天大水力學(xué)知識(shí)點(diǎn)

1、天大水力學(xué)知識(shí)點(diǎn)緒論1. 連續(xù)介質(zhì)2. 實(shí)際流體模型由質(zhì)點(diǎn)組成的連續(xù)體，具有：易流動(dòng)性、粘滯性、不可壓縮性、不計(jì)表面張力的性質(zhì)3.粘滯性：牛頓內(nèi)摩擦定律dy4. 理想流體模型：不考慮粘滯性。5作用在液體上的力：質(zhì)量力、表面力例：1在靜水中取一六面體，分析其所受的外力：作用在該六面體上的力有（）（a）切向力、正壓力(b)正壓力（c） 正壓力、重力(d)正壓力、切向力、重力2.在明渠均勻流中取一六面體，其所受的外力：作用在該六面體上有（）（a）切向力、正壓力(b)正壓力（c）正壓力、重力(d)正壓力、切向力、重力3. 理想流體與實(shí)際流體的區(qū)別僅在于，理想流體具有不可壓縮性。（）第1章水靜力學(xué)1.

2、靜壓強(qiáng)的特性（1）垂直指向受壓面。（2）在同一點(diǎn)各方向的靜壓強(qiáng)大小與受壓面方位無(wú)關(guān)2. 等壓面：等壓面是水平面的條件3. 水靜力學(xué)基本方程P 二 Poph2. 基本概念位置水頭、壓強(qiáng)水頭、測(cè)壓管水頭、絕對(duì)壓強(qiáng)、相對(duì)壓強(qiáng)、真空壓強(qiáng)3. 靜壓強(qiáng)分布圖5. 點(diǎn)壓強(qiáng)的計(jì)算利用：等壓面、靜壓強(qiáng)基本方程。 解題思路：找等壓面 找已知點(diǎn)壓強(qiáng) 利用靜壓強(qiáng)基本方程推求。6作用在平面上的靜水總壓力圖解法：P二b 1解析法：P二ghcAIcycA7作用在曲面上的靜水總壓力關(guān)鍵：壓力體畫(huà)法以曲面為底面，向自由液面（自由液面延長(zhǎng)面）投影，曲面、鉛錘面、自 由液面所包圍的水體為壓力體。壓力體與水在同一側(cè)為實(shí)壓力體，鉛錘分

3、力方向 向下。反之，為虛壓力體，鉛錘分力方向向上。例1.流體內(nèi)部某點(diǎn)存在真空，是指（）（a）該點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)為正值（b）該點(diǎn)的相對(duì)壓強(qiáng)為正值（c ）該點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)為負(fù)值（d）該點(diǎn)的相對(duì)壓強(qiáng)為負(fù)值2. 流體內(nèi)部某點(diǎn)壓強(qiáng)為2個(gè)大氣壓，用液柱高度為（）a） 10米水柱 b） 22 米水柱 c）20 米水柱 d）25 米水柱3. 無(wú)論流體作何種運(yùn)動(dòng)，流體內(nèi)任何一個(gè)水平面都是等壓面。（）第2章液體運(yùn)動(dòng)的流束理論1. 描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法：拉格朗日(Lagrange)法、歐拉(Euler)法2. 基本概念跡線和流線、流管、元流、總流和過(guò)水斯面、流量和斯面平均澆遼、一元流、二元流和三元流、恒定流與非恒定流、

4、均勻流與非均勻流；漸變流、急變流。3. 不可壓縮均質(zhì)流體連續(xù)性方程-:z4.恒定總流連續(xù)方程：Am二A2v25. 理想流體元流的能量方程Z12g 2g 22U22g6. 實(shí)際流體元流的能量方程2p1u1W 1- - Z2g 2gP2g2u2,'-hw2g7. 實(shí)際流體恒定總流能量方程“ 2Pi=乙衛(wèi)2?g 2g 勺、 旦_H?g 2g22V22g"hw1_2G j hwg 2g能量方程應(yīng)用注意事項(xiàng)(1)基準(zhǔn)面：(可任選,以方便為原則)(2) 過(guò)流斷面：(必須是均勻流或漸變流斷面，中間可為急變流)(3) 計(jì)算點(diǎn)：(可任選，以方便為原則)8. 恒定總流動(dòng)量方程Q（ 2匚"

