水力學(xué)復(fù)習(xí)資料

1、第章 緒論0.1水力學(xué)的任務(wù)與研究對(duì)象(了解)水力學(xué)的任務(wù)是研究液體(只要是水)的平衡和機(jī)械運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及其實(shí)際應(yīng)用.水力學(xué)研究的基本規(guī)律有兩大主要組成部分:一是關(guān)于液體平衡的規(guī)律.它研究液體處于靜止或相對(duì)平衡狀態(tài)時(shí),作用于液體上各種力之間的關(guān)系,這一部分稱為水靜力學(xué);二是關(guān)于液體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,它研究液體在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí),作用于液體上的力與運(yùn)動(dòng)要素之間的關(guān)系,以及液體的運(yùn)動(dòng)特性與能量轉(zhuǎn)換等,這部分稱為水動(dòng)力學(xué).0.2液體的粘滯性(理想液體與實(shí)際液體最大的差別)粘滯性 當(dāng)液體處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí),若液體質(zhì)點(diǎn)之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),則質(zhì)點(diǎn)間會(huì)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力來(lái)阻礙其相對(duì)運(yùn)動(dòng),液體的這種性質(zhì)就稱為粘滯性,產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力叫做

2、粘滯力.0.3牛頓內(nèi)摩擦定律 當(dāng)液體做層流運(yùn)動(dòng)時(shí)，相鄰液層之間在單位面積上作用的內(nèi)摩擦力(或粘滯力)的大小與速度梯度成正比,同時(shí)和液體的性質(zhì)有關(guān).即=ddy .0.4牛頓內(nèi)摩擦定律的另一種表述(了解)P70.5運(yùn)動(dòng)粘度系數(shù) 它是動(dòng)力黏度系數(shù)與液體密度的比值,是表征液體粘滯性大小的物理量.其值是隨溫度的變化而變化的,即溫度越高,其值越小(液體的流動(dòng)性是隨溫度的升高而增強(qiáng)的)0.6牛頓內(nèi)摩擦定律只適用于牛頓流體(符合牛頓內(nèi)摩擦定律的液體,其特點(diǎn)是溫度不變,動(dòng)力黏度系數(shù)就不變P8圖0.3)0.7體積壓縮率 液體體積的相對(duì)縮小值與壓強(qiáng)的增大值之比.(水的壓縮性很小,一般不考慮)0.8表面張力 表面張力

3、是指液體自由表面上液體分子由于兩側(cè)引力不平衡,使其受到及其微小的拉力(表面張力僅存在于液體表面,液體內(nèi)部不存在,其值表示為自由面單位長(zhǎng)度受到拉力的大小,并且隨液體種類和溫度的變化而變化,怎樣變化)0.9毛細(xì)現(xiàn)象 在水力學(xué)實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)常使用盛有水或水銀細(xì)玻璃管做測(cè)壓計(jì)，由于表面張力的影響使玻璃管中液面和與之向連通容器中的液面不在同一水平面上.這就是物理學(xué)中所講的毛細(xì)現(xiàn)象.0.10由實(shí)驗(yàn)得知,管的內(nèi)經(jīng)越小,毛細(xì)管升高值越大,所以實(shí)驗(yàn)用的測(cè)壓管內(nèi)徑不宜太小.P10圖0.4,0,50.11連續(xù)介質(zhì) 在水力學(xué)中,把液體當(dāng)作連續(xù)介質(zhì)看待,即假設(shè)液體是一種連續(xù)充滿其所占據(jù)空間毫無(wú)空隙的連續(xù)體.(水力學(xué)所研究的

4、液體運(yùn)動(dòng)是連續(xù)介質(zhì)的連續(xù)流動(dòng),但實(shí)際上,從微觀角度來(lái)看,液體分子與分子之間是存在空隙的,但水力學(xué)研究的是液體的宏觀運(yùn)動(dòng),故將液體看作連續(xù)接介質(zhì))0.12把液體看作連續(xù)介質(zhì)的意義 如果我們把液體看作連續(xù)介質(zhì),則液流中的一切物理量都可以視為空間坐標(biāo)和時(shí)間坐標(biāo)的連續(xù)函數(shù),這樣,在研究液體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí),就可以運(yùn)用連續(xù)函數(shù)的分析方法.0.13理想液體 所謂理想液體,就是把液體看作絕對(duì)不可壓縮,不能膨脹,沒(méi)有粘滯性,沒(méi)有表面張力的連續(xù)介質(zhì).0.14表面力和質(zhì)量力表面力 表面力是作用于液體的表面,并于受作用的的表面面積成比例的力.質(zhì)量力 質(zhì)量力是指通過(guò)所研究液體的每一部分質(zhì)量而作用與液體的,其大小和液體的質(zhì)

