水力学重点

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1、向的变化率与该方向 单位体积上的质量力相1、流体的连续介质模型2、描述流体宏观属性的物理量在空间上是 连续的，所以我们可以把流体本身就看成是一 种在空 间上连续的介质。3、牛顿内摩擦定律：两平板间的流动是平行 流动的；固定平板附近的流体处于静止状态；运动平板附近的流体随平板运动； 流体的水平流速在 y 方向上是呈线性分布的；4、黏性： 流体在运动状态下抵抗剪切变形 速率能力的性质，称为粘滞性，简称黏 性， 黏性是流体的固有属性，是运动流体产生机械 能损失的根源。5、作用在流体上的力，表面力：压力、表面 张力、摩阻力质量力：重力、惯性力、离心力6、静止流体的压强 （1）定义：静止的流体，只 存在

2、压应力压强，压强的大小与作用面的 方位无关，是空间坐标的连续函数，P=P（x,y,z）7、流体静压强的特性：1、垂直性平衡流体 总的静压强总是垂直于作用面，并沿作用面的 内法线方向； 2、等值性平衡流体中任一点的 静压强大小与其作用面的方向无关，即作用于 同一点的流体静压强各向相等。8、流体平衡的微分方程 p壮-丄食尸4严1物理意义：静止液体中，流体静压强沿某一方8、等压面（1）定义：压强相等的点所构成的平面或 曲面， dp =0（2）特性：a-等压面就是等势面；b-等压面与质量力正交； c-等压面不能相交；（3）等压面为水平面的条件： 同种液体；静止或平衡；连续介质（ 4）常见的等压面两种互

3、不想混的液体，处于平衡状态时的 分界面；液体与气体的交界面9、流体静力学基本方程（压强形式） P=P0+RH 物理意义：静止流体中任一点的压强由两部分 组成：PO由边界条件形成的自由表面压强；RH以单位面积为底，以水深h为高的流体重量，即由液柱重 量所产生的压强； 流体静力学基本方程（能量形式）N + 2二C R重度y9、静止流体中，各点的测压管水头相等，测压管水 头线 是水平线，即各单位重量流体所具有的 总势能相等。10、绝对压强：以设想没有大气分子存在的绝 对真空为基准计量的压强，称之为绝对压 强， 用p表示。11、相对压强：以当地大气压强 pa 为基准计 量 的压强，称之为相对压强，用

4、p 表示。12、真空度：指某点的绝对压强小于当地大气 压强的数值；13、物理学的真空：绝对没有大气存在的状态； 流体力学的真空：相对压强为负值的状态，故 真空也称为负压 注意： 只有真空存在时， 才有真空值，真空值恒为正； 真空与相对压 强 p 之间的关系 pv=|p|14、压力体：只是作为计算曲面上垂直压力的 一个数值当量，它不一定是由实际液体所组成。15、作用在任意平面上的静水压力 P 的大小 等于受压面面积与其形 心点所受压强的乘积， 即形心点的压强，代表整个受压面上的静水平 均压强。16、拉格朗日法：研究每一质点的运动参数 （坐标、速度、加速度、压强）随时间的变 化规律，综合所有流体质

5、点运动参数的变化 便得到整个流场流体的运动规律。着眼点是 流体质点，研究波动问题时多用此法。17、欧拉法：即研究液体质点通过空间固定 点的运动参数随时间的变化规律。综合流场18、中所有点的运动参数的变化情况，就得到 整个流场中流体的变化规律。欧拉法是描述流 体运动常用的一种方法。19、时变加速度（当地加速度）：由非恒定性 所造成的。位变加速度（迁移加速度）：因位 置变化而形成的加速度。全加速度：时变加速 度+位变加速度。20、恒定流：流场中流体的运动参数不随时 间而变的流动。21、非恒定流：流场中流体的运动参数 随时间而变。22、迹线：流场中某一流体质点在一段时间 内运动的轨迹线。23、流线：

