边界的影响必产生液流阻力和能量损失，但流态不同（层流与紊流），其液流的内部结构、流动阻力、断面流速分布以及能量损失的规律等均截然不同。四、液流型态与水头损失复习要点1、层流与紊流的概念、判别2、雷诺数的有关概念、物理意义3、均匀流沿程水头损失与切应力的关系4、沿程损失公式、谢才公式5、沿程阻力系数与局部阻力系数的确定30 复习题P49：3.7；3.8；3.9P53：3.13P87：4.1P89：4.631 1、有压管流的水力特征2、自由出流与淹没出流3、简单管道和复杂管道的概念4、长管和短管的区分及其计算5、虹吸管和水泵装置的计算关于长管和短管的区分五、有压管中的恒定流32 例：由高位水箱向低位水箱输水，如图所示。已知两水箱的水位差,输水管段的直径和长度分别为，沿程水头损失系数，阀门的局部水头损失系数为3.5，不计行近流速水头的影响。试求其输水流量并绘制其总水头线和测压管水头线。33 解：两管连接处，管道突然扩大，其局部阻力系数为由Q=vA得以管轴中心线为基准面，选取渐变流断面1-1、2-2，列1-2断面能量方程：将各参数值代入上述方程，得34 总水头线和测压管水头线如下图所示：35 复习题P123：6.5？P127：6.1(a)36 1、明渠水流的特点2、明渠均匀流的特性3、明渠均匀流的产生条件4、水力最佳断面与允许流速的概念5、明渠均匀流的基本公式及其水力计算六、明渠恒定均匀流37 1、明渠水流的三种流态及其判别2、微波波速、弗汝德数、断面比能、临界水深、临界底坡3、棱柱体明渠非均匀渐变流水面曲线分析4、水跃和水跌概念5、水跃基本方程、水跃函数、共轭水深的计算七、明渠恒定非均匀流38 绘制变底坡明渠水面线的步骤：1）在底坡改变处画一条铅直线；2）分别画出铅直线上、下游渠道的N-N线和K-K线3）找出控制水深；4）定性判断水面线的趋势；5）根据水面线唯一性原则，画出水面线，并标注名称。39 没有水跃的变坡渠道的水面联接1）从缓流到急流2）从缓流到缓流3）从急流到急流40 发生水跃的变坡渠道水面连接当水流由急流变成缓流必发生水跃。设上游控制水深t1(急流)，下游控制水深t2(缓流)。1）远驱式水跃(h′>t1)41 2)临界水跃3)淹没水跃42 关于液体运动的两种流态—层流与紊流如何判别？雷诺数Re的物理意义关于明渠水流的两种流态—缓流与急流如何判别？五种方法弗劳德数Fr的物理意义43 关于水深正常水深临界水深关于底坡实际底坡临界底坡缓坡临界坡陡坡正坡平坡负坡44 关于水跃跃前水深跃后水深流态的转换总机械能E与断面比能Es45 复习题P158：8.7P156：8.3P162：8.1；8.2；8.446 关于作图1、静水压强分布图和压力体图---标出数值、方向、作用点2、总水头线、测压管水头线图---定性升降3、水面曲线图---标出N-N线，K-K线，定性绘水面线，说明哪一区，哪一型47 关于基本公式、概念牛顿内摩擦定律重力作用下静水压强基本公式作用在平、曲面上的静水压力大小、方向、作用点三大方程---连续方程、能量方程、动量方程均匀流沿程水头损失公式曼宁公式、谢才公式简单有压管道流的基本公式均匀流产生的条件明渠横断面的水力要素48'