河海大學(xué)814水力學(xué)

1、814水力學(xué)GungiPeng2016.11.22、緒論?,1 .牛頓內(nèi)摩擦定律7=叼不?許/角變形率或流速梯度,牛頓流體：如水，空氣，水機(jī)等非牛頓流修賓厄母（賓漢）塑性流體:如能?臬、血舞等擬矍性流體：加轅股、油漆等也膨脹流體：如生面亂意粉糊等Ji-科為動(dòng)力粘度系數(shù)=pv）（注意各物理量單位）2 .牛頓內(nèi)摩擦定律的適用條件為牛頓液體層流運(yùn)動(dòng)3 .F=tAo（F為相鄰層之間的內(nèi)摩擦力）4 .圓盤F=?M?=?5 .賓漢塑性流體切應(yīng)力與切應(yīng)變率也成線性關(guān)系，但不過原點(diǎn)，牛頓流體過原點(diǎn)。（p7圖）6 .表面力：壓力、切力。質(zhì)量力：重力、慣性力。7 .液體在流動(dòng)（連續(xù)不斷變形）過程中，其內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)抵

2、抗，液體在流動(dòng)狀態(tài)下抵抗剪切的性質(zhì)稱為液體的粘性（又稱粘滯性）二、水靜力學(xué)1 .靜水壓強(qiáng)：垂直指向作用面，一點(diǎn)壓強(qiáng)各方向數(shù)值相等。2 .平衡微分方程：dP=p（xdx+ydy+zdz）,當(dāng)dP=0,即等壓面，質(zhì)量力與等壓面垂直。3 .液體處于相對(duì)平衡：1.等壓面水平，只有重力作用；2.等壓面為斜面，重力和慣性力（產(chǎn)生水平加速度）作用；3.等壓面為旋轉(zhuǎn)拋物面，重力和慣性力（離心力）作用4 .標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為101.4KN/m2,絕對(duì)壓強(qiáng)等于標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)加相對(duì)壓強(qiáng)5 .真空高度與真空壓強(qiáng)的換算，P=pgh,真空壓強(qiáng)=I負(fù)壓I6 .靜止液體基本方程：z+:?=?靜止液體中任一點(diǎn)相等。7 .解析法：平面上壓力

3、計(jì)算：P=APc,即受壓平面形心壓強(qiáng)。與放置方向無關(guān)，只與形心位?11置有關(guān)。yd=yc+而為矩形：Ic=Gbh3,圓：Ic=工行48 .壓力圖法：P=Qb,壓強(qiáng)分布圖面積。壓強(qiáng)分布：三角形e=1/3h,梯形：e=g餐券?9 .曲面：Px=PxcAx;Pz=pgV,p=?+?0=arctan?10 .虛壓力體：水面和壓力體在兩側(cè)，實(shí)壓力體在同側(cè)三、液體一元恒定總流基本原理1 .恒定流與非恒定流：液體流動(dòng)時(shí)空間各點(diǎn)處的所有運(yùn)動(dòng)要素都不隨時(shí)間而變化的流動(dòng)稱為恒定流，反之為非恒定流（與t是否有關(guān)，有無當(dāng)?shù)丶铀俣龋? .均勻流與非均勻流：流場(chǎng)中位于同一流線上各質(zhì)點(diǎn)的流速矢量不沿程變化（流線不相交）為均

4、勻流，反之為非均勻流。非均勻流可以分為漸變流和急變流（有無遷移加速度）3 .元流：微小流管中的液流4 .總流：由無數(shù)元流集合而成的整股水流稱為總流5 .一元流與三元流：液體的運(yùn)動(dòng)要素僅是一個(gè)坐標(biāo)變量的函數(shù)，這種運(yùn)動(dòng)稱為一元流，運(yùn)動(dòng)要素是三個(gè)坐標(biāo)變量的函數(shù)，稱三元流6 .流線：某一瞬間在流場(chǎng)中繪出的曲線，在此曲線上所有液體質(zhì)點(diǎn)的速度矢量都和該曲線相切。7 .跡線：同一質(zhì)點(diǎn)在一個(gè)時(shí)段的運(yùn)動(dòng)軌跡線8 .連續(xù)方程：V1A1=V2A29 .能量方程：z1+?+3?2+?=z2+器+券+?hw=hf（沿程）+hj（局部）10 .動(dòng)量方程：P1-P2+R=pQ32V2-31v1;R為固體邊壁對(duì)水流的作用力1