6、是某一瞬时在流场中绘出的一条 曲线，该曲线上所有各点的流速矢量均与该曲 线相切。10、流管：在流场中作一条本身不是流线又不相交的封闭曲线，通过这样的封闭曲线上各点 的流线所构成的管状表面称为流管。11、元流：充满于流管中的运动液体。（即管 内液体的总体）。断面无限小的元流称之为微 小元流。12、总流：无数微小元流的总和称为总流13、过流断面：与元流或总流各流线相垂直的 横断面（也称有效断面）。1）元流过流断面面积无限小，可认为各 点的运动要素相同，总流则不然；2）若流线相互平行，则过流断面为平面， 否则为曲面；25、流量：单位时间内流过过流断面的流体量。 体积流量、质量流量26、断面平均流速：

7、假想均匀分布在过流断面 上的流速 v。27、渐变流：虽然流线不是相互平行的直线， 但接近于平行直线时称为渐变流； 渐变流特性基本与均匀流相同。28、急变流：水流的流线之间夹角很大或者流 线的曲率半径很小，称为急变流。29、若流线上各质点的位变加速度为 0，这种 流动称为均匀流，反之则为非均匀流。 均匀流的特性：1）流线为相互平行的直线，过 水断面为平面，且形状、大小 沿流程不变；2）同一流线上不同点的流速应 相等，从而各过水断面上的 流速分布相同，断面平均流速相等。30、理想流体恒定元流能量方程 1）理想流体、2）元流、3）恒定流、4）质量 力只有重力、5）不可压缩流1、应用条件： 液体流动为

8、恒定流； 液体为不可压缩液体； 质量力仅为重力； 过水断面必须是在均匀流或渐变流区段上， 两过水端面之间可以是急变流。2、截面的选取： 选在已知量多的截面处； 其中一个面含有所求量； 截面 必须与流动方向垂直（过水断面）； 基准 面必须是水平面，可以与计算截面相重合 第五章1、水头损失的成因：1、流体具有粘滞性决定作用（内因）；2、 固体边壁的影响，使流体产生相对运动或产生 漩涡外因。2、沿程水头损失 hf:在固体边界平直的水道中，单位重量的流体从一断面流至另一断 面所损失的机械能称之为两断面间的水头损 失，这种水头损失是沿程都有的，并随着流 程 长度的增加而增加，所以叫做沿程水头损失 hf3

9、、局部水头损失 hj: 在固体边界的情况（形 状、大小）急剧变化，流速的大小或方向显著 改变，并往往伴随着产生一定的漩涡区，这种 发生在局部地段的水头损失称为局部水 头损 失 hj4、同一流体在同一管道中流动，当流速不同 时，有两种不同的运动形态：层流和紊流 层 流：呈线状的，有条不紊地流动，流体质点互 不混杂； 紊流：当流速较大时,各流层流体1流；对于圆管:质点形成涡体，在流动过程中相互混掺5、雷诺数6、当采用水力半径作为特征长度来判断流态时，临界雷诺数应为575q = yRJ切二r *均匀流基本方程30、管道的类型管与短管；简单管路和复杂管路；长第六章孔口直径 d作用水头H：孔口中心以上的

10、水头小孔口： d/H ,可认为孔口断面上各点的水头都 相等31、小孔口的淹没 出流与自由出流公式相同，不同之处是水头H0是上下游水位差。短管水力计算公式0 = 0両32、各种形状的水力最优断面：（1）梯形渠道水力最优断面的水力半径等于水深的一半，与边坡系数m无关；（2）矩形渠道水力最优断面的底宽慰水深 h 的两倍。33、明渠水流的三种流态及判别 1、缓流、临界流、急流；缓坡渠道：ihk,vO ik；则h0vk,渠中水流为 急流； 说明：在明渠均匀流时,可直接用渠 道底坡类型来判断水流的流态,但注意 这种判别只适用于均匀流的情况 明渠均匀流的形成条件：3、明渠均匀流的基本公式：4、明渠的水力最优

