第一章-水力學(xué)基礎(chǔ)課件

第一章

水力學(xué)基礎(chǔ)

1.1

靜

水

力

學(xué)

1.2動(dòng)水力學(xué)

1.3水流阻力和水頭損失第一章水力學(xué)基礎(chǔ)

11.1

靜

水

力

學(xué)

靜水力學(xué)是研究水在相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)下的力學(xué)規(guī)律，研究靜水壓力的性質(zhì)、強(qiáng)度和各種因素的關(guān)系。

1.1.1靜水壓強(qiáng)及其基本方程式

靜水中具有壓力。當(dāng)我們站在淹過(guò)胸部的深水中會(huì)感到呼吸困難，當(dāng)開(kāi)啟水庫(kù)閘門時(shí)，要用很大力氣，這些情況都說(shuō)明靜水內(nèi)部有壓力。1.1靜水力學(xué)

作用在整個(gè)物體面積上的靜水壓力，稱為靜水總壓力。作用在單位面積上的靜水壓力，稱為靜水壓強(qiáng)。

1.靜水壓強(qiáng)的兩個(gè)特性：（1）靜水壓強(qiáng)的方向垂直且指向受壓面（2）靜水壓強(qiáng)的大小僅與該點(diǎn)坐標(biāo)有關(guān)，與受壓面方向無(wú)關(guān)。作用在整個(gè)物體面積上的靜水壓力，稱為靜水總壓

2.靜水壓強(qiáng)基本公式：重力作用下靜水壓強(qiáng)基本公式（靜水力學(xué)基本公式）

p=p0+γh

或Z+P/γ=C

其中：z—位置水頭，

p/γ—壓強(qiáng)水頭（z+p/γ）—測(cè)壓管水頭請(qǐng)注意，“水頭”表示單位重量液體含有的能量。2.靜水壓強(qiáng)基本公式：

把一個(gè)圓柱形容器里的垂直水柱作為一個(gè)隔離體，來(lái)分析它受力的平衡條件，如圖l—2所示，在這垂直水柱上作用著以下的力：

(1)水柱自由面上的氣體壓力,垂直向下。

(2)容器底對(duì)水柱底面的作用力，垂直向上。

把一個(gè)圓柱形容器里的垂直水柱作為一個(gè)隔離體，

(3)水柱本身重量，垂直向下。

(4)容器壁對(duì)水柱周圍的側(cè)壓力，方向是水平方向。因?yàn)樗遣粍?dòng)的，所以作用在水柱水平方向上和垂直方向上的合力，應(yīng)均為零。作用在水柱的水平壓力互相抵消，而作用在垂直方向上的力的平衡方程式為：(3)水柱本身重量，垂直向下。

p0ω+γhω-pω=0p=p0+γhP—

靜水中任一點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)；

P0—

自由面上氣體壓強(qiáng)，在大氣中時(shí)為大氣壓強(qiáng)pa；

γ—

水的容重；

h—

垂直水柱在水下的深度；

ω—

面積。p0ω+γhω

它說(shuō)明靜水壓強(qiáng)與水深的關(guān)系。靜水中，壓強(qiáng)隨水深按線性規(guī)律增加，且水中任一點(diǎn)的壓強(qiáng)恒等于自由表面上的壓強(qiáng)與從該點(diǎn)至水自由表面的單位面積上的垂直水柱重量之和。

它說(shuō)明靜水壓強(qiáng)與水深的關(guān)系。靜水中，壓強(qiáng)隨水

絕對(duì)壓強(qiáng)p，相對(duì)壓強(qiáng)p′，真空值pK。

絕對(duì)壓強(qiáng)p：按公式（1—3）計(jì)算所得壓強(qiáng)。相對(duì)壓強(qiáng)p’:以大氣壓強(qiáng)為0點(diǎn)開(kāi)始計(jì)算的壓強(qiáng)。p’=p0+γh-pa

真空值pk：如某點(diǎn)絕對(duì)壓強(qiáng)小于相對(duì)壓強(qiáng)，該點(diǎn)即是真空狀態(tài)，絕對(duì)壓強(qiáng)與大氣壓強(qiáng)的差值即為真空值。它們之間的關(guān)系為：pk=p′-p