5、量成比例的力(質(zhì)量力又稱體積力)課后習(xí)題0.2第一章 水靜力學(xué)1.1液體在平衡狀態(tài)下.沒(méi)有內(nèi)摩擦力的存在,因此理想液體和實(shí)際液體都是一樣的,故在靜水中沒(méi)有區(qū)分的必要.1.2靜水壓力 靜止(或處于平衡狀態(tài))的液體作用在與之接觸的表面上的水壓力稱為靜水壓力,常以Fp表示.1.3靜水壓強(qiáng) 取微小面積A，令作用在A上的靜水壓力為F,則A面上單位面積上所受的平均靜水壓力為p=FA,p稱為面上的平均靜水壓強(qiáng)，當(dāng)A無(wú)限趨近與一點(diǎn)時(shí)，比值FA的極限值定義為該點(diǎn)的靜水壓強(qiáng).1.4靜水壓強(qiáng)的兩個(gè)重要特性靜水壓強(qiáng)的方向與受壓面垂直并指向受壓面(若不垂直,則必存在一個(gè)與液面平行的分力,這樣必會(huì)破壞液體的平衡狀態(tài);靜水

6、壓強(qiáng)若不指向受壓面而是背向受壓面,則必會(huì)受到拉力,同樣不能保持平衡狀態(tài))作用在同一點(diǎn)上的靜水壓強(qiáng)相等(推導(dǎo)過(guò)程:在平衡液體內(nèi)分割出一塊無(wú)限小的四面體,傾斜面的方向任意選取,為簡(jiǎn)單起見,建立如圖所示的坐標(biāo)系,讓四面體的三個(gè)棱邊與坐標(biāo)軸平行,并讓z軸與重力方向平行,各棱邊長(zhǎng)為x,y,z,四面體四個(gè)表面上受有周圍液體的靜水壓力,因四個(gè)作用面的方向各不相同,如果能夠證明微小四面體無(wú)限縮小至一點(diǎn)時(shí),四個(gè)作用面上的靜水壓強(qiáng)都相等即可.令FPx為作用在面上的靜水壓力, 令FPy為作用在面上的靜水壓力, 令Fpz為作用在面上的靜水壓力, 令FPn為作用在面上的靜水壓力.又假定作用在四面體上單位質(zhì)量力在三個(gè)坐標(biāo)

7、方向的投影為fx,fy,fz,則總質(zhì)量力在三個(gè)坐標(biāo)方向的投影分別為 Fx=16xyzfx因?yàn)橐后w處于平衡狀態(tài),由力的平衡條件得: FPx-FPncosn,x+16xyzfx=0若Ax以分別表示四面體四個(gè)面的面積,則Ax=Ancosn,x將上式都除以Ax,并且有Ax=Ancosn,x=12yz化簡(jiǎn)可得FPxAx-FPnAn+13xfx=0,上式中FPxAx,FPnAn分別表示Ax,An面上的平均靜水壓強(qiáng), ,如果微小四面體無(wú)限縮小至一點(diǎn)時(shí),均趨近于0,對(duì)上式取極限有px=pn,同理可證, py=pn,pz=pn,故作用在同一點(diǎn)上的靜水壓強(qiáng)相等)1.5等壓面 在平衡液體中可以找到這樣一些點(diǎn),他們具