5、;）八F分量形式：QC 22. SV2x）八 FxQC2V2y 一 My）FyQ（ ：2V2z- Mz）八 Fz9. 動(dòng)量方程應(yīng)用注意事項(xiàng)（1）選擇脫離體（控制面）（2）建立坐標(biāo)系（3）全面分析外力（4）動(dòng)量方程為矢量式，流速、力均有方向。（5）方程左邊為所取流段的動(dòng)量的變化率，一定是流出的動(dòng)量減去流入的 動(dòng)量。10. 三大方程聯(lián)合應(yīng)用31 E11. 定理 對(duì)于任一物理過(guò)程，存在有 n個(gè)物理量，總可以寫(xiě)成函數(shù)f ©,q2,q3 qn）二 0若選擇其中m個(gè)物理量作為基本量，（流體力學(xué)中一般m = 3，一個(gè)幾何量, 一個(gè)運(yùn)動(dòng)量，一個(gè)動(dòng)力量），其他的物理量可以用這3個(gè)基本量表示，寫(xiě)為無(wú)量

6、綱的式，共寫(xiě)出（n - 3）個(gè)有效 式,4，:場(chǎng)qi q2 q3此物理過(guò)程可寫(xiě)為：F（：4，：5：6.：n）=0通過(guò)量綱和諧原理建立其物理量之間的關(guān)系，此乃定理。例.1.在水箱上接出一條等直徑圓管，末端設(shè)有閥門(mén)已控制流量，若水箱內(nèi)水面 不隨時(shí)間變化、當(dāng)閥門(mén)開(kāi)度一定時(shí)，管中水流為（）（a）恒定均勻流（b）恒定非均勻流（c）非恒定均勻流（d）非恒定非均勻流2恒定流一定是均勻流。（）3. 在恒定流情況下，流線與跡線重合。（）第3章液流型態(tài)與水頭損失1. 液體流動(dòng)的兩種型態(tài)層流：流體質(zhì)點(diǎn)互不摻混，做有條不紊的規(guī)則運(yùn)動(dòng)。紊流：流體質(zhì)點(diǎn)互相摻混，形成渦體，做雜亂無(wú)章的運(yùn)動(dòng)1. 流態(tài)的判別一雷諾數(shù)管流:c

7、vR非圓管或明渠水流：Re二2. 水頭損失Rec 二 2000Rec 二 500達(dá)西公式:l v2d 2g3.均勻流基本公式固體邊界：二'gRJ流體內(nèi)部：二:?gR'J4. 圓管過(guò)水?dāng)嗝嫔锨袘?yīng)力的分布2. 圓管中的層流運(yùn)動(dòng)斷面流速分布:dupdy最大流速：（管軸線上）U max斷面平均流速:gJ 21max2hf64 l v2Re d 3g64Rehfl v2d 3g6. 紊流的特征紊流中運(yùn)動(dòng)要素的脈動(dòng)瞬時(shí)流速:Ux時(shí)均流速:Ux1 'T 5(t)dt 二 Ux - 山脈動(dòng)流速:UxUx 一 Ux7. 紊流附加切應(yīng)力du ，N2(du)2dydy8. 紊流流速分布對(duì)數(shù)曲

8、線分布，流速分布均勻化了。此即=1.0, ： = 1.0的原因9. 粘流底層受粘滯力作用，有一極薄層流體附在管壁上不流動(dòng)；在靠近固體邊界附近的 液層做層流運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)之為粘性底層。粘性底層的厚度用表示。粘性底層的厚度不是一成不變的，與直徑、雷諾數(shù)、粗糙度有關(guān)。10. 紊流分區(qū)絕對(duì)粗糙度 K粘性底層紊流流核(1) 水力光滑區(qū)K ： 04：(2) 過(guò)渡粗糙區(qū)04 ： K :：: 6(3) 粗糙區(qū)(阻力平方區(qū))K - 6：(b)(c)11. 尼古拉茲實(shí)驗(yàn)1STS 4. O 4. 2 4. 4SZfr書(shū)局 3-«dI 區(qū)，Re<230Q 層流區(qū) 入=f (Re),II區(qū)，Re=230040

