水力学公式.ppt

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1、水力学(高起本用),期末课程答疑主讲老师:王素芬2006/3,水力学重点及难点,液体的主要物理性质粘滞性 粘滞性是液体在流动中产生能量损失的根本原因。粘滞性是理想液体和实际液体的主要区别。牛顿内摩擦定律-描述液体内部的粘滞力规律 牛顿内摩擦定律适用范围:1)牛顿流体,2)层流运动,Chapter 1,水力学重点及难点,液体的主要物理性质可压缩性:在研究水击时需要考虑。作用在液体上的两类作用力表面力和质量力,Chapter 1,4、液体的边界条件,Chapter 2,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。,水力学重点及难点

2、,静水压强: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。重力作用下静水压强的基本公式 p=p0+h,其中:z位置水头,p/压强水头(z+p/测压管水头“水头”:表示单位重量液体含有的能量。,水力学重点及难点,压强的三种表示方法:绝对压强p,相对压强p,真空度pv,要掌握绝对压强、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,水力学重点及难点,静水总压力的计算 静水总压力求解包括求力的大小、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

3、行计算。在计算曲面静水总压力时,要注意压力体的绘制。,(a)三角形压强分布图,(b)梯形压强分布图,静水总压力大小和方向,矩形平面单位宽度受的静水总压力是压强分布图的面积,矩形所受总压力,方向:垂直指向受压面,解析法求作用于任意平面上的静水总压力,静水总压力的作用点一般在受压面形 心以下,压力体的构成,水力学重点及难点,三大方程连续方程 v1A1=v 2A2能量方程能量方程应用条件: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,液体运动的基本概念流动的分类、断面平均流速及流线、迹线概念,Chapter 3,水力学重点及难点,能量方程应用注意事项:选择统一基准面便于计算、选计算

4、断面、选典型点计算测压管水(压强计算采用统一标准),孔口恒定出流、毕托管、文丘里流量计、管嘴出流,能量方程应用:,能量方程图示,掌握总头线、测压管水头线、水力坡度的概念及水头线的绘制。,恒定总流动量方程,水力学重点及难点,a)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)等号左边为流出动量减去流入动量。,水力学重点及难点,液体的两种流态和判别 雷诺实验 层流 液体质点互相不混掺的层 状流动。紊流 存在涡体质点互相混掺的 流动。流态的判别:雷诺数ReReRek 层流;

5、ReRek 紊流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。,Chapter 4,水头损失(沿程水头损失和局部水头损失),理想液体只有能量转换,而没有能量损失,产生水头损失的两个条件,液体具有粘滞性(内因)固体边界的影响,液体质点间产生相对运动(外因),水力学重点及难点,的变化规律 尼古拉兹实验(人工粗糙管),水力学重点及难点,几个重要公式 达西公式谢才公式 曼宁公式,水力学重点及难点,简单管道水力计算短管水力计算自由出流 淹没出流长管水力计算方法 水击现象和水击分类,Chapter 5,管道分类,复杂管道水力计算(并联),水力学重点及难点,明渠均匀流特征:(1)水深,底坡沿

6、程不变及过水断面形状尺寸不变(2)断面平均流速沿程不变(3)三线平行J=Jz=i 均匀流形成条件:恒定流,长直棱柱体渠道,正坡渠道,糙率沿程不变,Chapter 6、7,水力最佳断面,水力学重点及难点,明渠均匀流公公式明渠均匀流水力计算类型:(1)求流量Q(2)求渠道糙率n(3)求渠道底坡:(4)设计渠道断面尺寸,水力学重点及难点,明渠水流流态的判别:,水力学重点及难点,佛劳德数Fr:佛劳德数Fr是水力学中重要的无量纲数,它表示惯性力与重力的对比关系断面比能Es和比能曲线:,比能及比能曲线,缓流,急流,水力学重点及难点,临界水深和临界底坡 矩形断面水跃:由急流向缓流过渡产生的水力突变现象。(从

7、小于临界水深到大于临界水深)水平矩形断面明渠水跃:(1)水跃方程:J(h1)=J(h2),(2)共轭水深公式:,水力学重点及难点,水面线变化规律2条水深线把5种底坡上的流动空间划分为12个流区,每个流区有一条水面曲线。壅水曲线(水深沿流程增加);降水曲线(水深沿流程减小),水跃函数曲线,五种底坡十二条水面曲线,1,水力学重点及难点,堰流基本公式 堰流分类:薄壁堰、实用堰、宽顶堰 闸孔出流基本公式,堰闸出流的特点,Chapter 8、9,常用消能方式:底流消能、条流消能和面流消能,水流衔接形式 当hthc 远驱水跃 当ht=hc 临界水跃当ht hc 淹没水跃,水力学重点及难点,底流消能降低护坦

8、消力池设计(1)消力池深d(2)消力池长度的计算(由于消力池末端池壁的作用,消力池中水跃长度比自由水跃Lj短)Lk=(0.70.8)Lj,水力学重点及难点,渗流及渗流模型(1)渗流模型概念:忽略全部土壤颗粒的体积(或存在),认为地下水的流动是连续地充满整个渗流空间。(2)渗流模型的条件:与实际渗流保持相同的边界条件、渗流流量和水头损失。渗流基本定律:达西定律=kJ 式中:J渗透坡降;k土壤的渗透系数,表示土壤渗透能力的大小适用范围:恒定均匀层流渗流,Chapter 10,水力学重点及难点,恒定无压渐变渗流基本公式 杜比公式 式中:H测压管水头,(或称为水面高程),J渗透坡降。(对于渐变渗流,同一过水断面上的渗透坡降可以认为是常数,因此同一渗流断面上各点的流速为定值。),井的分类,棱柱体地下河槽浸润曲线,无临界水深和临界底坡,只有三种底坡四条浸润曲线,

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