8、有相同的靜水壓力,這些點(diǎn)連成的面稱為等壓面(對(duì)于靜止的液體其等壓面是水平面,對(duì)于處于相對(duì)平衡的液體,其等壓面與自由液面平行,例如稱有液體的圓柱形容器繞桶軸做等角速度旋轉(zhuǎn),其等壓面就是拋物面)1.6等壓面的兩個(gè)性質(zhì)在平衡液體中等壓面即為等勢(shì)面.等壓面與質(zhì)量力正交.1.7絕對(duì)壓強(qiáng)和相對(duì)壓強(qiáng)絕對(duì)壓強(qiáng) 以設(shè)想沒(méi)有大氣存在的絕對(duì)真空狀態(tài)作為零點(diǎn)計(jì)量的壓強(qiáng),稱為絕對(duì)壓強(qiáng).相對(duì)壓強(qiáng) 把當(dāng)?shù)卮髿鈮鹤鳛榱泓c(diǎn)劑量的壓強(qiáng),稱為相對(duì)壓強(qiáng).1.8P29圖1.11中各字母表示的含義1.9真空及真空度真空 當(dāng)液體中某點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)小于當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)，即相對(duì)壓強(qiáng)為負(fù)值時(shí)，就稱該點(diǎn)存在真空.真空度 真空度是指該點(diǎn)絕對(duì)壓強(qiáng)小于當(dāng)?shù)卮?/p>

9、氣壓強(qiáng)的數(shù)值.(例題1.4 1.5 .16)1.10壓強(qiáng)的液柱表示法 1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=101.325kPa=10.33m水柱=760mm汞柱 1工程大氣壓1at=98kPa=10m水柱=736mm汞柱1.11水頭與單位勢(shì)能1.12液體的平衡微分方程式(歐拉平衡微分方程式)的推導(dǎo)過(guò)程P20,以及重力作用下靜水壓強(qiáng)的基本公式的推導(dǎo)過(guò)程P24.1.13壓強(qiáng)的測(cè)量(各種壓差計(jì)的計(jì)算)計(jì)算中找等壓面須注意:若為連續(xù)液體，高度相等的面即為等壓面.若為不連續(xù)液體(如液體被閥門隔開或者一個(gè)水平面穿過(guò)了不同介質(zhì)，則高度相等的面不是等壓面兩種液體的接觸面是等壓面.1.14作用于矩形平面上的靜水總壓力Fp=b, 為壓

10、強(qiáng)分布圖面積.(壓力中心的位置:當(dāng)壓強(qiáng)為三角形分布時(shí), 壓力中心離底部距離為13l當(dāng)壓強(qiáng)分布為梯形分布時(shí)，壓力中心離底部距離為l2h1+h23h1+h2)1.15作用于曲面上的靜水總壓力分為水平方向和豎直方向計(jì)算,水平方向方法同作用于矩形平面上的靜水總壓力(將曲面投影在x方向的圖形即為矩形，則FPx=ghcAx , ghc為Ax形心點(diǎn)處的壓強(qiáng)),豎直方向需畫出壓力體(壓力體包括六個(gè)面:曲面本身,自由液面或者其延長(zhǎng)面,曲面四個(gè)邊延長(zhǎng)至自由液面的四個(gè)面.這里注意自由液面必須是只受到大氣壓強(qiáng)作用的液面),則FPy=gV,其中V為壓力體的體積.1.16幾種質(zhì)量力同時(shí)作用下的液體平衡 1.17作用于物體

11、上的靜水總壓力,潛體與浮力的平衡及其穩(wěn)定性第二章 液體運(yùn)動(dòng)的流束理論2.1描述液體運(yùn)動(dòng)的兩種方法(拉格朗日法和歐拉法)P632.2流線和跡線跡線 某一液體質(zhì)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,不同時(shí)刻所流經(jīng)的空間點(diǎn)所連成的線稱為跡線,即跡線就是液體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)所走過(guò)的軌跡線流線 它是某一瞬時(shí)在流場(chǎng)中繪出的一條曲線,在該曲線上所有點(diǎn)的速度向量都與該曲線相切,所以流線表示除了瞬間的流動(dòng)方向.流線的基本特性P672.3恒定流與非恒定流恒定流 如果在流場(chǎng)中所有的運(yùn)動(dòng)要素都不隨時(shí)間而改變,這種水流稱為恒定流(也就是說(shuō),在恒定流的情況下,任一空間點(diǎn)上,無(wú)論哪個(gè)液體質(zhì)點(diǎn)通過(guò),其運(yùn)動(dòng)要素都是不變的.運(yùn)動(dòng)要素僅僅是空間坐標(biāo)的函數(shù),而

