水力学知识点概要.docx

'知识点第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：易流动性、粘滞性、不可压缩性、不计表面张力的性质.3.粘滞性：牛顿内摩擦定律e=Ndudy4.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p=p07gh4.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5.静压强分布图6.点压强的计算利用：等压面、静压强基本方程。解题思路：①找等压面②找已知点压强③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=b1解析法：P二：ghcAVc7.作用在曲面上的静水总压力IcVcA6 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）该点的绝对压强为正值（b）该点的相对压强为正值（c）该点的绝对压强为负值（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c）20米水柱d）25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.不可压缩均质流体连续性方程Ux7ypz4.恒定总流连续方程：A%=A2v25.理想流体元流的能量方程6 2p1u141---z2g2g1.实际流体元流的能量方程2p1u1乙一一二z2g2g2g2u2」-hw2gZiZi-Plg2*2g22g2z2w1-2g2g2-H=z2R铲hw1_2g2g2.实际流体恒定总流能量方程6能量方程应用注意事项（三选）(1)基准面：（可任选，以方便为原则）66(2)(3)计算点：（可任选，以方便为原则）过流断面：（必须是均匀流或渐变流断面，中间可为急变流）663.恒定总流动量方程Q(2V2一iVi)="F分量形式:Q(2V2x-lV2x)=1FxQ(2V2y一lV2y)="FyQ(2v2z-1V2z)=Fz4.动量方程应用注意事项(1)选择脱离体（控制面）(2)建立坐标系(3)全面分析外力(4)动量方程为矢量式，流速、力均有方向。66(5)方程左边为所取流段的动量的变化率，一定是流出的动量减去流入的6 动量。1.三大方程联合应用11一定理对于任一物理过程，存在有nj物理量，总可以写成函数f(qi,q2,q3qn)=0若选择其中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，一个动力量），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7r二q，4qiq2q3此物理过程可写为：F（二4,二5二6.…二n）=0通过量纲和谐原理建立其物理量之间的关系，此乃定理。例.1.在水箱上接出一条等直径圆管，末端设有阀门已控制流量，若水箱内水面不随时间变化、当阀门开度一定时，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.恒定流一定是均匀流。（）3.在恒定流情况下，流线与迹线重合。（）第3章液流型态与水头损失6 1.液体流动的两种型态层流：流体质点互不掺混，做有条不紊的规则运动。紊流：流体质点互相掺混，形成涡体，做杂乱无章的运动。1.流态的判别一雷诺数vd管流：Re=——vR非圆管或明渠水流：Re—一2.水头损失2000Rec=500c达西公式：hflv2d2g3.均匀流基本公式固体边界：70=PgRJ流体内部：•_1gRJ4.圆管过水断面上切应力的分布2.圆管中的层流运动du切应力:dy「06 断面流速分布:4」22(ro-r)最大流速：（管轴线上）umax=XJr24」0断面平均流速:gJv二r08」01——Umax2hf264lv2Red3g64Rehflv2d3g6 6.紊流的特征紊流中运动要素的脉动"瞬时流速：ux(t)=ux,ux—1‛时均流速：Ux=TUx(t)dt=Ux-Ux脉动流速：Ux=ux一UxxxxdUdy7.紊流附加切应力2dU12(丁)dy8.紊流流速分布u」vlnycp*J对数曲线分布，流速分布均匀化了。此即=1.0,P=1.0的原因。9.粘流底层受粘滞力作用，有一极薄层流体附在管壁上不流动；在靠近固体边界附近的液层做层流运动，称之为粘性底层。粘性底层的厚度用6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.紊流分区绝又t粗糙度K粘性底层每紊流流核(1)水力光滑区K:二0.4(2)过渡粗糙区04」：K:二6(3)粗糙区(阻力平方区)K6⑷(b) 6.尼古拉兹实验|以河第1010I区，Re<2300层流区X=f(Re),II区，Re=2300~4000层流到紊流过渡区人=f(Re,KJd)III区，1054000紊流水力光滑区X=f(Re).IV区，过渡粗糙区，X=f(Re、K/d).V区，粗糙管，X=f(K/d)."阻力平方区’。2v12.局部损失计算公式：hj-丁2g突然放大局部损失计算公式的推导。h二(v^j2g10 hj2、Vi2g>V22gAiA2)2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⑹呈椭圆曲线分布（d）呈双线分布2.壁面粗糙的管道一定是水力粗糙管。（）3.在进行水力计算时，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。