水力学课程总结 (2).ppt

'液体的主要物理性质：惯性与万有引力特性-粘性-牛顿内摩擦定律压缩性与表面张力特性作用在液体上的力1 第二章小节一.静水压强的特性1.沿受压面的内法线；2.作用在同一点各方向的静水压强大小相等.二.液体平衡微分方程综合式积分式2 等压面方程等压面的性质（1）等压面也是等势面；（2）等压面与质量力正交。三.重力作用下静水压强的分布规律1.水静力学基本方程3 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、真空度3.静水压强的图示1.水静力学基本方程p=h;2.静水压强特性（大小、方向）依据4 四.压强的量测关键：等压面原理1.测压管；2．U形压力计；3.压差计（比压计）；4.压力表；5.真空表。五.作用在平面上的静水总压力解析法：图解法：yD：压强分布图形心矩形断面5 六.作用在曲面上的静水总压力关键：压力体七.浮体的平衡与稳定1.潜体的平衡与稳定性平衡条件稳定性6 关键：求三心2.浮体的平衡与稳定性（1）基本概念：定倾中心M、偏心距e、定倾半径、定倾高度hm=-e>e稳定平衡=e随遇平衡4000，紊流水力光滑管区，λ=f(Re).沿程损失系数仅与雷诺数有关，与ks/r0无关。4．IV区，紊流过渡区，λ=f(Re、ks/r0).沿程损失系数与雷诺数和粗糙度都有关。5．V区，紊流水力粗糙管区，λ=f(ks/r0).沿程损失系数仅与相对粗糙度有关。沿程水头损失与断面平均流速的平方成正比,通常也称作‘阻力平方区’。28 29 八.计算沿程水头损失的谢才公式1.谢才公式谢才系数,m1/2/s明渠均匀流的水力坡度即为水面线坡度iC水力半径RJ2.谢才系数C采用经验公式计算C时，谢才公式只适用于阻力平方区。单位：计算C的两个经验公式必须采用国际单位。曼宁公式一般用于明渠，而巴氏公式用于给排水工程。30 九.局部水头损失的计算计算局部水头损失的公式圆管断面突然显著扩大。31 管道渠道闸孔堰流渗流孔口出流三大方程损失公式32 第六章小结一.概述管流的分类从时间上从空间上恒定流非恒定流简单管路复杂管路串联管路并联管路分汊管路沿程途泄管网33 能量观点出流情况长管短管自由出流淹没出流短管、长管是按能量划分的，不是按管长度划分。管流的分类二.短管的水力计算短管的所有公式都不用记忆，只需列能量方程。要点34 三.长管的水力计算判别流区！注意2忽略hj+v2/2g,只计hf！注意1nk=ACR1/2；dk！注意3流量模数管道的管径d、粗糙系数n（或沿程阻力系数）沿程不变且无分支的管路。简单管路阻力平方区35 复杂管路由直径不同的管段顺次连接而成的管路。1.串联管路两节点间并设两条以上管段的管路。2.并联管路36 由总干管分出支管后不再汇合的管路。3.分汊管路单位长度上泄出的流量相等的管路。4.沿程均匀泄流管路折算流量37 第七章小结一.明渠均匀流1.明渠的分类棱柱型渠道非棱柱型渠道渠身形式流动分类恒定流非恒定流非均匀流渐变流急变流均匀流底坡i分类正底坡(顺坡)i>0平底坡(平坡)i=0反底坡(逆坡)i<038 特征：两个不变、三个相等、两个平衡2.明渠恒定均匀流的特征①恒定流②Q沿程不变③为棱柱型渠道④i和n沿程不变⑤i>0明渠均匀流动的形成条件39 3.明渠均匀流的基本公式谢才公式过流断面的面积、糙率、底坡一定，通过的流量最大的断面形状。水力最佳断面梯形断面最佳宽深比矩形水力最佳断面：m=b/h=240 4.明渠均匀流水力计算的基本问题校核已有渠道的输水能力确定渠道底坡i设计新渠道（决定断面形状尺寸b、h）（1）宽矩形断面渠道，求正常水深h0。（2）已知渠道宽深比=b/h0，求正常水深h0。（3）已知Q、i、n、m和b(h0)，求正常水深h0(b)。（4）给定最大允许流速v’，求正常水深h0及b。41 二.明渠恒定流的流动类型及其判别当渠道中有障碍物产生干扰时，干扰波只能向下游传播。急流当渠道中有障碍物产生干扰时，干扰波既能向上游传播，又能向下游传播。缓流流动类型缓流、急流中间存在不稳定的临界流。临界流42 1.波速法2.弗劳德数法43 3.断面比能法4.水深法临界方程临界水深44 5.底坡法明渠中发生均匀流时的水深。正常水深h0明渠中对应断面比能Es最小的水深。临界水深hcr水流的正常水深刚好等于临界水深时的渠底坡度。