12、與時(shí)間無(wú)關(guān))非恒定流 如果在流場(chǎng)中所有的運(yùn)動(dòng)要素都是隨時(shí)間而改變的這種水流稱為非恒定流.注：本章只研究恒定流.2.4流管 在水流中任意取一微分面積,通過(guò)該面積周界上的每一給點(diǎn),均可以作一根直線,這樣就構(gòu)成了一個(gè)封閉的管狀曲面,稱為流管.2.5微小流束 充滿以流管為邊界的一束液流稱為微小流束(按照流線不能相交的特性,微小流束內(nèi)的液體不會(huì)穿過(guò)流管的管壁向外流動(dòng),流管外的液體也不會(huì)穿過(guò)流管的管壁向流束內(nèi)流動(dòng),當(dāng)水流為恒定流時(shí),微小流束的形狀和位置不會(huì)隨時(shí)間而改變,在非恒定流中,微小流束的形狀和位置將隨時(shí)間而改變.微小流束的很橫斷面積是很小的,一般在其橫斷面上各點(diǎn)的流速或動(dòng)水壓強(qiáng)可看作是相等的)2.6

13、總流 任何一個(gè)實(shí)際水流都具有一定規(guī)模的邊界,這種有一定大小尺寸的實(shí)際水流稱為總流(總流可以看作由無(wú)限多個(gè)微小流束所組成)2.7過(guò)水?dāng)嗝?與微小流束或總流的流線成正交的橫斷面稱為過(guò)水?dāng)嗝?2.8流量2.9均勻流與非均勻流均勻流 當(dāng)水流的流線為相互平行的直線時(shí),該水流稱為均勻流(直徑不變的管道中的水流就是均勻流的典型例子)非均勻流 若水流的流線不是相互平行的直線時(shí),該水流稱為非均勻流.如果流線雖然相互平行但不是直線(如管徑不變的彎管中的水流)或者流線雖直線但不相互平行(如管徑沿程緩慢均勻擴(kuò)散或收縮的漸變管中的水流)都屬于非均勻流.2.10均勻流的特性 均勻流的過(guò)水?dāng)嗝鏋槠矫?且過(guò)水?dāng)嗝娴男螤詈统叽?/p>

14、沿程不變均勻流中,同一流線上不同點(diǎn)的流速相等均勻流過(guò)水?dāng)嗝嫔系膭?dòng)水壓強(qiáng)分布規(guī)律與靜水壓分布規(guī)律相同2.11均勻流過(guò)水?dāng)嗝嫔系膭?dòng)水壓強(qiáng)分布規(guī)律與靜水壓分布規(guī)律相同的推導(dǎo)過(guò)程2.12漸變流和急變流漸變流 當(dāng)水流的流線雖然不是相互平行的直線,但幾乎近于平行直線稱為漸變流急變流 若水流的流線之間夾角很大或者流線的曲率半徑很小,這話水流稱為急變流.2.13恒定總流連續(xù)性方程的推導(dǎo)P712.14理想液體恒定流微小流束能量方程的推導(dǎo)P722.15實(shí)際液體恒定總流的能量方程的推導(dǎo)P782.15恒定總流動(dòng)量方程的推導(dǎo)P94第三章 液流形態(tài)及水頭損失3.1沿程水頭損失和局部水頭損失沿程水頭損失 在固體邊界平直且無(wú)

15、障礙物的水道中,單位重量的液體自一斷面流至另一斷面所損失的機(jī)械能叫做沿程水頭損失,常用hf表示.局部水頭損失 當(dāng)固體邊界發(fā)生改變或液體遇到障礙物時(shí),由于邊界或障礙物的作用使液體質(zhì)點(diǎn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)加強(qiáng),內(nèi)摩擦增加,產(chǎn)生較大的能量損失,這種發(fā)生在局部范圍之內(nèi)的能量損失叫做局部水頭損失,常用hj表示.(就液體內(nèi)部的物理作用來(lái)說(shuō),水頭損失不論其產(chǎn)生的外因如何,都是因?yàn)橐后w內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng),因粘滯性的作用產(chǎn)生切應(yīng)力的結(jié)果)當(dāng)固體邊界發(fā)生改變或液體遇到障礙物時(shí),為什么會(huì)產(chǎn)生局部水頭損失(了解)P1203.2影響水頭損失的液流邊界條件3.2.1橫向條件(過(guò)水段面積A,濕周和水力半徑R)濕周 液流過(guò)水?dāng)嗝媾c固