相對(duì)壓強(qiáng):p’=γh,可以是正值，也可以是負(fù)值。3．壓強(qiáng)的三種表示方法：絕對(duì)壓強(qiáng)p，相對(duì)壓強(qiáng)p′，真空值pK。3．壓強(qiáng)

a．用單位面積上所受的壓力來(lái)表示，公斤／厘米2或公斤／米2；

b．用液柱高度來(lái)表示，一般采用水柱或汞柱，單位是厘米水柱、米水柱或毫米汞柱；

c．用大氣壓表示，單位是大氣壓；

d．用帕表示，符號(hào)Pa。壓強(qiáng)單位換算關(guān)系為：

1工程大氣壓=1公斤／厘米2=10米水柱=735.6毫米汞柱=9．80665X104Pa=98000N/m24.壓強(qiáng)單位的四種表示方法：a．用單位面積上所受的壓力來(lái)表示，公斤／厘米2或公

靜水壓強(qiáng)分布圖是根據(jù)靜水壓強(qiáng)與水深成正比關(guān)系繪制的，只要用比例線段分別畫(huà)出平面上兩點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)，把它們端點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)，就是靜水壓強(qiáng)分布圖。靜水壓強(qiáng)分布圖是根據(jù)靜水壓強(qiáng)與水深成正比關(guān)

計(jì)算靜水總壓力包括求力的大小、方向和作用點(diǎn)，受壓面可以分為平面和曲面兩類。根據(jù)平面的形狀：對(duì)規(guī)則的矩形平面可采用圖解法，任意形狀的平面都可以用解析法進(jìn)行計(jì)算。

1.1.2靜水總壓力的計(jì)算計(jì)算靜水總壓力包括求力的大小、方向和作用點(diǎn)，1、平面壁靜水總壓力(1)圖解法：大小：P=Ωb,Ω—靜水壓強(qiáng)分布圖面積，

b—受壓平面方向：垂直并指向受壓平面作用線：過(guò)壓強(qiáng)分布圖的形心，作用點(diǎn)位于對(duì)稱軸上。1、平面壁靜水總壓力

（2）解析法：大?。篜=pcA,pc—受壓面形心處壓強(qiáng)，A—平面面積方向：垂直并指向受壓平面作用點(diǎn)D：通常作用點(diǎn)位于對(duì)稱軸上，在平面的幾何中心之下。（2）解析法：

求作用在曲面上的靜水總壓力，是分別求它們的水平分力Px和鉛垂分力Pz，然后再合成總壓力P。

1）水平分力：Px=pcAx=γhcAx

水平分力就是曲面在鉛垂面上投影平面的靜水總壓力，它等于該投影平面形心點(diǎn)的壓強(qiáng)乘以投影面面積。繪制水平分力Px的壓強(qiáng)分布圖，即曲面在鉛垂面上投影平面的靜水壓強(qiáng)分布圖。2.曲面壁靜水總壓力求作用在曲面上的靜水總壓力，是分別求它們的水

2）鉛垂分力：Pz=γV,V---壓力體體積。在求鉛垂分力Pz時(shí),要繪制壓力體剖面圖。壓力體是由自由液面或其延長(zhǎng)面,受壓曲面以及過(guò)曲面邊緣的鉛垂平面這三部分圍成的體積。當(dāng)壓力體與受壓面在曲面的同側(cè)，那么鉛垂分力的方向向下；當(dāng)壓力體與受壓面在曲面的兩側(cè)，則鉛垂分力的方向向上。

3）合力方向：α=arctg(

pz/px)2）鉛垂分力：Pz=γV,V---壓力1.2動(dòng)水力學(xué)

在給水排水工程中，所遇到的絕大部分問(wèn)題是涉及到水的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，例如，水經(jīng)常要用管道和渠道來(lái)輸送；在水處理構(gòu)筑物中，水的凈化也離不開(kāi)在水池中沿著一定方向(垂直、水平，傾斜)的緩慢流動(dòng)或滲流運(yùn)動(dòng)；某些工業(yè)設(shè)備的用水冷卻，要采用水的循環(huán)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)等。因此，動(dòng)水力學(xué)是本專業(yè)學(xué)習(xí)水力學(xué)的重點(diǎn)。1.2動(dòng)水力學(xué)

