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1、1水力学复习指南水力学复习指南 水力学是水利水电工程专业重要的技术基础课程。通过本课程的学习，要求大家掌 握水流运动的基本概念、基本理论和分析方法， ；能够分析水利工程中一般的水流现象； 学会常见的工程水力计算。 这是一个回顾性总结，使同学们在复习水力学时，了解重点和难点，同时全面系统的复习总结课程内容，达到考核要求。第一章：第一章： 绪论绪论 *（一）液体的主要物理性质 1惯性与重力特性：掌握水的密度 和容重 ； 2粘滞性：液体的粘滞性是液体在流动中产生能量损失的根本原因.描述液体内部的粘滞力规律的是牛顿内摩擦定律 : 注意牛顿内摩擦定律适用范围：1)牛顿流体， 2)层流运动3可压缩性。 在
2、研究水击时需要考虑 4表面张力特性。 进行模型试验时需要考虑 * 下面我们介绍水力学的两个基本假设： *(二)连续介质和理想液体假设 1 连续介质：液体是由液体质点组成的连续体,可以用连续函数描述液体运动的物 理量.2理想液体：忽略粘滞性的液体 * （三）作用在液体上的两类作用力 第二章水静力学第二章水静力学 水静力学包括静水压强和静水总压力两部分内容。通过静水压强和静水总压力的计 算，我们可以求作用在建筑物上的静水荷载。* ( (一一) )静水压强：静水压强： 主要掌握静水压强特性,等压面,水头的概念，以及静水压强的计算和不同表示方法.1静水压强的两个特性：（1）静水压强的方向垂直且指向受压
3、面（2）静水压强的大小仅与该点坐标有关，与受压面方向无关，2.等压面与连通器原理：在只受重力作用,连通的同种液体内, 等压面是水平面.(它是静水压强计算和测量的依据）3重力作用下静水压强基本公式（水静力学基本公式） p=p0+h 或 *cpzdydu2其中 z位置水头，p/压强水头（z+p/）测压管水头 *请注意， “水头”表示单位重量液体含有的能量。 * 4压强的三种表示方法：绝对压强 p，相对压强 p， 真空度 pk, 它们之间的关系为：p= p-pa pk=p（当 p0 时 pv存在） *相对压强:p=h,可以是正值，也可以是负值。要求掌握绝对压强、相对压强和真空度三者的概念和它们之间的
4、转换关系。 *1pa(工程大气压)=98000N/m2=98KN/m2*下面我们讨论静水总压力的计算。计算静水总压力包括求力的大小、方向和作用点， 受压面可以分为平面和曲面两类。根据平面的形状：对规则的矩形平面可采用图解法， 任意形状的平面都可以用解析法进行计算。 * ( (二二) )静水总压力的计算静水总压力的计算 1)平面壁静水总压力（1） 图解法：大小：P=b, -静水压强分布图面积（2） 方向：垂直并指向受压平面作用线：过压强分布图的形心，作用点位于对称轴上。 * 静水压强分布图是根据静水压强与水深成正比关系绘制的，只要用比例线段分别画 出平面上俩点的静水压强，把它们端点联系起来，就是
5、静水压强分布图。 *（2）解析法：大小：P=pcA, pc形心处压强方向：垂直并指向受压平面作用点 D：通常作用点位于对称轴上，在平面的几何中心之下。 * 求作用在曲面上的静水总压力 P，是分别求它们的水平分力 Px和铅垂分力 Pz，然后 再合成总压力 P。 * (2)曲面壁静水总压力（1）水平分力：Px=pcAx=hcAx水平分力就是曲面在铅垂面上投影平面的静水总压力，它等于该投影平面形心点的 压强乘以投影面面积。要求能够绘制水平分力 Px的压强分布图，即曲面在铅垂面上投影 平面的静水压强分布图。（2）铅垂分力：Pz=V ,V-压力体体积.3在求铅垂分力 Pz时,要绘制压力体剖面图。压力体是