16、體邊界接觸的周界線叫做濕周,常用表示.(當(dāng)過(guò)水段面積相等時(shí),周長(zhǎng)不一定相等,水與固體邊界的接觸要長(zhǎng)些,故濕周對(duì)水損會(huì)產(chǎn)生影響,同樣,當(dāng)濕周相等時(shí), 過(guò)水段面積不一定相等,通過(guò)同樣大小的流量水損也不一定相等,故用水力半徑來(lái)表征過(guò)水?dāng)嗝娴乃μ卣?水力半徑 過(guò)水段面積A與濕周的比值稱為水力半徑,即R=A .3.2.2縱向條件P1233.3均勻流時(shí)無(wú)局部水頭損失，非均勻漸變流時(shí)局部水頭損失可以忽略不計(jì),非均勻急變流時(shí)兩種水頭損失均有(知道).3.4均勻流沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系,以及半徑為r處的（圓管中）切應(yīng)力計(jì)算公式的推導(dǎo)P1323.5計(jì)算均勻流沿程水頭損失的基本公式達(dá)西公式hf=l4Rv22g

17、對(duì)圓管來(lái)說(shuō)，水力半徑R=d4 ,故達(dá)西公式也可以寫做hf=ldv22g達(dá)西公式的推導(dǎo)過(guò)程應(yīng)該不會(huì)考3.6層流和紊流層流 當(dāng)留速較小時(shí),各流層的液體質(zhì)點(diǎn)是有條不紊的運(yùn)動(dòng),互不混雜,這種形態(tài)的流動(dòng)叫層流.紊流 當(dāng)流速較大時(shí),各流層的液體質(zhì)點(diǎn)形成渦體,在流動(dòng)過(guò)程中,相互混雜,這種形態(tài)的流動(dòng)叫紊流.3.7雷諾試驗(yàn)雷諾試驗(yàn)數(shù)據(jù)圖形(兩點(diǎn)三段.兩點(diǎn)即上臨界流速水流從層流剛剛進(jìn)入到紊流狀態(tài)的速度和下臨界流速水流從紊流剛剛進(jìn)入到層流狀態(tài)的速度.三段即層流,過(guò)渡區(qū),紊流所對(duì)應(yīng)的曲線段.)P1293.8根據(jù)雷諾實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,層流時(shí)雷諾試驗(yàn)圖形為一條直線,即沿程水損hf與v呈線性的一次方關(guān)系,但是由達(dá)西公式知hf與v

18、是平方關(guān)系，試解釋其原因.P1323.9雷諾數(shù)的物理意義(為什么雷諾數(shù)可以判別液流形態(tài))P1313.10為什么采用下臨界雷諾數(shù)而不采用上臨界雷諾數(shù)來(lái)判斷水流的型態(tài)這是因?yàn)榻?jīng)大量試驗(yàn)證明,圓管中下臨界雷諾數(shù)是一個(gè)比較穩(wěn)定的數(shù)值,其值一般維持在2000左右,但上臨界雷諾數(shù)是一個(gè)不穩(wěn)定數(shù)值(一般在12000-2000),在個(gè)別情況下也有高達(dá)40000-50000.這要看液體的平靜程度和來(lái)流有擾動(dòng)而定,凡雷諾數(shù)大于下臨界雷諾數(shù)的,即使液流原為層流,只要有任何微小的擾動(dòng)就可以是層流變?yōu)槲闪?在實(shí)際工程中擾動(dòng)總是存在的,所以上下臨界雷諾數(shù)之間的液流是極不穩(wěn)定的,都可以看作紊流,因此判別液流型態(tài)以下臨界雷諾

19、數(shù)為標(biāo)準(zhǔn):實(shí)際雷諾數(shù)大于下臨界雷諾數(shù)的是紊流,小于下臨界雷諾數(shù)的是層流.3.11雷諾實(shí)驗(yàn)雖然都是以圓管液流為研究對(duì)象,但其結(jié)論對(duì)其他邊界條件下的液流也是適用的.只是邊界條件不同,下臨界雷諾數(shù)的數(shù)值不同而已.例如明渠的雷諾數(shù)Re=vR500,其中R為水力半徑(知道).3.12紊流的特征P133(4點(diǎn)，后兩個(gè)特點(diǎn)很重要)3.13粘性底層 在紊流中并不是整個(gè)液流都是紊流,在緊靠固體邊界表面有一層極薄的層流存在該層流層叫粘性底層.3.14沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律 Re<2000 即液體處于層流狀態(tài),只與雷諾數(shù)有關(guān),而與相對(duì)光滑度無(wú)關(guān),且=64Re2000<Re<4000 即液體處于從層