9、00層流到紊流過(guò)渡區(qū)入=f (Re,K/d)III區(qū)，1O5<Re>4OO0紊流水力光滑 區(qū) 入=f （Re）.IV區(qū)，過(guò)渡粗糙區(qū),入=f (Re K/d).V區(qū)，粗糙管，入=f （K/d）.'阻力平方區(qū)'12.局部損失計(jì)算公式：2g突然放大局部損失計(jì)算公式的推導(dǎo)(Vi - V2)2ghjhj=(1 一=(Ai2 )2孔A 2g-1)2 V22g2g(1丄)2A2二2護(hù)2g(A2A1等直徑圓管中紊流的過(guò)流斷面流速分布是（）（a） 呈拋物線分布 （b）呈對(duì)數(shù)線分布（c）呈橢圓曲線分布（d） 呈雙線分布2. 壁面粗糙的管道一定是水力粗糙管。（）3. 在進(jìn)行水力計(jì)算時(shí)，短

10、管是指管道幾何長(zhǎng)度較短的管道。（）4臨界雷諾數(shù)的大小僅與流體的流速有關(guān)，與流體的性質(zhì)無(wú)關(guān)。（）5. 圓管中層流與紊流，其斷面流速分布有什么不同？試根據(jù)尼古拉茲試驗(yàn)，說(shuō)明紊流各區(qū)沿程阻力系數(shù)與Re和K d的關(guān)系?7.層流與紊流的內(nèi)部切應(yīng)力有何不同?第4章有壓管中的恒定流1. 孔口分類(lèi):(1) 大孔口與小孔口(大孔口 H <10 ;小孔口 - 10 )(2) 薄壁孔口與厚壁孔口(3) 自由出流與淹沒(méi)出流(4) 恒定出流與非恒定出流2. 薄壁小孔口恒定出流流量公式：QmA.2gH03. 管嘴出流221.32 I收縮斷面壓強(qiáng):_Pc 二7二 0.75H管嘴工作條件：(a)l =(34)d ； (

11、b) Ho乞9m(水柱)4. 短管的水力計(jì)算流量公式:Q 二2gH°卩=Q= lA 2gH3總水頭線與測(cè)壓管水頭線的畫(huà)法。（1）總水頭線測(cè)壓管水頭線。規(guī)律：（1）總水頭線沿程總是下降的。（2）測(cè)壓管水頭線總是在總水頭線的下方。（反之）（3）測(cè)壓管水頭線沿程可升可降?？偹^線與測(cè)壓管水頭線重合，為折線。6. 長(zhǎng)管的水力計(jì)算（1）簡(jiǎn)單管路計(jì)算公式：H二hfl_8g I Q2Q2 d 2g c2 4R2gA2 A2C2R令K = AC R流量模數(shù)K21粗糙區(qū)（v 色 1.2m/s）: H = h魚(yú)lk21水力光滑區(qū)或紊流過(guò)渡區(qū)（v 1.2m/s）K2還可表示為：H二hfl v2 l 16Q

12、2=扎d 2g d2g 2d48ir 2.5g dlQ28s 令：S g 2d5 （比阻）2 粗糙區(qū)（v 色 1.2m/s）: H = hf = Q水力光滑區(qū)或紊流過(guò)渡區(qū)（v 1.2m/s）2H = hf二kSlQk修正系數(shù)nH八i =1Ki2li（2）串聯(lián)管路n2計(jì)算原則：（1）H八SjljQii丄（2）Qi = qQi 1 （節(jié)點(diǎn)流量）（3）并聯(lián)管路；計(jì)算原則：（1） hf二hfi二hf2二hf3二n' Qi = 0 （節(jié)點(diǎn)流量）i T例：1.總水頭線與測(cè)壓管水頭線的基本規(guī)律之一，是:（a）總水頭線總是沿程升高。（b）總水頭線總是在測(cè)壓管水頭線的上方。（c）測(cè)壓管水頭線沿程升高。（