（），说明5.圆管中层流与紊流，其断面流速分布有什么不同？试根据尼古拉兹试验紊流各区沿程阻力系数九与Re和%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H<10；小孔口—>10）dd（2）薄壁孔口与厚壁孔口（3）自由出流与淹没出流（4）恒定出流与非恒定出流10102.薄壁小孔口恒定出流流量公式：Q=」A.2gH010 10 3.管嘴出流113.管嘴出流流量公式：Q二•二nAj2gH0Nn=1.32^,收缩断面压强：牛=-0.75H0管嘴工作条件：(a)l=(3~4)d；(b)Ho<9m(水柱)4―流量公式：。1。Q=jJ2gH0Jj1+九_l+£ddQ=RAJ2gH3.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卜方。(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。1_12（反之）4.短管的卧电计邛*111 6.长管的水力计算126.长管的水力计算(1)简单管路计算公式：H=hfLv18giQ2Q2ld2g―c24R2gA2-A2C2R令K=ACJR流量模数H=hfQ2粗糙区(v之1.2m/s)：H=hfQ2水力光滑区或紊流过渡区(v<1.2m/s)还可表示为：H=hf22J_v_，l16Q2d2gd2g二2d4lQ28s二令：s2d5(比阻)g□2粗糙区(v之1.2m/s)：H=hf=SlQ水力光滑区或紊流过渡区(v<1.2m/s)H=hf二kSlQ2k(2)串联管路n2计算原则：(1)H=zsJiQii=1(2)Qi=qi+Qhi(节点流量)(3)并联管路Qi2Ki2li12 计算原则：(1)hf=hfl=hf2=hf3=.…n(2)ZQi=0(节点流量)i=1例：1.总水头线与测压管水头线的基本规律之一，是：()(a)总水头线总是沿程升高。(b)总水头线总是在测压管水头线的上方。(c)测压管水头线沿程升高。(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<(3-4)d,作用水头大于9米水柱(b)管长l=(3-4)d,作用水头小于9米水柱第5章明渠恒定均匀流1.明渠的分类：(1)按渠身形式分类：棱柱形渠道非棱柱形渠道(2)按底坡分类：顺坡渠道i>0；逆坡渠道i<0；平坡渠道i=0(3)按渠道断面分类：梯形渠道、矩形渠道、复式断面渠道……流动形态：明渠恒定流、明渠非恒定流、明渠均匀流、明渠非均匀流明渠非均匀流又分为：急变流与渐变流2.明渠均匀流的水力特征：(D底坡线、水面线、总水头线，三线平行。i=Jp=J(2)水深、过流断面的形状、尺寸；断面平均流速及流速分布沿程不变(3)水体重力沿水流方向的分力等于固体边界对水流的摩阻力。3.明渠均匀流动的形成条件①恒定流②渠道为长、直棱柱型渠道③i和n沿程不变④顺坡渠道i>04、明渠均匀流的基本公式V=CJRiQ=ACJRiQ=KJTK=ACJR流量模数1i1谢齐系数：C=—R6(曼宁公式)C=—Ry(巴氏公式)14 nn5、水力最优断面定义：在过流断面的面积、糙率、底坡一定前提下，通过流量最大的断面(形状、尺寸)。b2对于梯形断面渠道：》h=年八=2(Jl+m-m)矩形渠道:Ph=b=26.明渠均匀流水力计算的基本问题(1)校核已建渠道的输水能力：Q=Ki1、明渠水流流动类型(2)判别标准：流态干扰波波速c=^ghm弗劳德数Fr=*vfghm临界水深限临界底坡iK缓流VhKicFr>1.0hi；2_：vEs=h——2gEs「:Q2h22gA2Esf(h)«Q2A；临界流方程：二-二丁gBK(矩形渠道3.跌水与水跃(1)跌水现象缓坡接陡坡的渠道b)nr2.断面单位能量(断面比能)2020缓坡渠道末端有跌坎(2)水跃现象20 (1)水跃方程：-Q2.-y-+Ay。=f(h)..9(h)=@(h)"(3)水跃的类型临界式水跃ht=h"(b)淹没式水跃ht>h"(c)远驱式水跃ht0(2)充分条件：hs>0.8H0第12章液体运动的流畅理论2020ux(x,y,z)Uy(X，y，z)uxUy速度：।axuuxtuxux一xuyux：uxuz一二z1.质点的速度、加速度uz=uz(x,y,z)质点加速度的表达式(欧拉法)20202.液体质点运动的基本形式3.有旋流与无旋流20 流体质点（微团）旋转变形表达式Uy—)；xUx):yx:0x，，、…、，=0对于有旋流y,对于无旋流（势流）产z#0■x=048y=0◎z=0第14章恒定平面势流的流速势及流函数1.势函数和流函数2020对于无旋流，即是使UxdxUydyUzdz成为某一函数(★★★)(★★★)式成立,（x,y,z）的全微分的充分必要条2020件，即d=uxdxuydyuzdz^方中d=——dx——dy——dzxyz■:z比较上两式，得Ux一-,Uy--,Uzxy对于不可压缩流体，连续性微分方程所以，函数中（x,y,z）叫流速势，且为调和函数。无旋流必然为势流，（存在流速势）。反之，势流必然为无旋流。对于平面势流，*(x,y),ux=—,uy=—由连续性微分方程,x二y20 (★★)式(★★)是使-Uydx+Uxdy成为某一函数甲(x,y)成立的充要条件。流函数亦为调和函数。题目类型：1.给出流速场，判断是有旋流、无旋流？2.给出流速场，求势函数、流函数？d*=Uxdx+Uydy+Uzdz,3.给出势函数，求流函数？4.给出流函数，求势函数？20'