20、流進(jìn)入紊流的過(guò)渡區(qū),只與雷諾數(shù)有關(guān),而與相對(duì)光滑度無(wú)關(guān).因其范圍很窄,實(shí)際意義不大. Re>4000 即液流進(jìn)入紊流狀態(tài),這時(shí)決定于粘性底層厚度和絕對(duì)粗糙度的關(guān)系: 當(dāng)Re 較小時(shí)粘性底層較厚,可以淹沒(méi),抵消管壁粗糙度對(duì)水流的影響,從而只與雷諾數(shù)有關(guān),而與相對(duì)光滑度無(wú)關(guān). Re 繼續(xù)增大, 粘性底層厚度相應(yīng)減薄,一直不能完全淹沒(méi), 管壁粗糙度對(duì)水流產(chǎn)生影響, 從而既與雷諾數(shù)有關(guān),又與相對(duì)光滑度有關(guān). 當(dāng)Re 增大到一定程度時(shí), 粘性底層厚度已經(jīng)變得很薄,已經(jīng)不能再抵消管壁粗糙度對(duì)水流的影響,這時(shí)管壁粗糙度對(duì)起主要作用,從而只與相對(duì)光滑度有關(guān),而與雷諾數(shù)無(wú)關(guān).(因這時(shí)hf與v是平方關(guān)系,故

21、該區(qū)又叫做阻力平方區(qū))3.15謝齊公式和曼寧公式謝齊公式 =CRJ ,其中J為水力坡度,J=hf/l ,R水力半徑.曼寧公式 C=1nR16 ,其中n為粗糙系數(shù)，簡(jiǎn)稱糙率.第四章 有壓管中的恒定流4.1簡(jiǎn)單管道簡(jiǎn)單管道 管道直徑不變且無(wú)分支的管道.4.2自由出流和淹沒(méi)出流自由出流 管道出口水流流入大氣,水股四周都受大氣壓強(qiáng)的作用,稱為自由出流淹沒(méi)出流 管道出口如果淹沒(méi)在水下,則稱為淹沒(méi)出流4.3短管和長(zhǎng)管短管 管道中若存在較大的局部水頭損失,它在總水損中占的比重較大,不能忽略不計(jì)的管道稱為短管.長(zhǎng)管 若管道較長(zhǎng),局部水損和流速水頭可以忽略不計(jì),這樣的管道叫做長(zhǎng)管.4.4簡(jiǎn)單管道的水力計(jì)算(以下

22、均屬于連續(xù)性方程和能量方程的具體應(yīng)用)總原則 首先確定按長(zhǎng)管還是短管計(jì)算.若按短管計(jì)算,則沿程損失,局損和流速水頭都要計(jì)算;若按長(zhǎng)管計(jì)算,只需計(jì)算沿程損失, 局部水損和流速水頭可以忽略不計(jì);在沒(méi)有把握估計(jì)局損的影響程度時(shí),均按短管計(jì)算.(先按短管計(jì)算,求出具體的沿程損失和局損數(shù)值,比較后可確定到底如何計(jì)算,若無(wú)法確定具體數(shù)值一般的,給水管道按長(zhǎng)管計(jì)算,虹吸管按短管計(jì)算,水泵吸水管按短管計(jì)算,壓水管根據(jù)情況而定.4.4.1自由出流和淹沒(méi)出流的水力計(jì)算自由出流 上游存在行近流速,即有一個(gè)行近水頭,列能量方程需計(jì)算在內(nèi)(但其值一般很小,在計(jì)算結(jié)果以忽略不計(jì),即公式中的H0變?yōu)镠上下游水位差).淹沒(méi)出