5、1 .動(dòng)能/動(dòng)量校正系數(shù)，越不均勻越大，因此層流遠(yuǎn)大于紊流12 .同一管流斷面上，動(dòng)能校正系數(shù)“比動(dòng)量校正系數(shù)陜13 .過水?dāng)嗝嫔系膲簭?qiáng)大小與基準(zhǔn)面選擇無關(guān)14 .均勻流斷面上（非“流場(chǎng)內(nèi)”）的壓強(qiáng)分布規(guī)律與靜水壓強(qiáng)規(guī)律相同四、層流和紊流、液流阻力和水頭損失1.管流：Re=葭?小于2300為層流，大于2300為紊流,?Re=，=?1?2 .明渠：Re=?小與500為層流，大于500為紊流，R=A/X3 .雷諾數(shù)為慣性力與粘性力之比4 .均勻流：t=pgRJ5 .層流流速分布：拋物線分布；紊流流速分布：對(duì)數(shù)分布（普朗特動(dòng)量傳遞理論）6 .上臨界流速：層流變紊流；下臨界流速：紊流變層流7 .圓管層

6、流沿程水頭損失系數(shù)：入=64/Re,明渠層流：入=24/Re8 .紊流瞬日流速=時(shí)均流速+脈動(dòng)流速（可正可負(fù)）9 .紊流切應(yīng)力=粘性切應(yīng)力+雷諾應(yīng)力（質(zhì)點(diǎn)摻混引起的附加切應(yīng)力）10 .紊流附加切應(yīng)力與脈動(dòng)流速、液體密度有關(guān)，與動(dòng)力粘性系數(shù)科無關(guān)11 .粘性底層：粘性起主要作用，流速近似按直線變化。（邊界層不是粘性底層）12 .運(yùn)動(dòng)流體的全部摩擦損失都發(fā)生在緊靠固體邊壁的薄層（邊界層），層外的流體可以看作理想液體求解13 .局部水頭損失通過理論分析與實(shí)驗(yàn)來確定14 .紊流核心區(qū)：脈動(dòng)現(xiàn)象，紊流切應(yīng)力等于紊流附加切應(yīng)力層流紊流光滑區(qū)紊流過渡粗糙區(qū)紊流粗糙區(qū)入后美雷諾數(shù)雷諾數(shù)相對(duì)粗糙度和雷諾數(shù)相對(duì)粗

7、糙度入與速度次方-10.2500.25與v無關(guān)hf（與速度次方）11.751.752.0215.16.紊流壓強(qiáng)擺動(dòng)：紊流具有脈動(dòng)作用17.謝才公式：Q=CA?曼寧公式：C=1?？學(xué)？?J=樂，hf=?吊入4?赤尸8?入二得18.冷水水力坡度J1大于熱水水力坡度J219.粗糙區(qū)紊流散熱效果最佳20.隨著流量增大，紊流從光滑區(qū)到過渡粗糙區(qū)到粗糙區(qū)21.紊流粗糙區(qū)，同一材料的管道，d越小，沿程水頭損失系數(shù)入越大22 .同一種管徑和粗糙度的管道，雷諾數(shù)不同時(shí)，可以在管中形成紊流光滑區(qū)，粗糙區(qū)，過渡粗糙區(qū)23 .文德里管測(cè)流量，流量公式是根據(jù)能量方程、連續(xù)方程推導(dǎo)、一一一一、一一，八一,?霞際24 .文

8、德里管的流量系數(shù)小于1的原因：能量損失，科=?理論工653.0nJJJiJU.OUr43加睛$76仃&口25.畢托管測(cè)流速原理是駐點(diǎn)原理26 .斷面面積沿程增大的水平管道，其管軸壓強(qiáng)不一定沿程增大，考慮水頭損失27 .液體作紊流運(yùn)動(dòng)時(shí)，相對(duì)粗糙度越大，沿程水頭損失入可能越大（穆迪圖）28 .只有粘性液體才有層流紊流之分五、液體三元流動(dòng)基本原理1.三元連續(xù)方程:祭祭等0,流函數(shù)存在條件2.線變形：xx=?3.旋轉(zhuǎn)角速度:3Z=（翳;等?,判斷無旋運(yùn)動(dòng)，勢(shì)函數(shù)存在條件、,1?4 .角變形：y=-（寶?+而?），是否剪切變形5 .恒定平面勢(shì)流：流函數(shù)少x,y;段?，？?？翡-?連續(xù)方程滿足平