13、d）測(cè)壓管水頭線總是沿程下降的。2. 外延管嘴的正常工作條件是（）（a）管長(zhǎng)等于3-4倍的管徑（b）作用水頭小于9米水柱（c）管長(zhǎng)l（3-4）d，作用水頭大于9米水柱（d）管長(zhǎng)l =（3-4）d ，作用水頭小于9米水柱第5章明渠恒定均勻流1. 明渠的分類(lèi)：（1） 按渠身形式分類(lèi)：棱柱形渠道非棱柱形渠道（2） 按底坡分類(lèi)： 順坡渠道i 0 ；逆坡渠道0 ；平坡渠道i = 0（3）按渠道斷面分類(lèi)：梯形渠道、矩形渠道、復(fù)式斷面渠道流動(dòng)形態(tài)：明渠恒定流、明渠非恒定流、明渠均勻流、明渠非均勻流明渠非均勻流又分為：急變流與漸變流2. 明渠均勻流的水力特征：（1） 底坡線、水面線、總水頭線，三線平行。i二J

14、p二J（2）水深、過(guò)流斷面的形狀、尺寸；斷面平均流速及流速分布沿程不變（3）水體重力沿水流方向的分力等于固體邊界對(duì)水流的摩阻力。3. 明渠均勻流動(dòng)的形成條件恒定流 渠道為長(zhǎng)、直棱柱型渠道 i和n沿程不變 順坡渠道i > 04. 明渠均勻流的基本公式V二c Ri Q = AC、RiQ = K、iK = AC. R流量模數(shù)1 V1謝齊系數(shù)：C R 6 （曼寧公式）CRy （巴氏公式）nn5. 水力最優(yōu)斷面定義：在過(guò)流斷面的面積、糙率、底坡一定前提下，通過(guò)流量最大的斷面（形 狀、尺寸）。對(duì)于梯形斷面渠道：=（bh）h m m2 -m）矩形渠道：訂 十26. 明渠均勻流水力計(jì)算的基本問(wèn)題（1）校

15、核已建渠道的輸水能力： Q = K i（2）設(shè)計(jì)渠道的底坡：IQ2（3）確定渠道的斷面尺寸：（試算或圖解法）包三011 < Cr = Ce > CCh)(c)(d)第6章明渠恒定非均勻流第7章 水躍1、明渠水流流動(dòng)類(lèi)型(2) 判別標(biāo)準(zhǔn):(3)方法流態(tài)干擾波波速c=/ghm弗勞德數(shù)FrJ ghm臨界水深hK臨界底坡iK緩流V < cFr v1.0h七i <“臨界流V = cFr =1.0h = hKi = iK急流V > cFr a1.0h £ hki > iK2. 斷面單位能量(斷面比能)Esh 2g臨界流方程:E= h +s 2gA2Esf(h)

16、y2 aKbK(矩形渠道:q2hK) g(1)水躍方程:Q2 QAyc = f（h）gAII!廠（h ）（h ）(3)水躍的類(lèi)型臨界式水躍ht = h"II(b) 淹沒(méi)式水躍hthI!3. 跌水與水躍(1跌水現(xiàn)象緩坡接陡坡的渠道緩坡渠道末端有跌坎(2) 水躍現(xiàn)象23(c) 遠(yuǎn)驅(qū)式水躍ht ” h4臨界水深、臨界底坡、緩坡、陡坡5.水面曲線的定性繪制(緩坡、陡坡)水面曲線變化基本規(guī)律（1）所有a型、C型曲線都是壅水曲線。（2）所有b型曲線都是降水曲線。（3）水面曲線具有不同的凹凸性。性繪制水面曲線的方法與原則（1） 根據(jù)已知底坡或水深，按均勻流條件，判斷急流、緩流，確定N-N線與K-K

