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1、第一章 水力学基本知识, 1-1 水的主要物理性质 一、密度和容重二、水的粘滞性三、水的压缩性和热胀性 1-2 静水力学基本知识 一、静水压强及其特征二、静水压强基本方程式 三、压强的表示方法 四、压强单位表示法 1-3 动水力学基本知识一、水流运动的几个基本概念二、水流阻力和水头损失, 1-1水的主要物理性质,一、密度和容重 1. 水的密度：单位体积的水的质量，以符号表示。 = M/ V （/m3） （1-1） 式中 M水的质量，； V水的体积，m3。 2. 水的容重：单位体积的水的重量，以符号表示。 = G / V （N/m3）、（f/ m3）（1-2） 式中 G水的重量，N； V水的体积
2、，m3。 3. 二者关系： = g （1-3） 式中 g重力加速度，g =9.807m/s2。水在一个标准大气压和4时，=1000/m3；=9.807kN/m31000f/ m3。,二、水的粘滞性产生摩擦阻力的原因 由于水在流动时具有粘滞性，使水流与管壁之间及水流与水流之间产生摩擦阻力。产生阻力，能量（压力）就会有损失。, 1-1水的主要物理性质,图1.1 实际流体在管内的速度分布, 1-1水的主要物理性质,三、水的压缩性和热胀性 水随着压强增大体积缩小的性质，称为水的压缩性。 水随着温度升高体积膨胀的性质，称为水的热胀性。 1 水从1个大气压增加到100个大气压，每增加1个大气压，水的密度增
3、加1/20000。 2 水温在1020范围内时，温度每增加1，水的密度减小1.5/10000；水温在90100范围内时，温度每增加1，水的密度减小也只为7/10000。 注意：在热水循环系统中，应考虑水的这一性质。一句话总结：,可忽略不计, 1-1水的主要物理性质,（很小）,（很小）,水是一种具有质量和重量的、易于流动的、具有粘滞性的和不可压缩的流体。,一、 静水压强及其特征 处于相对静止状态下的流体，由于本身的重力或其他外力的作用，在流体内部及流体与容器壁面之间存在着垂直于接触面的作用力，这种作用力称为静压力。（一）静水压强：单位面积上水所受到的压力，以p表示。p= P/ （N/m2） （1
4、-4）式中 P水所受到的压力，N； 作用面积，m2。（二）特征 1 静水压强的方向垂直于作用面，并指向作用面。 2 水在任何一点所受到的压强大小相等，方向相反。, 1-2 静水力学基本知识,二、静水压强基本方程式1. 两个概念：自由表面和表面压强。自由表面：液体和它上面的气体的交界面叫自由表面。表面压强：作用在液体表面上的压强称为表面压强，一般用P0表示，若表面为大气,压强则用Pa表示。 Pa=1.013105Pa（1个标准大气压）; 工程上为计算方便，取Pa=9.81104Pa（1个工程大气压）。 2. 基本方程式p= P0+ h （kN/m2或kPa） （1-5）式中 P0表面压强（给排水
5、中常为水箱（池）等开口容器，也就是大气压强Pa），kN/m2或kPa； 水的容重，kN/m3； h所研究的点在自由表面下的垂直深度，m。 水越深，水所受到的压强越大。,三、压强的表示方法压强的两种计算基准1、绝对压强：以绝对真空状态下的压强（绝对零压强）为基准计量的压强。2、相对压强：是指以当时当地大气压为起点计算的压强，也称表压。两者的关系为：P绝对= Pa +P相对= Pa+ h,相对压强的两种状态：,（1）“正压”状态 当P绝对Pa 时， P相对= P绝对-Pa = h（正值，谓之正压）（2）“负压” 真空度 当P绝对Pa 时， P相对= P绝对-Pa = h（负值，谓之负压，也称真空）
6、 真空度：某点的绝对压强不足于大气压强的部分，用P真空表示： P真空= Pa P绝对=- P真空=- h,图1.2 绝对压强、表压与真空度的关系,四、压强单位表示法1.用单位面积所受的压力表示：其中，N/m2又称为Pa（帕斯卡），2. 用工程大气压表示1个工程大气压=1 kgf/2 3. 用液柱高度表示“水柱高度”,N/m2（国际）；,kgf/2（工程常用）。,kPa(103Pa），,MPa（106Pa）。,=9.81104 Pa,105Pa,“水头”,1个工程大气压= kgf/2= kPa= Mpa= mH2O,1,100,0.1,10, 1-3 动水力学基本知识,一、 水流运动的几个基本概
7、念（一）压力流与无压流1. 压力流2. 无压流（二） 恒定流与非恒定流1. 恒定流Q进=Q出，H为恒值，水中任何一点的压强、流速不随时间变化而变化。2. 非恒定流Q进Q出，由H1变为H2，水中任何一点的压强、流速随时间变化而变化。自然界中一般都是非恒定流，工程中取为恒定流，以方便研究。,水流在压差作用下流动，水流在管中呈满流状态，没有自由表面，给水管道是有压流动。,水流在重力作用下流动，水流在管中呈非满流状态，有自由表面，天然河流、明渠流、排水管道是无压流动。,（管渠均需有一定的坡度才能流动）,（屋顶水箱、地下水池等）,（三）过水断面、流速、流量1. 过水断面在垂直于水流的流动方向上，水流所通
8、过的断面积，符号：或A；单位：或2。2. 流速单位时间内，水流所流过的距离，符号：；单位：m/s。3. 流量单位时间内，通过过水断面的水流体积，符号：Q或q；单位：m3/s或L/ s。 三者关系：Q= 从式中可知，当（即管径）一定时，Q与成正比；当Q一定时，与成反比，即Q一定时，管径越大，管中流速则越小，反之亦然。,二、水流阻力和水头损失 （一）水流阻力 水的粘滞性产生的水流阻力分为： 沿程阻力 局部阻力 管道配件：三通、四通、弯头、阀门、大小头等 （二）水头损失 1 沿程水头损失hf 2 局部水头损失hj,水流沿管道长度方向所不受到的摩擦阻力。,水在流动时碰到一些管道配件出现的阻力。,（ 给
9、排水中用“水柱高度”表示压强单位，常用“水头”表示，故“压力损失”称为“水头损失” 。）,克服管道沿程阻力所引起的水头损失。,克服弯头、三通、大小头、阀门等配件所引起的水头损失。,（三）水头损失的计算公式 1. 沿程水头损失计算公式 式中 ：管壁粗糙系数，与管壁光滑程度有关，管壁光滑小，管壁粗糙大； L管到长度，m； d管径，； v流速，m/s； g重力加速度，m/s2。 从式中可以看出：hf与、L、v成正比，即管道越粗糙、越长、流速越大，则hf越大；hf与d成反比，即管径越小，hf越大，反之亦然。,工程中为简化计算 式中，i单位长度管段的水头损失（/ m），有表可查。 2局部水头损失计算公式 式中，局部水头损失系数，与配件形式有关，如90弯头=1.2；阀门=0.8。工程上，一般可估算hj：室外城市管网：hj=5%hf, h=1.05hf；室内给水管网： hj=（2030）%hf, h=（1.21.3）hf ； 总水头损失为沿程水头损失与局部水头损失之和，即 h= hf + hj注：工程上，屋顶水箱一般不能直接搁在屋面板上，而要高出屋面一定的高度，否则不能满足最高层水龙头出水压力的要求。,