6、由自由液面或其延长面,受压曲面以及过曲面边缘的铅垂平面这三部分围成的体积。当压力体与受压面在曲面的同侧，那么铅垂分力的方向向下；当压力体与受压面在曲面的两侧，则铅垂分力的方向向上.（3）合力方向：=arctg *第三章第三章 液体运动基本概念和基本方程液体运动基本概念和基本方程 *这一章主要掌握液体运动的基本概念和基本方程，并且应用这些基本方程解决实际工程问题。下面我们首先介绍有关液体运动的基本概念： * （一）液体运动的基本概念（一）液体运动的基本概念 1. 流线的特点:反映液体运动趋势的图线 流线的性质:流线不能相交；流线不能转折 2 .流动的分类 非恒定流 均匀流:过水断面上恒定流 非均
7、匀流 渐变流急变流在均匀流和渐变流过水断面上，压强分布满足： * * 另外断面平均流速和流量的概念要搞清.* *（二）液体运动基本方程（二）液体运动基本方程 1.恒定总流连续方程 v 1A1= v 2A2 , Q=vA *利用连续方程，已知流量可以求断面平均流速，或者通过两断面间的几何关系求断面 平均流速。 *2.恒定总流能量方程 J= 水力坡度 ，表示单位长度流程上的水头损失。 *能量方程是应用最广泛的方程，能量方程中的最后一项 hw是单位重量液体从 1 断面流到 2 断面的平均水头损失，在第四章专门讨论它的变化规律和计算方法， *（1）能量方程应用条件：xz PP2112 AA vvwhg
8、vpzgvpz222 222 22 111 1 lhw液流cpz4恒定流，只有重力作用，不可压缩 渐变流断面，无流量和能量的出入 * （2）能量方程应用注意事项:三选：选择统一基准面便于计算 选典型点计算测压管水头 : 选计算断面使未知量尽可能少（ 压强计算采用统一标准） （2）能量方程的应用： 它经常与连续方程联解求 ：断面平均流速，管道压强，作用水头等。 文丘里流量计是利用能量方程确定管道流量的仪器。毕托管则是利用能量方程确定明渠（水槽）流速的仪器。 * 1 小孔口恒定出流：自由出流 流量系数，=0.600.62 * * 2、管嘴恒定出流流量公式：管嘴流量系数=0.82 工作条件：l=（3
9、4）d *管嘴与孔口相比，收缩断面 CC 处存在负压，所以同样条件下，管嘴的流量系数 大，表明其过流能力大。 *当我们需要求解水流与固体边界之间的作用力时，必须要用到动量方程， *3.恒定总流动量方程 Fx=Q（2 v 2x-1 v 1x）投影形式 Fy=Q（2 v 2y -1 v 1y） Fz=Q（2 v 2z -1 v 1z）动量修正系数，一般取 =1.0 *式中：Fx、Fy、Fz是作用在控制体上所有外力沿各坐标轴分量的合力， V1i,V2i是进口和出口断面上平均流速在各坐标轴上投影的分量。动量方程的应用条件与 能量方程相似，恒定流和计算断面应位于渐变流段。应用动量方程特别要注意下面几个
10、问题： * (2)动量方程应用注意事项：vvv122QFpz gHAQ2gHAQ2 HCCHCL=(34)d C5a)动量方程是矢量方程，要建立坐标系。 （所建坐标系应使投影分量越多等于 0 为好，这样可以简化计算过程。 ）b)流速和力矢量的投影带正负号。 （当投影分量与坐标方向一致为正，反之为负）c)流出动量减去流入动量。d)正确分析作用在水体上的力，一般有重力、压力和边界作用力(作用在水体上的力通常有重力、压力和边界作用力)e)未知力的方向可以任意假设。 （计算结果为正表示假设正确，否则假设方向与实际相反） *通常动量方程需要与能量方程和连续方程联合求解。下面我们举例说明液体动量方程的应用： *例例 3 水平床面河道上设一弧形闸门，闸前渐变流断面 1 的水深为 H，闸下收缩断面 2 的水深 hc，闸门段水头损失为 1 断面流速水头的 1.2 倍， ，求水流对弧形闸门的作用力 F？ * 解：根据题意，求水流对边界的作用力，显然要应用动量方程求解，由于流速流量未知，首先要利用连续方程和能量方程把动量方程中的所需的流速 v、流量 Q 计算出来。 ） *解：解：（1）连续方程