9、面流動(dòng)6 .速度勢(shì)函數(shù)J登?篝？?？無旋滿足7 .d少=-?d（）=?8 .不可壓縮恒定平面流動(dòng)中，任意兩流線之間通過的單寬流量等于該兩流線的流函數(shù)之差9 .液體是否為有旋運(yùn)動(dòng)，取決于液體微團(tuán)本身是否旋轉(zhuǎn)，而與液體微團(tuán)的運(yùn)動(dòng)軌跡無關(guān)10 .沿著流動(dòng)方向，在同一流線上各點(diǎn)的勢(shì)函數(shù)值是增大的11 .歐拉液體平衡方程對(duì)理想液體和實(shí)際液體均適用（歐拉方程只用于靜止?fàn)顟B(tài)，而靜止液體不考慮粘性）六、有壓管流1 .長(zhǎng)管和短管：沿程水頭損失占95%以上為長(zhǎng)管2 .長(zhǎng)管不計(jì)流速水頭和局部水頭3 .長(zhǎng)管的總水頭線與測(cè)壓管水頭線相重合4 .串聯(lián)管道流量相同：Q=Q1=Q2=Q3=?.5 .并聯(lián)管道沿程水頭損失相等：

10、Q=Q1+Q2+Q3+?6 .并聯(lián)管道由于液流總重量不同，所以總機(jī)械能不等，但單位能量相等7 .水擊相長(zhǎng)：Tc=周期T=4?8 .直接水擊：Ts<?間接水擊：Ts>?P=pcv0,貝U?H=cv09 .直接水擊壓強(qiáng)：？P=pcv0-v,閥門完全關(guān)閉時(shí)，水擊壓強(qiáng)10 .水擊研究中，液體和管道假設(shè)都是彈性體，產(chǎn)生可壓縮的非恒定流11 .管流負(fù)壓區(qū)是指測(cè)壓管水頭線在管軸線以下的部分。12 .水流在等直徑直管中作恒定流動(dòng)時(shí)，其測(cè)壓管水頭線沿程下13 .水泵：揚(yáng)程Hp=z+hw;安裝高度hs=-（焉+葭+?14 .V02W0,出口處為突然擴(kuò)大的水流，總水頭線下降至下游水面上方，測(cè)管水頭線上升

11、后與下游水面相接，此時(shí)兩者相差流速水頭。V02=0此時(shí)局部水頭損失等于管道的流速水頭,總水頭線下降至下游水面處，測(cè)管水頭線與下游水面相接。七、明渠均勻流1.J=Jp水面坡度二i底坡，v=C?2.正坡i>0,平坡i=0,負(fù)坡i<03.正常水深h0與流量寬度b,坡度m有關(guān),Q,糙率n,底坡i,寬度b,坡度m有關(guān)；臨界水深hc與流量Q,3?矩形斷面hc=方，q=Q/b4 .梯形斷面：A=(b+mh0)h0,X=b+2h01+?2,R=A/X,C=；?5 .水力最佳斷面：當(dāng)渠道的底寬i,糙率n一定，在通過已知設(shè)計(jì)流量時(shí)所選定的過水面積最小，或者是過水面積一定時(shí)通過的流量最大，符合這種條件的

12、斷面稱為水力最佳斷面?-n一，一一詔=21+?2-?,矩形=2(b=2h)6 .緩坡明渠中的均勻流只能是緩流，陡坡明渠中的均勻流只能是急流？+?2?2+?+?7 .組合糙率斷面：nc=22+22+22222，行<2132.0F?22+?2?22+?+?22?nc=?21+?2+?'?>?2.08 .復(fù)式斷面：Q=Q1+Q2+?=K1?+K2?+?=?2?2?1?+?2?2?2?+?9 .渠道斷面設(shè)計(jì)時(shí)，選用糙率n偏小，引起輸水能力不足或溢漫現(xiàn)象八、明渠非均勻流1 .緩流和急流判別：1.V<?干擾波能向上下游傳播，水流為緩流,2 .Fr<1,水流為緩流，F(xiàn)r=-2