由前靜水力學(xué)已知，在靜水中某點(diǎn)靜水壓強(qiáng)只與該點(diǎn)水深有關(guān)，或者說(shuō)，只與該點(diǎn)所處空間位置有關(guān)。而動(dòng)水中某點(diǎn)壓強(qiáng)則不同了，它除與該點(diǎn)所在空間位置有關(guān)外，還與水的流動(dòng)有關(guān)，此時(shí)壓強(qiáng)稱為動(dòng)水壓強(qiáng)。動(dòng)水力學(xué)的基本任務(wù)就在于建立動(dòng)水壓強(qiáng)、流速和空間位置之間的變化關(guān)系。由前靜水力學(xué)已知，在靜水中某點(diǎn)靜水壓強(qiáng)只與該點(diǎn)水深有1.2.1動(dòng)水力學(xué)的基本概念

1.流量、流速和過(guò)水?dāng)嗝媪髁浚菏侵竼挝粫r(shí)間內(nèi)，水流所輸送水的體積，用符號(hào)Q表示，單位為米3／秒、升/秒等。它的大小取決于兩個(gè)因素，即水流過(guò)水?dāng)嗝婧土魉佟?/p>

流速：是指單位時(shí)間內(nèi)水流所通過(guò)的距離，用符號(hào)V表示，單位為米／秒、厘米／秒。

1.2.1動(dòng)水力學(xué)的基本概念

1.

過(guò)水?dāng)嗝妫菏侵复怪庇谒鞣较蛏希魉ㄟ^(guò)的斷面。當(dāng)流線為平行直線時(shí)，過(guò)水?dāng)嗝媸且黄矫?。?dāng)流線不平行時(shí)，過(guò)水?dāng)嗝媸且磺妗Ａ骶€的特點(diǎn)：反映液體運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的圖線。流線的性質(zhì)：流線不能相交；流線不能轉(zhuǎn)折。過(guò)水?dāng)嗝妫菏侵复怪庇谒鞣较蛏?，水流所通過(guò)的

流量、流速和過(guò)水?dāng)嗝嬷g的關(guān)系如下：公式稱為流量公式，它說(shuō)明流量等于平均流速和過(guò)水?dāng)嗝娴某朔e。

2、液體的粘度牛頓論述流體的粘滯性：流體的內(nèi)部存在由粘性引起的剪切應(yīng)力，其大小與垂直于流體運(yùn)動(dòng)方向的速度梯度成正比。流量、流速和過(guò)水?dāng)嗝嬷g的關(guān)系如下：

相距為h的上下兩平行平板之間充滿均質(zhì)粘性流體。兩平板的面積均為A，且其值足夠大，所以可以略去平板四周邊界影響。將下板固定不動(dòng)，以力F拖動(dòng)上板使其作平行于下板的勻速直線運(yùn)動(dòng)。相距為h的上下兩平行平板之間充滿均質(zhì)粘性流體

實(shí)驗(yàn)表明：1、由于流體粘滯性，與平板直接接觸的流體質(zhì)點(diǎn)將與平板一起移動(dòng)而無(wú)滑移，與上板接觸的流體質(zhì)點(diǎn)其速度為U，與下板接觸的流體質(zhì)點(diǎn)則速度為0，兩板之間的速度分布為直線分布。2比值F/A與U/h成正比。即其中是流體內(nèi)部的剪切應(yīng)力。μ為比例系數(shù)，稱為動(dòng)力粘滯系數(shù)，簡(jiǎn)稱粘度。單位為N·s/m2=Pa·s。實(shí)驗(yàn)表明：

實(shí)驗(yàn)表明：1、由于流體粘滯性，與平板直接接觸的流體質(zhì)點(diǎn)將與平板一起移動(dòng)而無(wú)滑移，與上板接觸的流體質(zhì)點(diǎn)其速度為U，與下板接觸的流體質(zhì)點(diǎn)則速度為0，兩板之間的速度分布為直線分布。2、比值F/A與U/h成正比。即其中是流體內(nèi)部的剪切應(yīng)力。μ為比例系數(shù)，稱為動(dòng)力粘滯系數(shù)，簡(jiǎn)稱粘度。單位為N·s/m2=Pa·s。實(shí)驗(yàn)表明：

