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1、水力学,考前辅导材料主讲老师：王素芬2011年3月,2,一、考试题型,1、基础题（50分）2、作图题（10分）3、计算题（40分）,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,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 1,本章考察对基本概念的理解,例：理想液体和实际液体有何区别？,Chapter 2,水静力学包括静水
2、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,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
3、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。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,静水总压力大小和方向分别由以下两式确定,曲面上静水总压力的求解,作用于二向曲面上的静水总压力FP分解为水平方向和垂直方向两个分力。,压力体的构成,Chapter 2,本章要求：,1.基本概念,2.
4、计算,3.作图,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
5、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。,Chapter 3,本章要求：,1.基本概念,2.计算（三大方程的联立应用）,3.作图（水头线）,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；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
6、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,Chapter 4,本章要求：,1.基本概念,2.计算（水头损失）,例：层流及紊流的主要区别？,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）,Chapter 5,本章要求：,1.基本概念,2.计算,水力学重点及难点,明渠均匀流特征：（1）水深，底坡沿程不变及过水断面形状尺寸不变（2）断面
7、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,水力最佳断面也就是湿周X最短的断面称为水力最优断面,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
8、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,Chapter 6，7,本章要求：,1.基本概念,2.计算,3.作图,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=h
9、c 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,