23、流 上游存在行近流速,即有一個(gè)行近水頭,列能量方程需計(jì)算在內(nèi)(但其值一般很小,在計(jì)算結(jié)果時(shí)可以忽略不計(jì),即公式中的H0變?yōu)镠上下游水位差). 下游也存在一個(gè)流速水頭,但由于管道的過(guò)水?dāng)嗝娣e很小,而下游過(guò)水?dāng)嗝娣e很大,水流速度在下游已經(jīng)變得很小,可以忽略,不需計(jì)入能量方程.4.4.2幾種基本類型4.4.3虹吸管和水泵裝置的水力計(jì)算4.4.4串聯(lián)管道整個(gè)管道的水頭損失等于各支管水損之和.4.4.5并聯(lián)管道并聯(lián)管道一般按長(zhǎng)管計(jì)算,各支管的水損相等(各支管的水損相等,只表明通過(guò)每一并聯(lián)支管的單位重量液體的機(jī)械能損失相等;但各支管的長(zhǎng)度,直徑及粗糙系數(shù)可能不同,因此其流量也不同,股通過(guò)各并聯(lián)支管的總機(jī)械

24、能損失是不相等的)4.4.6分叉管道在分叉處分為若干個(gè)串聯(lián)管道進(jìn)行計(jì)算.4.5沿程均勻泄流的水力計(jì)算本章的水力計(jì)算題均是圍繞這能量方程來(lái)設(shè)計(jì)的，所以熟練掌握能量方程的應(yīng)用，加上對(duì)各個(gè)類型的管道特點(diǎn)的了解，不用背繁瑣的公式也可以解決本章的計(jì)算題，當(dāng)然背下來(lái)更好第五章 明渠恒定均勻流5.1明渠恒定均勻流(知道)明渠恒定均勻流 當(dāng)明渠水流的運(yùn)動(dòng)要素不隨時(shí)間而變化時(shí),稱為明渠恒定流.否則稱為明渠非恒定流.明渠恒定流中,如果流線是一簇相互平行的直線,則水深,斷面平均流速和流速分布沿程不變,稱為明渠恒定均流,否則稱為明渠恒定非均勻流.(明渠均勻流中,摩阻力Ff與重力沿水流方向的分力Gsin相平衡)5.2矩

25、形,梯形橫斷面水力要素的計(jì)算梯形中,m=cot ,為梯形與水平面的夾角.5.3底坡明渠渠底的縱向傾斜程度稱為明渠的底坡, 以符號(hào)i表示.且i=sin,其中為渠底線與水平面的夾角.5.4順坡,水平和逆坡明渠當(dāng)明渠渠底沿程降低時(shí),稱為順坡明渠;沿程不變時(shí)稱為水平明渠;沿程升高時(shí)稱為逆坡明渠.(在水平明渠中,由于i=sin=0 故在其流動(dòng)過(guò)程中，只存在摩阻力Ff；在逆坡明渠中，摩阻力Ff與重力沿水流方向的分力Gsin 方向一致,因此這兩種情況都不可能產(chǎn)生明渠均勻流;只有在順坡渠道中才可能產(chǎn)生明渠均勻流)5.5明渠恒定均勻流的特性及其產(chǎn)生條件5.6明渠均勻流的計(jì)算公式(連續(xù)性方程和謝齊公式, 謝齊系數(shù)

26、采用曼寧公式)5.7矩形和梯形水力最佳斷面的推導(dǎo)過(guò)程5.8允許流速不沖允許流速 能夠避免渠道遭受沖刷的流速.不於流速 能夠保證水中懸浮的泥沙不淤積在渠槽的流速.5.9明渠均勻流的水力計(jì)算第六章 明渠恒定非均勻流6.1明渠非均勻漸變流和明渠非均勻急變流(知道)在明渠非均勻流中,若流線是接近于相互平行的直線,或流線間的夾角很小,流線的曲率半徑很大,這種水流稱為明渠非均勻漸變流.反之為明渠非均勻急變流.(本章著重研究明渠非均勻漸變流的基本特性及其水力要素沿程變化的規(guī)律)6.2正常水深(知道)因明渠非均勻流的水深沿流程是變化的,為了不致引起混亂,把明渠均勻流的水深稱為正常水深.并以h0表示.6.3明渠