運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)：，單位為m2/s，因?yàn)閱挝恢兄话\(yùn)動(dòng)學(xué)的量（長(zhǎng)度量和時(shí)間量）稱為運(yùn)動(dòng)粘度。

流體的粘度主要與溫度有關(guān)，而與壓力的關(guān)系不大。一般液體的隨溫度的升高而減少，而氣體的則隨溫度的升高而增大，兩者變化趨勢(shì)相反。粘度為零的流體稱為理想流體（實(shí)際并不存在）。遵循牛頓內(nèi)摩擦定律的流體（氣體及絕大多數(shù)純凈液體）稱為牛頓流體。另外的稱為非牛頓流體。運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)：，單位為m2/s，因?yàn)閱挝?/p>

3.水流運(yùn)動(dòng)的分類

(1)按水流運(yùn)動(dòng)要素(流速、壓強(qiáng))與時(shí)間有無(wú)變化關(guān)系分為：

穩(wěn)定流——在流場(chǎng)中任一點(diǎn)的流速和壓強(qiáng)不隨時(shí)間變化，僅與空間位置有關(guān)，這種水流稱為穩(wěn)定流，如水箱中水位不變而向管道中供水的水流。

非穩(wěn)定流——在流場(chǎng)中任一點(diǎn)的流速、壓強(qiáng)不僅與空間位置有關(guān)，而且隨時(shí)間而變化，這種水流稱為非穩(wěn)定流。3.水流運(yùn)動(dòng)的分類(1)按水流運(yùn)動(dòng)要素(流速、

在穩(wěn)定流情況下，由于流速、壓強(qiáng)不隨時(shí)間變化，它的運(yùn)動(dòng)規(guī)律比在非穩(wěn)定流時(shí)要簡(jiǎn)單得多。在工程實(shí)踐中，大部分水流往往又可看作是穩(wěn)定流來(lái)加以研究。

(2)按流速沿流程變化與否，流動(dòng)又可分為：

均勻流——水流運(yùn)動(dòng)中，過(guò)水?dāng)嗝娴拿恳粭l流線上的流速大小和方向沿流程不變，稱為均勻流。其特點(diǎn)是流線為平行的直線。如水流在等直徑的直管段和等水深的溝渠中流動(dòng)等。在穩(wěn)定流情況下，由于流速、壓強(qiáng)不隨時(shí)間變化，

非均勻流——水流過(guò)水?dāng)嗝娴拿恳粭l流線上的流速沿流程是變化的，稱為非均勻流。其特點(diǎn)是流線互不平行。如水流在變徑的管道中或彎道上的流動(dòng)。

漸變流——在水流運(yùn)動(dòng)中可將流線視為平行直線的運(yùn)動(dòng)情況。

急變流——水流運(yùn)動(dòng)中不能將流線視為平行直線的運(yùn)動(dòng)稱為急變流。非均勻流——水流過(guò)水?dāng)嗝娴拿恳粭l流線上的流速沿流程是水流運(yùn)動(dòng)的分類水流運(yùn)動(dòng)的分類4.過(guò)水?dāng)嗝嫔狭魉偌皦簭?qiáng)分布

(1)流速分布：假如用一個(gè)一端開(kāi)口，另一端在側(cè)壁上開(kāi)有小孔的細(xì)玻管，垂直插入穩(wěn)定流動(dòng)河水中，如圖1—10所示，則能發(fā)現(xiàn)，即使對(duì)同一點(diǎn)(如河水中正點(diǎn))，由于小孔的方向不同(分a，b，c三個(gè)方向)，管中的水位高度也不同。當(dāng)小孔正對(duì)著水流方向時(shí)，由于水流的沖擊力，使管中水位高出管外河水面一穩(wěn)定高度A，管中水位最高，且流速愈大A愈高。當(dāng)小孔背著水流時(shí)，管中水位最低，它將低于河水面一穩(wěn)定高度A。當(dāng)小孔垂直于水流方向時(shí)，管中水位則與河水面相平。4.過(guò)水?dāng)嗝嫔狭魉偌皦簭?qiáng)分布(1)第一章--水力學(xué)基礎(chǔ)課件