17、 線。（2）視底坡改變或水工建筑物的影響，分析水流加速，還是減速，判斷水面曲 線是壅水曲線還是降水曲線。水流受阻，水流減速運(yùn)動(dòng)，水深變大，為壅水曲 線，反之為降水曲線。（3）把底坡改變或水工建筑物的影響，視為干擾，確定對(duì)上游的影響。若上游 急流，這個(gè)干擾形成的波不向上游傳播，上游水面為均勻流，水面線不變；若 為緩流，干擾波向上游傳播，上游水面曲線變化。（4）從急流到緩流出現(xiàn)水躍，從緩流到急流發(fā)生跌水。例: 1.明渠水流，從急流過(guò)渡到緩流，發(fā)生跌水。（）2. 明渠水流，從急流過(guò)渡到緩流，發(fā)生跌水跌。（）3. 跌水的形成條件是（）（a）從急流過(guò)渡到急流（b）從急流過(guò)渡到緩流（c）從緩流過(guò)渡到急流（

18、d）從緩流過(guò)渡到緩流第8章堰流及閘孔出流1.堰流的分類(lèi)薄壁堰:60.67HCL22H0,112;實(shí)用斷面堰加0.67<寬頂堰:62.510.0H有側(cè)向收縮：Q = m0X2gH1.5淹沒(méi)出流：Q八m01 2gH 1.53、寬頂堰（1）寬頂堰自由出流（2）堰頂上水流為急流。水流特征：（1）二次水面跌落。（2）寬頂堰淹沒(méi)出流水流特征：（1）一次水面跌落,（2）堰頂上水流為緩流（3）寬頂堰淹沒(méi)過(guò)程及淹沒(méi)標(biāo)準(zhǔn)淹沒(méi)標(biāo)準(zhǔn)：（1）必要條件：hs 0(4)充分條件:hs 0.8H第12章液體運(yùn)動(dòng)的流暢理論1.質(zhì)點(diǎn)的速度、加速度UxUx(x, y,z)速度：uyUzUy(x, y,z)Uz(x, y,z)

19、質(zhì)點(diǎn)加速度的表達(dá)式（歐拉法）Ux 丄£UxaxUx -tx2.液體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的基本形式3.有旋流與無(wú)旋流流體質(zhì)點(diǎn)（微團(tuán)）旋轉(zhuǎn)變形表達(dá)式1/：Uz：uy2（y:x1:ux：uz-12zx1/cu(uyU2x:y)y對(duì)于有旋流，對(duì)于無(wú)旋流（勢(shì)流）0第14章恒定平面勢(shì)流的流速勢(shì)及流函數(shù)1.勢(shì)函數(shù)和流函數(shù)是使Uxdx Uydy Uzdz成為某一函數(shù):(x, y,z)的全微分的充分必要條：Uz- Uy=1:y：Ux：Uz對(duì)于無(wú)旋流，即:z:x() ()式成立,- UyUx件，即二 uXdx Uydy uzdzdx dy dz-：z比較上兩式，得 Ux二:y ,Uz對(duì)于不可壓縮流體，連續(xù)性微分方程

20、所以，函數(shù) (x, y, z)叫流速勢(shì)，且為調(diào)和函數(shù)。無(wú)旋流必然為勢(shì)流，(存在流速勢(shì))。反之，勢(shì)流必然為無(wú)旋流。對(duì)于平面勢(shì)流，(x,y)，uxUy+由連續(xù)性微分方(x, y)成立的充要條件。式(*)是使-Uydx Uxdy 成為某一函數(shù) 流函數(shù)亦為調(diào)和函數(shù)。題目類(lèi)型：1. 給出流速場(chǎng)，判斷是有旋流、無(wú)旋流？2. 給出流速場(chǎng)，求勢(shì)函數(shù)、流函數(shù)？ d = uxdx Uydy uzdz，3. 給出勢(shì)函數(shù)，求流函數(shù)？4. 給出流函數(shù)，求勢(shì)函數(shù)？計(jì)算題類(lèi)型 點(diǎn)壓強(qiáng)計(jì)算1. 一封閉水箱自由液面上的絕對(duì)氣體壓強(qiáng)Po二25kN /m2 ,g =4m,h2 =2m，求a b兩點(diǎn)的相對(duì)壓強(qiáng)？(1) 涉及到的概念：