临界底坡icr均匀流45 水流从缓流向急流过渡的局部水力现象，称水跌（跌水）。水流从缓流向急流过渡将经过临界水深，并且产生水面降落。由缓坡接陡坡的渠道，缓坡渠道末端有跌坎，以及水库出口接陡坡渠道等一般都将产生水跌现象。三.水跌与水跃1.水跌46 由缓坡接陡坡的渠道缓坡渠道末端有跌坎水库出口接陡坡渠道47 2.水跃水流从急流向缓流过渡时发生的水面突然跃起的局部水力现象，称水跃。水跃函数共轭水深：h、h水跃方程48 3.水跃的类型按照水跃发生位置或ht与hc的对比关系分远驱式水跃临界式水跃淹没式水跃49 4.水跃长度及能量损失水跃长度以跃后水深表示以跃高表示以佛汝德数表示能量损失消能系数消能功率50 四.明渠恒定渐变流的基本微分方程水力摩阻坡度或51 abcabcacbcbc五种坡度的渠道共分十二个区，将产生十二种水面曲线。五.棱柱形渠道中渐变流水面曲线定性分析52 三步曲：分区、找控制水深、确定线型定性分析水面曲线的步骤1.分区：由底坡定N-N线、k-k线的位置（h0、hcr）k-k线只与Q有关，与i无关，通常一k到底。N-N线与Q、i有关，根据底坡定位置。2.确定控制水深长、直渠道干扰的远端为正常水深。跌坎处以及缓坡向陡坡转折的水深均为临界水深。急流的控制水深在上游；缓流的控制水深在下游。3.确定线型53 六.明渠渐变流水面曲线的定量计算分段求和法或54 第八章小结一.概述按/H大小（堰以局部水头损失为主）薄壁堰实用堰实用堰上闸孔出流堰流闸孔出流宽顶堰明渠流（2）堰流、孔流的区别标准宽顶堰上闸孔出流堰流闸孔出流（1）堰的分类55 二.堰流1.薄壁堰矩形薄壁堰（自由溢流，初设时可取）三角形（900）56 2.实用堰m与、及有关，它分为：WES剖面和克-奥剖面（可查表）。边墩、中墩的形状系数（c）产生淹没水跃条件：下游水位超过堰顶的高度。3.宽顶堰有底坎直角进口有底坎园角进口57 无坎宽顶堰：n—堰孔数目；-中孔的流量系数；—边孔流量系数三.闸孔出流流量系数宽顶堰（平板闸门）（弧形闸门）实用堰（平板闸门）（弧形闸门）同实用堰。判别标准，可查表。58 淹没系数宽顶堰上闸孔出流：淹没条件为实用堰上闸孔出流：判别标准为注意：两个判别（1）堰流、孔流；（2）自由、淹没。要会用公式计算工程实例。59 本章小结1.平移运动2.变形运动3.旋转运动线变形速度剪切变形速度旋转角速度§10—1液体微团运动的基本形式60 一.无涡流§10-2无涡流动和有涡流动61 二.有涡流§10-2无涡流动和有涡流动流线微分方程涡线微分方程迹线微分方程62 §10-3液体三元运动的连续方程液体三元运动的连续方程不可压缩液体的连续方程：不可压缩液体的速度的散度必为零（内部没有奇点-源、汇）。63 §10-4理想液体的运动微分方程理想液体运动微分方程（欧拉运动微分方程）适用条件：恒定流、非恒定流、可压缩流、不可压缩流64 可求解不可压缩液体的ux、uy、uz及p液体平衡时：欧拉平衡微分方程65 §10-6恒定平面势流无涡流（有势流）一.流速势函数平面势流（无涡流）是使uxdx+uydy为某一函数（x,y,t）的全微分的充分必要条件无涡流的流速势函数66 流速势函数的性质1.流速势函数在某一方向m上的偏导数，等于流速u在该方向上的投影。平面直角坐标系：67 2.等势面（线）与流线正交，等势面过水断面。3.流速势函数沿流线s方向增大。4.流速势函数是调和函数。调和函数二.流函数流函数存在的条件：满足不可压缩液体的连续方程68 流函数任何流动（无涡流、有涡流、理想液体、实际液体）都必须遵守连续方程，故不可压缩液体的平面流动中必然存在流函数，知道了流函数，就可以确定速度场u(x,y,z).流函数的性质1.流函数在某一方向m上的偏导数，等于流速u在m方向顺时针旋转90后m’方向上的流速分量um’。2.流函数=const代表一条流线。69 3.流函数沿流线s方向逆时针旋转90后的n方向增大。4.任意两条流线的流函数之差等于这两条流线间通过的单宽流量q。5.平面势流（无涡流）的流函数是调和函数。70 管道渠道闸孔堰流三大方程损失公式水静力学水力学的内容相似、量纲三元分析71 期末考试考试内容考试时间答疑第一章~第十章（第九章除外）6月22日上午10：05～11：456月20日、21日；土木新楼218预祝同学们考出好成绩！！！要求带计算器，遵守考场秩序！！72 天道酬勤勤能补拙73'