假設(shè)被測(cè)點(diǎn)A處流速為u，則高度和流速關(guān)系，可用一粗略方法來(lái)加以說(shuō)明。以圖1—10a為例，可以設(shè)想，當(dāng)河水停止流動(dòng)，高差h會(huì)立刻下降，管中一部分水會(huì)從小孔流出，直到水位與管外河水位相平為止。如不計(jì)阻力，處于管中水面上的質(zhì)點(diǎn)的降落，就是一個(gè)自由落體，降落高度h時(shí)從小孔流出的水流速度，則從物理學(xué)中可知：事實(shí)上由于流速u的沖擊作用，水并未從小孔中流出，因此（畢托管工作原理）(1—16）假設(shè)被測(cè)點(diǎn)A處流速為u，則高度和流速關(guān)系，可用一粗略

可以看出，通過(guò)測(cè)量玻璃管的水位與管外河面水位的高差A(yù)，利用公式(1—16)，可以很方便地把小孔處的流速計(jì)算出來(lái)。因此，它又稱為測(cè)速管(或稱畢托管)。在實(shí)際應(yīng)用中，常把管下端彎成900，小孔開(kāi)在正前方，這樣更便于小孔正對(duì)著流速方向。當(dāng)測(cè)定明渠中任一點(diǎn)流速時(shí)，用這樣一根測(cè)速管就可以了。當(dāng)測(cè)定有壓管水流時(shí)，還應(yīng)有一測(cè)壓管配合使用?？梢钥闯?，通過(guò)測(cè)量玻璃管的水位與管外河面水位的高差A(yù)

(2)壓強(qiáng)分布：如果在等直徑管的直段和彎段的過(guò)水?dāng)嗝嫔细髟O(shè)置測(cè)壓管，則可看出在直段上測(cè)壓管雖然開(kāi)口位置不同，但管內(nèi)水位都處在同一水平面上，符合靜水壓強(qiáng)沿水深的分布規(guī)律。而彎管段的兩個(gè)測(cè)壓管水面則不同。上面測(cè)壓管的水位比下面測(cè)壓管的水位高。在有壓管變徑段和明渠轉(zhuǎn)彎處均有這種現(xiàn)象。說(shuō)明壓強(qiáng)沿過(guò)水?dāng)嗝娴姆植家?guī)律，對(duì)有些水流是簡(jiǎn)單的，對(duì)有些水流則極為復(fù)雜。

(2)壓強(qiáng)分布：如果在等直徑管的直段和彎段的過(guò)水?dāng)嗝?.2.2液流連續(xù)方程式

液流連續(xù)方程式它表示水在流經(jīng)各過(guò)水?dāng)嗝鏁r(shí)，過(guò)水?dāng)嗝婷娣e和流速之間的變化關(guān)系，即(1—17)

式中：ω1、v1——為總流中，某過(guò)水?dāng)嗝?的面積和平均流速：

ω2、v2——為總流中，某過(guò)水?dāng)嗝?的面積和平均流速?；蛘哒f(shuō)，在連續(xù)的水流中通過(guò)任意兩個(gè)過(guò)水?dāng)嗝鏁r(shí)，過(guò)水?dāng)嗝娣e與斷面平均流速成反比，（1-18)1.2.2液流連續(xù)方程式液流連續(xù)方程式它1.2.3穩(wěn)定流能量方程式

1.方程形式：從物理學(xué)中知道，運(yùn)動(dòng)物體在某一時(shí)段內(nèi)的動(dòng)能增量等于在該時(shí)段內(nèi)作用于物體上的合外力所作之功，或者說(shuō)，等于在該時(shí)段內(nèi)作用于物體上各外力F與移動(dòng)距離S作功的總和。將這一定律應(yīng)用于水力學(xué)中，分析微小流束段1-2在時(shí)間df內(nèi)的動(dòng)能增量和作用于其上的各外力作功的總和。用它來(lái)找出流速，壓強(qiáng)和過(guò)水?dāng)嗝嫖恢酶叨戎g的變化規(guī)律。

1.2.3穩(wěn)定流能量方程式

1.方程形式第一章--水力學(xué)基礎(chǔ)課件

2.微小流束段1—2上的外力及其所作之功外力共三種：一是重力，即微小流束段本身的重量；二是微小流束段表面受的壓力，三是在流動(dòng)過(guò)程中，由于水的粘滯性所產(chǎn)生的摩擦阻力。

