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1、水力学学习指南第一章 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P和容重Y;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 :dudy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 水静力学包括静水压强和静水总压力两部
2、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）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）、pp=p+ Yh 或z += c其中：z位置水头，丫p/ Y压强水头（z+p/Y）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
3、表示方法：绝对压强pz,相对压强p,真空度p,tv它们之间的关系为：p= p-pp =|p|（当pVO时p存在）ta v v相对压强：p=Yh,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。（一）静水总压力的计算1)平面壁静水总压力(1) 图解法：大小：P=Qb, Q-静水压强分布图面积方向：垂直并指向
4、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，就是静水压强分布图。(2) 解析法：大小：P=pA,p形心处压强cc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P和铅垂分力P，然后再合成总压力P。xz(3) 曲面壁静水总压力1) 水平分力：P =p A = Y h Ax c x c x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
5、能够绘制水平分力P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。X2铅垂分力：P = YV,V-压力体体积。z在求铅垂分力P时,要绘制压力体剖面图。压力体是由自由液面或其延长面，受压曲面以及过曲面 z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：a=arc tg 二下面我们举例来说明作用在曲面上的压力体和静水总压力。例5图示容器左侧由宽度为b的直立平面AB和半径为R的1/4圆弧曲面BC组成。容器内装满水， 试绘出AB的压强分布图和BC曲面上的压力体剖面图及水平分力的压强分布图，
6、并判别铅垂作用力的 方向,铅垂作用力大小如何计算？解：对AB平面，压强分布如图所示。总压力P=1/2YH2b；(2) 对曲面BC,水平分力的压强分布如图所示，水平分力 P=1/2yH+Y (H+R)Rb：X压力体是由受压曲面、过受压曲面周界作的铅垂面、向上或向下与自由表面或它的延长面相交围 成的体积。因此，以1/4圆弧面BC为底(闪动曲面)，以曲面两端点向上作铅垂线，与水面线相交, 围成压力体。由于与水接触的受压面与压力体在曲面BC的同一侧，因此铅垂作用力的方向是向下的。 铅垂方向作用力的大小：F= yV=y(H+R)R-1/4tR2 bz第三章 液体运动基本概念和基本方程 这一章主要掌握液体
7、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 .流动的分类液流非恒定流均匀流:过水断面上恒定流非均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：z + E = c 另外断面平均流速和流量的概念要搞清。丫二）液体运动基本方程vA-2 = 1 v A121. 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
8、p a v 2p a v 2z + 1 + 4 = z + 2 + 2 + h1 丫 2 g2 丫 2 g wJ=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h是单位重量液体从1断面流到2断面的 w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：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：z+匕 选计算断面使未知量尽可能少丫（压强计算采用统一标准）3）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。 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e & 卩 &）2 2 1（B v B2（B v2 2y（B v2 2z3.恒定总流动量方程投影形式工 F = p Q EFx=pQEF = pQRe 紊流k判别水流流态的雷诺数是重要的无量纲数，它的物理意义表示惯性力与粘滞力的比值。3. 圆管层流流动(1) 断面流速分布特点：抛物型分布，不均匀:u= 2vmax(2) 沿程阻力系数：x = 64_ Re层流流动的沿程水头损失系数入只是雷诺数的函数，而且与雷诺数成反比。 那么