13、L動(dòng)能與勢(shì)能之比?3 .繆?0,水流為緩流，Es=h+胃3?4 .h>hc,水流為緩流，hc=/5 .i<ic,h0>hc,即緩坡上的均勻流為緩流2 .緩流斷面單位能量隨水深增大而增加，急流斷面單位能量隨水深增大而減小。3 .急流到緩流發(fā)生水躍（Fr>1fr<1,存在一點(diǎn)Fr=1）,緩流到急流發(fā)生水跌?Fr=1?74 .水躍萬程：h2=(1+8?-1),矩形:h2>?為遠(yuǎn)離式水躍,h2=ht為臨界水躍，h2<?為淹沒水躍5 .正坡分為緩坡（i<ic）,臨界坡（i=ic）,陡坡（i>ic）6 .十二條水面線熟記規(guī)律1:1區(qū)，3區(qū)升，2區(qū)降規(guī)律

14、2：接近N-N線時(shí)，以N-N線為其漸進(jìn)線規(guī)律3:接近C-C線時(shí)，垂直于C-C線均勻流的水面線是N-N線7 .明渠水流中，斷面單位能量Es沿程增大：緩坡M1;陡坡S1,S2;臨界坡C1。斷面單位能量Es沿程減小：緩坡M2,M3;陡坡S3;臨界坡C3;平坡H2,H3;負(fù)坡A2,A3（流速與波速關(guān)系）8 .壅水曲線的水深增大，高程一般減小9 .緩流通過矩形斷面明渠中障礙物時(shí)，障礙物上的水面必然下降九、堰流和閘孔出流1.?<0.67,薄壁堰；0.67<?<2.5,實(shí)用堰；2.5<梟10,寬頂堰2.堰流基本集散公式：Q=3emB2?。2,三個(gè)系數(shù)分別是側(cè)收縮系數(shù)，淹沒系數(shù)，流量系

15、3 .薄壁堰、實(shí)用堰淹沒出流條件：1.下游水位高于堰頂，2.下游發(fā)生淹沒水躍4 .寬頂堰淹沒出流條件：要0.8,hs為下游水位高于堰頂?shù)臄?shù)值，H0為堰上總水頭5 .實(shí)用堰：?>0.75為堰流，?<0.75為孔流；寬頂堰：第0.65為堰流，?<0.65為孔流。6 .實(shí)用堰水頭H大于設(shè)計(jì)水頭Hd時(shí)，流量系數(shù)m大于設(shè)計(jì)流量系數(shù)md7 .堰流由于流線在極短的范圍內(nèi)急劇變化，是急變流，能量損失以局部損失為主8 .防止薄壁堰水舌下面形成局部真空，應(yīng)安裝通氣管十、泄水建筑物下游水流的銜接與消能1 .消能方式：底流消能，面流消能，挑流消能2 .底流消能：消力池水力設(shè)計(jì)，池深d,池長(zhǎng)13 .取

16、最大流量為設(shè)計(jì)流量時(shí)，消力池的長(zhǎng)度不一定最大；最大流量不一定是消力池深度的設(shè)計(jì)流量。4 .利用底流消能時(shí)，以略有淹沒的水躍消能為宜（保證水躍位置穩(wěn)定）H一、滲流1 .滲流模型：假設(shè)全部滲流空間（土壤和孔隙的總和）均被流體所充滿，但任一斷面上的滲流量等于實(shí)際滲流量，水頭損失等于實(shí)際水頭損失，而整個(gè)模型區(qū)內(nèi)任一點(diǎn)的滲流運(yùn)動(dòng)要素，可以表示成滲流空間的連續(xù)函數(shù)，這樣就便于用水力學(xué)或流體力學(xué)的方法進(jìn)行研究。2 .達(dá)西定律：v=kJ,滲流流速v與水力坡度J的一次方成比例，只適用于層流3 .流網(wǎng)計(jì)算：u=k-?q=?m為流線-1,n為勢(shì)線-14 .滲流一點(diǎn)處壓強(qiáng)：P=pgH+Z,H=h-?H（ni-1）5 .滲流系數(shù)及邊界條件相同，作用水頭不同，滲流流網(wǎng)相同。十三、水力相似與模型試驗(yàn)基本原理1 .量綱：區(qū)別物理量類別的標(biāo)志?；玖烤V和誘導(dǎo)量綱。2 .單位：量度各種物理量數(shù)值大小的標(biāo)準(zhǔn)。3