11、断面：1）水流应为恒定流；（2）流量沿程不变,无支流的汇入或分出；（3）渠道必须是长而直的棱柱形顺坡渠边4）粗糙率 n 沿程不变；（5）渠道中无建筑物的局部干扰,如闸、 坝等。5、弗劳德数：FK1,de0 :,hohk,缓流；dhde0 ,F尸1,dhho也，临界流;de0Frl,dh，h（）hk，急流;6、 以断面最低点所在的水平面为基准面计 算的单位重量流体所具有的机械能。Q 二 J udA 二0max-2兀 rdrr3答案1、水力最优断面：当渠道的底坡、粗糙系数 一定的时候，从经济的观点来说，总是希望所 选定的横断面形状在通过已知流量时面积最 小，或者是过水面积一定时通过的流量最大。 符

12、合这种条件的断面，其工程量最小，过水能 力最强，称为水力最优断面。2. 恒定流： 流场中流体的运动要素不随时间 而变的流动。3. 真空值： 绝对压强总是正值，而相对压强 可正可负，当液体中某点的绝对压强小于当地 大气压强，即其相对压强为负值，则称该点存 在真空。真空的大小以真空值表示。4. 测压管水头： 在水力学上，把任一点的相 对压强高度与该点在基准面以上的位置之和 称为测压管水头。5. 水头损失： 实际液体由于具有粘性，在流 动时产生摩擦阻力，这种摩擦阻力使液体的部 分机械能不可逆的转化为热能而散失到周围 空间，在水力学中称为“能量损失”，或者说 是单位重量液体克服水流阻力所消耗的液体 机

13、械能，也称“水头损失”(定义)。6. 水力坡度： 水力坡度表示单位重量液 体在单位长度流程上水头损失。如图 1 所示，水自喷嘴射向一与其交角成 60 的光滑平板上(不计摩擦阻力)。若喷嘴出口 直径d为30mm,喷射流量Q为36L/s。试求 射流沿平板向两侧的分流流量 Q1 与 Q2 以及 射流对平板的作用力F。假定水头损失可忽略 不计。1. 解 ： 由 连 续 性 方 程 ：v=4Q/nd2=4x0.036/(3.14x0.0 32)=50.955m/s(2 分)设出流管方向为 y 方向, x 轴与之垂直, 列动量方程：x方向列动量方程:-F=pQ(0-Bvsin60)则F=pQBvsin60

14、=1000x0.036x1x 50.955x0.866=1588.57N F与F大小相等，方向相反。y方 向动量方程：pQlBlv1-pQ2B2v2-pQBvcos60=0 由能量方程得 v=v1=v2 得出 Q1-Q2=1/2Q再 由 连 续 性 方 程 ：Q1+Q2=Q 得Q1=3/4Q=27L/s， Q2=1/4Q=9L/s2、如图 2 所示，一盛水密闭容器，液面上气 体相对压强为 0.5 个工程大气压。若在容器底 部接一段管路，管长4m,与水平面夹角30， 出口断面直径d为50mm。管路进口断面中心 位于水下深度H为5m处，水出流时总的水头 损失为2.6m，求水的出流量Q 解：取密闭容

15、器水面为 1-1 断面，取管子出流 断面为 2-2 断面，对两个断面列能量方程：Z1+P1/Y+v12/2g=Z2+P2/Y+v22/2g+hw (5+4x1/2)+(0.5x98/9.8)+0=0+0+v22/2g+2.6 解得 v2= 13.57m/sQ=v2x1/4nd22 =13.57x3.14x0.25x0.052 = 26.63L/s3、如图 3 所示的输水管路中，过水断面上的 流速分布为 u = umax 1-(r/r0)2 ，式中水管半 径r0为3cm，管轴上最大流速umax为0.15m/s。 求总流量Q与断面平均流速v。解：dA=d(nr2)=2nrdrrI )2r02兀uJ ro