(1)重力所作之功。

(2)表面壓力所作之功。作用在流段側(cè)面上的壓力，其方向與流束段運(yùn)動(dòng)方向垂直，所以其功為零。只有作用在1—2兩端的壓2.微小流束段1—2上的外力及其所作之功

式中為單位重量水在由1—2流至1’—2’，路程中的平均能量損失，具有長(zhǎng)度單位。

（1—21）微小流束能量方程式：力方向做功。

(3)內(nèi)摩擦阻力所作之功。式中為單位重量水在由1—2流至1’—2

3.總流能量方程式（1—23）

液體中某一點(diǎn)的幾何高度z代表單位重量液體的位能；代表單位重量液體的壓能；在運(yùn)動(dòng)的液體中還存在動(dòng)能，若某一質(zhì)量為m的液體質(zhì)點(diǎn)，流速為u，其動(dòng)能為，該質(zhì)點(diǎn)內(nèi)單位重量的液體的動(dòng)能為，由于用斷面平均流速計(jì)算總動(dòng)能代替斷面實(shí)際總動(dòng)能，引進(jìn)修正系數(shù)，(一般等于1.05~1.10計(jì)算中取1.0）。3.總流能量方程式（1—23）液體中某一

考慮到實(shí)際液體存在粘滯性，在流動(dòng)過(guò)程中，要消耗一部分能量用于克服內(nèi)摩擦力而作功，液體的機(jī)械能要沿流程而減少，對(duì)機(jī)械能來(lái)說(shuō)存在著能量損失，穩(wěn)定流能量方程式，是動(dòng)水力學(xué)中最重要公式之一。

4.能量方程的意義：

(1)從能量意義上來(lái)理解：

1)z為單位重量水具有的位能，具有長(zhǎng)度單位；

2)為單位重量水具有的壓能，具有長(zhǎng)度單位；

3)為單位重量水所具有的平均動(dòng)能，具有長(zhǎng)度單位；考慮到實(shí)際液體存在粘滯性，在流動(dòng)過(guò)程中，要消耗一部

4)為單位重量水，流經(jīng)兩過(guò)水?dāng)嗝嬷g的路程中的平均能量損失，具有長(zhǎng)度單位；

5)為單位重量水所具有的總機(jī)械能，具有長(zhǎng)度的單位。能量方程式反映了水在流動(dòng)過(guò)程中，各種機(jī)械能的互相轉(zhuǎn)化和守恒的關(guān)系，它是機(jī)械能守恒定律在水力學(xué)中的具體應(yīng)用。4)為單位重量水，流經(jīng)兩過(guò)水?dāng)嗝嬷g

(2)從水力學(xué)意義上來(lái)理解：

1)z為過(guò)水?dāng)嗝嫔先我稽c(diǎn)在基準(zhǔn)面上的位置高度，稱為位置水頭，

2)為測(cè)壓管水頭高度，稱為壓力水頭，

3)為該過(guò)水?dāng)嗝娴钠骄魉偎^；

4)為該過(guò)水?dāng)嗝嫔先我稽c(diǎn)的總水頭。

(3)從幾何高度的意義上來(lái)理解：

(3)從幾何高度的意義上來(lái)理解：

為1-1斷面總水頭，為2-2斷面總水頭，為兩個(gè)過(guò)水?dāng)嗝骈g的水頭損失。水流的各過(guò)水?dāng)嗝婢勺鞒鲱愃茍D形來(lái)。當(dāng)水流為理想液體，則沿程無(wú)能量損失，故可繪出理想液體總水頭線，將各過(guò)水?dāng)嗝娴臏y(cè)壓管水面聯(lián)成一條線，這條線稱為測(cè)壓管水頭線，如圖1-15中線3所示。

為1-1斷面總水頭，

（1）能量方程應(yīng)用條件：恒定流，只有重力作用，不可壓縮；漸變流斷面，無(wú)流量和能量的出入。（2）能量方程應(yīng)用注意事項(xiàng):

選擇統(tǒng)一基準(zhǔn)面，便于計(jì)算選典型點(diǎn)，計(jì)算測(cè)壓管水頭:

選計(jì)算斷面，使未知量盡可能少（壓強(qiáng)計(jì)算采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)）5.應(yīng)用能量方程注意點(diǎn)：（1）能量方程應(yīng)用條件：5.應(yīng)用能量方程注意點(diǎn)：

（3）能量方程的應(yīng)用：它經(jīng)常與連續(xù)方程聯(lián)解求：斷面平均流速，管道壓強(qiáng)，作用水頭等。文丘里流量計(jì)是利用能量方程確定管道流量的儀器。畢托管則是利用能量方程確定明渠（水槽）流速的儀器。當(dāng)我們需要求解水流與固體邊界之間的作用力時(shí)，必須要用到動(dòng)量方程。（3）能量方程的應(yīng)用：

例題：在水塔引出的水管末端連接一個(gè)消防噴水槍，將水槍置于和水塔液面高差H為10m的地方，若水管及噴水槍系統(tǒng)的水頭損失為3m，試問(wèn)噴水槍所噴出的液體最高能達(dá)到的高度h為多少？（不計(jì)在空氣中的能量損失）

例題：在水塔引出的水管末端連接一個(gè)消防噴水槍，將水槍解：液體從水塔流至噴水槍再噴至最高點(diǎn)2，取水塔液面作為一個(gè)過(guò)水?dāng)嗝?，該斷面流速很小，可視；另取水槍噴至最高位置末端為一過(guò)水?dāng)嗝?，到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)水質(zhì)點(diǎn)流速也為0。以噴水槍出口水平面為基準(zhǔn)面，寫(xiě)出上述兩斷面上點(diǎn)1和點(diǎn)2的能量方程。解：液體從水塔流至噴水槍再噴至最高點(diǎn)2，取水塔液面作為一個(gè)過(guò)第一章--水力學(xué)基礎(chǔ)課件

因1、2點(diǎn)均為大氣壓強(qiáng)，同時(shí)；代入上式得：10+0+0=h+0+0+3

故:h=7m因1、2點(diǎn)均為大氣壓強(qiáng)，同時(shí)

1.3水流阻力和水頭損失

水頭損失：?jiǎn)挝恢亓康囊后w從一個(gè)斷面流至另一斷面所損失的機(jī)械能。

沿程水頭損失：在固體邊界平直的水道中，水頭損失是沿程都有，并隨沿程長(zhǎng)度增加而增加的。

局部水頭損失：當(dāng)液體沿縱向邊界流動(dòng)時(shí)，只要局部地區(qū)邊界的形狀或大小改變（如管道或河渠中的斷面突然擴(kuò)大或縮小或流向有急劇變化），或者局部1.3水流阻力和水頭損失

水頭損失：?jiǎn)挝挥姓系K（如管道中的閥門等），液流內(nèi)部結(jié)構(gòu)就要急劇調(diào)整，流速分布進(jìn)行改組，流線發(fā)生彎曲，這些局部地區(qū)都有局部水頭損失。形成液體水頭損失的主要原因是液體粘滯性和邊界所產(chǎn)生的摩擦阻力。而摩擦阻力的大小又與接觸面積以及水流斷面幾何條件有關(guān)。有障礙（如管道中的閥門等），液流內(nèi)部結(jié)構(gòu)就要急劇調(diào)整，流速分