27、水流的三種形態(tài)一般明渠水流有三種形態(tài),即緩流,臨界流和急流.6.4明渠水流三種形態(tài)的判別方法(5種:微波波速法,比能曲線法,Fr法,臨界水深法,臨界底坡法)6.4.1微波波速法 微波波速的描述（了解）P216當(dāng) v<vw,水流為緩流,干擾波能向上游傳播; v=vw,水流為臨界流,干擾波恰不能向上游傳播; v>vw,水流為急流,干擾波不能向上游傳播.要判別流態(tài),必須首先確定微波傳播的相對(duì)速度,相對(duì)速度的推導(dǎo)過(guò)程(了解)P217(如圖6.3,對(duì)平靜斷面1-1和波峰所在斷面2-2列連續(xù)性方程和能量方程.1-1斷面流速為vw,2-2斷面流速為v2,最后令h/h0,即可得出vw=gh,這就是

28、矩形明渠靜水中微波傳播的相對(duì)速度公式.如果明渠為任意形狀時(shí),則有vw=gh.式中h=AB為斷面平均水深,A為斷面面積,B為水面寬度.在實(shí)際工程中水流都是流動(dòng)的,設(shè)水流斷面平均流速為v，則微波傳播的絕對(duì)速度vw'應(yīng)是靜水中的相對(duì)波速vw與水流速度的代數(shù)和,即vw'=v±vw=v±gh,正號(hào)為順?biāo)较?負(fù)號(hào)為逆水方向)6.4.2 Fr法當(dāng) Fr<1,水流為緩流;Fr=1,水流為臨界流;Fr>1,水流為急流.對(duì)臨界流來(lái)說(shuō),斷面平均流速恰好等于微波相對(duì)波速,即v=vw=gh,該式可改寫為vgh=vwg=1,其中v/gh稱為弗勞德數(shù),用符號(hào)Fr表示.弗勞德

29、數(shù)的兩個(gè)物理意義P2186.4.3比能曲線法斷面比能 把基準(zhǔn)面選在渠底,所計(jì)算的單位液體所具有的能量稱為斷面比能,并以Es表示.則Es=hcos+v22g,在實(shí)際應(yīng)用上,因一般坡底較小,cos1,故常采用Es=h+v22g=h+Q22gA2 .比能曲線 當(dāng)流量Q和過(guò)水?dāng)嗝娴男螤罴俺叽缫欢〞r(shí), 斷面比能僅僅是水深的函數(shù),按照此函數(shù)可以繪出斷面比能隨水深變化的關(guān)系曲線,該曲線稱為比能曲線.比能曲線上存在可以使斷面比能取最小值的K點(diǎn).K點(diǎn)把曲線分成上下兩支,上支即為緩流所對(duì)應(yīng)的曲線,下支即為急流所對(duì)應(yīng)的曲線. (比能曲線見P220圖6.5)比能曲線與弗勞德數(shù)的聯(lián)系(dEsdh=1-Fr2)及其推導(dǎo)過(guò)

30、程(了解)P2216.4.4臨界水深法臨界水深 相應(yīng)于斷面比能最小值的水深稱為臨界水深,以hk表示.當(dāng) h>hk ,Fr<1,水流為緩流;h=hk ,Fr=1,水流為臨界流;h<hk ,Fr>1,水流為急流.臨界水深的計(jì)算在矩形斷面明渠中,臨界流的流速水頭是臨界水深的1/2,而臨界水深則是最小斷面比能的2/3.（原題）P221（將Es=h+Q22gA2.對(duì)水深h求導(dǎo)，并令其等于0.得dEsdh=1-Q2gA3dAdh=1-Q2BgA3=0,規(guī)定對(duì)應(yīng)于臨界水深的水利要素以腳標(biāo)K,則1-Q2BkgAk3=0.對(duì)于矩形斷面明渠, Bk=b,Ak=bhk ,Q=Akv ,代入得vk22g=hk2 ,即臨界流的流速水頭是臨界水深的1/2.再代入Es=h+v22g ,得Esmin=hk+hk2=32hk ,即臨界水深是最小斷面比能的2/3. 斷面為任意形狀時(shí)，臨界水深的計(jì)算(了解)見P222(試算法和圖解法)重要例題:例題6.16.4.5臨界底坡法(只適用于均勻流)第七章 水躍7.1水躍 當(dāng)明渠中的水流又急流狀態(tài)過(guò)渡到緩流狀態(tài)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種水面突然躍起的特殊局部水力現(xiàn)象,即在較短的渠道內(nèi)水深從小于臨界水深急劇的躍到大于臨界水深.這種特殊的局部水力現(xiàn)象稱為水躍.躍高 躍后水深與躍前水深之差躍長(zhǎng) 躍前斷