21、等壓面、等壓面是水平面的條件、靜壓強(qiáng)基本方程。(2) 解題思路：找等壓面找已知點(diǎn)壓強(qiáng)利用靜壓強(qiáng)基本方程推求 靜水總壓力計(jì)算1如圖示，一平板閘門(mén)，兩側(cè)有水，左側(cè)水深為3 m，右側(cè)水深為2 m，求作用在單寬閘門(mén)上的靜水總壓力及作用點(diǎn)。（1）涉及到的概念：相對(duì)壓強(qiáng)分布圖、總壓力：P = : ghcA壓心:yDIcycA（3）解題思路： 求出各分力 合成求總壓力作用點(diǎn) 注意，是力 的平衡還是力矩平衡4.如圖示，一弧形閘門(mén)，其寬度 b=6m ,圓心角二300，半徑R = 2.5m，閘門(mén)軸與水面齊平。求水對(duì)閘門(mén)的總壓力及總壓力對(duì)軸的力矩？（1）涉及到的概念：水平分力 Px二phcAx垂直分力 Pz = g

22、V，壓立體圖。解題思路： 畫(huà)壓力體圖 畫(huà)投影面壓強(qiáng)分布圖求解水平分力、垂直分力、總壓力 P二' p2總壓力作用線=arctanPx2 2 21 .已知平面流動(dòng)，Ux = 2xy ,u a x - y，a為常數(shù)，試判斷 該液流是（1）是恒定流還是非恒定流？（2） 是否滿足不可壓縮流體連續(xù)性微分方程，（流動(dòng)是否存在）？（3）是均勻流還是非均勻流？（4）是有旋流還是無(wú)旋流？（一）涉及到的概念：質(zhì)點(diǎn)加速度表達(dá)式：ax二-tUx-XUz：Ux恒定流（0 ）非恒定流（-恒定流ax - UxUxUyUxUz：Uxay不可壓縮流體連續(xù)性微分方程:：Uz有旋流、無(wú)旋流判別式：11z2:x :y四、管道水

23、力計(jì)算吸水管與壓水管的1.水泵系統(tǒng)如圖，管徑d = 200mm,流量為Q=0.1m /s，總長(zhǎng)為30m，沿程阻力系數(shù) 一 0.02 ;吸水管設(shè)有帶閥門(mén)的蓮蓬頭閥二2.0，所有彎頭 彎=0.3，兩水面高差z=10.m，求水泵揚(yáng)程。短管水力計(jì)算：（1）涉及到的概念：長(zhǎng)管、短管的定義；能量方程; 水泵揚(yáng)程H二Zg hw（2）解題思路：選基準(zhǔn)面、過(guò)流斷面、計(jì)算點(diǎn)，列能量方程求解。2. 有一虹吸管，作用水頭 H1.5m,H2=2.0m，管長(zhǎng) h=5.0m ,l10.0m管徑d1 "2 =0.1m，沿程損失系數(shù)=0.02，進(jìn)口設(shè)欄污柵，進(jìn)口局部損失系數(shù)1 =10.0，彎管局部損失系數(shù) ；=0.15。求該虹吸管的過(guò)流量、管中最大真空 值，并定性繪出其測(cè)壓管水頭線。(1) 涉及到的概念：長(zhǎng)管、短管的定義；能量方程；管中最大真空值發(fā)生在 何處。(2) 解題思路：選基準(zhǔn)面、過(guò)流斷面、計(jì)算點(diǎn)，列能量方程求解。五、能量方程、動(dòng)量方程1 一矩形斷面平坡棱柱形渠道，渠寬 B=2.7m ,河床在某處抬高d=0.3m ,坎前 水深hi=1.8m,而后水面又降落0.12m (如圖所示)，若局部水頭損失hw為尾渠流速水頭的二分之一，求(1 )通過(guò)流量Q = ?(2)水流對(duì)坎的作用力？能量方程應(yīng)用:(1)涉及到的概念：能量方程應(yīng)用注意事項(xiàng)(三選)選基準(zhǔn)面、過(guò)流斷面、 計(jì)算點(diǎn)。(2)