1.3.1水流斷面的水力要素水流斷面的幾何條件包括：

1.水流斷面面積是一個(gè)重要的水力要素；

2.濕周，它是過(guò)水?dāng)嗝婧凸艿?、渠道壁面等接觸的部分，用符號(hào)表示，其值反映出液體和固體接觸面積的大小。1.3.1水流斷面的水力要素

3、水力半徑，用R表示，是過(guò)水?dāng)嗝媾c濕周之比。對(duì)于圓形滿流的水力半徑：式中：d——圓管直徑。

1.3.2液體的兩種流態(tài)和判別

1.液體的兩種流態(tài)：層流和紊流。當(dāng)水流呈層流時(shí)，流線上各質(zhì)點(diǎn)3、水力半徑，用R表示，是過(guò)水?dāng)嗝媾c濕周之比。互不干擾，互不混合，有條不紊地流動(dòng)。當(dāng)水流呈紊流時(shí)，水流中各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，雜亂無(wú)章，互相混摻、動(dòng)蕩和碰撞，它的瞬時(shí)流速在方向上、大小上都經(jīng)常變化。兩種不同流態(tài)下的水頭損失規(guī)律是不相同的，可由雷諾試驗(yàn)所求得層流與紊流的水頭損失和流速關(guān)系表示?；ゲ桓蓴_，互不混合，有條不紊地流動(dòng)。當(dāng)水流呈紊流時(shí)，水流中各層流，V〈V下，A-B直線;紊流，V〉V上，D-E曲線;V下〈V〈V上，水流狀態(tài)不穩(wěn)定，可能是層流也可能是紊流，取決于液流的原來(lái)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。水頭損失流速層流紊流雷諾試驗(yàn)層流與紊流水頭損失和流速關(guān)系層流，V〈V下，A-B直線;水頭損失流速層流紊流雷諾試驗(yàn)層雷諾試驗(yàn):雷諾試驗(yàn):

雷諾實(shí)驗(yàn)：將容器裝滿液體，使液面保持穩(wěn)定，使水流為恒定流。實(shí)驗(yàn)時(shí)將閥門1徐徐開(kāi)啟，液體自玻璃管中流出，然后將顏色液體的閥門2打開(kāi)，就可以看到玻璃管中有一條細(xì)直而鮮明的帶色流束，這一流束并不與未帶色的流體混雜；再將閥門1逐漸開(kāi)大，玻璃管中流束逐漸增大，就可以看到帶色的流束開(kāi)始顫動(dòng)并彎曲，具有波形輪廓。然后在其個(gè)別流段雷諾實(shí)驗(yàn)：將容器裝滿液體，使液面保持穩(wěn)定，使水流為恒上開(kāi)始出現(xiàn)破裂，因而失掉了帶色流束的清晰形狀。最后在流速達(dá)到某一定值時(shí)，帶色流束完全破裂，并且很快擴(kuò)散成布滿全管的旋渦、使全部水流著色，說(shuō)明此時(shí)流體質(zhì)點(diǎn)已經(jīng)互相混摻。層流——液體質(zhì)點(diǎn)互相不混摻的層狀流動(dòng)。

hf∝V1.0

上開(kāi)始出現(xiàn)破裂，因而失掉了帶色流束的清晰形狀。最后在流速達(dá)到紊流——存在渦體質(zhì)點(diǎn)互相混摻的流動(dòng)。

hf∝V1.75-2

當(dāng)流速比較小的時(shí)候，各流層的液體質(zhì)點(diǎn)互相不混摻，定義為層流。當(dāng)流速比較大的時(shí)候，各流層內(nèi)存在渦體，并且流層間的質(zhì)點(diǎn)互相混摻，定義為紊流。那么液體的流態(tài)怎樣進(jìn)行判別呢？紊流——存在渦體質(zhì)點(diǎn)互相混摻的流動(dòng)。2.流態(tài)的判別：

雷諾數(shù)：Re（雷諾試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，臨界流速與液體的密度，動(dòng)力粘滯系數(shù)及管徑有密切關(guān)系，并提出液流形態(tài)可以用下列無(wú)量綱系數(shù)來(lái)判斷）：

明槽：

；Rek=500圓管：

；Rek=2000

運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)：，單位為m2/s，因?yàn)閱挝恢兄话\(yùn)動(dòng)學(xué)的量（長(zhǎng)度量和時(shí)間量）稱為運(yùn)動(dòng)粘度。2.流態(tài)的判別：雷諾數(shù)：Re（雷諾試驗(yàn)結(jié)果Re＜Rek

層流；Re＞Rek

紊流。通常對(duì)于圓管有壓水流，如果Re<2300時(shí)，水流處于層流狀態(tài)；當(dāng)Re>2300時(shí)，水流處于紊流狀態(tài)。對(duì)于明渠，通常以水力半徑只代替中的d值，于是，當(dāng)明渠流雷諾數(shù)：Re<500時(shí)，為層流狀態(tài)，Re>500時(shí)，為紊流狀態(tài)。流態(tài)的判別的條件：流態(tài)的判別的條件：1.3.3水頭損失的計(jì)算方法1.總水頭損失：

hw=∑hf+∑hj2.沿程水頭損失：