水力學(xué)知識(shí)點(diǎn)

1、知識(shí)點(diǎn)第0章緒論1. 連續(xù)介質(zhì)2. 實(shí)際流體模型由質(zhì)點(diǎn)組成的連續(xù)體，具有：易流動(dòng)性、粘滯性、不可壓縮性、不計(jì)表面張力的性質(zhì)3.粘滯性：牛頓內(nèi)摩擦定律dudy4. 理想流體模型：不考慮粘滯性。5作用在液體上的力：質(zhì)量力、表面力例：1.在靜水中取一六面體，分析其所受的外力：作用在該六面體上的力有()(a)切向力、正壓力(b)正壓力(c)正壓力、重力(d)正壓力、切向力、重力2.在明渠均勻流中取一六面體,其所受的外力：作用在該六面體上有(a)切向力、正壓力(b)正壓力(c)正壓力、重力(d)正壓力、切向力、重力3. 理想流體與實(shí)際流體的區(qū)別僅在于，理想流體具有不可壓縮性。()第1章水靜力學(xué)1. 靜壓

2、強(qiáng)的特性(1) 垂直指向受壓面。(2) 在同一點(diǎn)各方向的靜壓強(qiáng)大小與受壓面方位無關(guān)2. 等壓面：等壓面是水平面的條件3. 水靜力學(xué)基本方程p zc pPoghg2. 基本概念位置水頭、壓強(qiáng)水頭、測(cè)壓管水頭、絕對(duì)壓強(qiáng)、相對(duì)壓強(qiáng)、真空壓強(qiáng)3. 靜壓強(qiáng)分布圖5點(diǎn)壓強(qiáng)的計(jì)算利用：等壓面、靜壓強(qiáng)基本方程。 解題思路：找等壓面 找已知點(diǎn)壓強(qiáng) 利用靜壓強(qiáng)基本方程推求。6作用在平面上的靜水總壓力圖解法：P b解析法：PghcA7作用在曲面上的靜水總壓力yDycIcycA關(guān)鍵：壓力體畫法以曲面為底面，向自由液面（自由液面延長(zhǎng)面）投影，曲面、鉛錘面、 自由液面所包圍的水體為壓力體。壓力體與水在同一側(cè)為實(shí)壓力體，鉛

3、錘分力 方向向下。反之，為虛壓力體，鉛錘分力方向向上。例1.流體內(nèi)部某點(diǎn)存在真空，是指（）（a）該點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)為正值（b）該點(diǎn)的相對(duì)壓強(qiáng)為正值（c ）該點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)為負(fù)值（d）該點(diǎn)的相對(duì)壓強(qiáng)為負(fù)值2. 流體內(nèi)部某點(diǎn)壓強(qiáng)為2個(gè)大氣壓，用液柱高度為（）a） 10米水柱 b） 22米水柱 c）20米水柱 d）25米水柱3. 無論流體作何種運(yùn)動(dòng)，流體內(nèi)任何一個(gè)水平面都是等壓面。（）第2章液體運(yùn)動(dòng)的流束理論1. 描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法：拉格朗日（Lagrange）法、歐拉（Euler）法2. 基本概念跡線和流線、流管、元流、總流和過水?dāng)嗝?、流量和斷面平均流速、一元流?二元流和三元流、恒定流與非恒定流、

4、均勻流與非均勻流；漸變流、急變流3.不可壓縮均質(zhì)流體連續(xù)性方程UxUyUz4.恒定總流連續(xù)方程:A1v1A2v25. 理想流體元流的能量方程Zi2Pi Ui_g 2gZ2P2g2 電2g6. 實(shí)際流體元流的能量方程2PiUiZig 2gP2g2U22ghw7. 實(shí)際流體恒定總流能量方程ZiPi2iViZiPi2g2 iVi2gP2g22V2hwi(1)Z2P2gg能量方程應(yīng)用注意事項(xiàng)（三選）基準(zhǔn)面：（可任選，以方便為原則）22V22ghwi 2(2)(3)計(jì)算點(diǎn)：（可任選，以方便為原則）過流斷面：（必須是均勻流或漸變流斷面，中間可為急變流）8. 恒定總流動(dòng)量方程iVi)分量形式:Q( 2V2x

5、iV2x)FxQ( 2 v2z1V2z)F z9. 動(dòng)量方程應(yīng)用注意事項(xiàng)(1) 選擇脫離體(控制面)(2) 建立坐標(biāo)系(3) 全面分析外力(4) 動(dòng)量方程為矢量式，流速、力均有方向。(5) 方程左邊為所取流段的動(dòng)量的變化率，一定是流出的動(dòng)量減去流入的動(dòng)量。10. 三大方程聯(lián)合應(yīng)用11. 定理對(duì)于任一物理過程，存在有 n個(gè)物理量，總可以寫成函數(shù)f(qq2,q3 qJ o若選擇其中m個(gè)物理量作為基本量，(流體力學(xué)中一般m 3，一個(gè)幾何量, 一個(gè)運(yùn)動(dòng)量，一個(gè)動(dòng)力量)，其他的物理量可以用這 3個(gè)基本量表示，寫為無量 綱的 式，共寫出(n 3)個(gè)有效 式，q44q q2 q3此物理過程可寫為：F ( 4

6、,5 6 n)0通過量綱和諧原理建立其物理量之間的關(guān)系，此乃定理。例.1.在水箱上接出一條等直徑圓管，末端設(shè)有閥門已控制流量，若水箱內(nèi)水面 不隨時(shí)間變化、當(dāng)閥門開度一定時(shí)，管中水流為(a)恒定均勻流(b)恒定非均勻流(c)非恒定均勻流(d )非恒定非均勻流 2恒定流一定是均勻流 3.在恒定流情況下，流線與跡線重合第3章液流型態(tài)與水頭損失1. 液體流動(dòng)的兩種型態(tài)層流：流體質(zhì)點(diǎn)互不摻混，做有條不紊的規(guī)則運(yùn)動(dòng)。紊流：流體質(zhì)點(diǎn)互相摻混，形成渦體，做雜亂無章的運(yùn)動(dòng)1. 流態(tài)的判別一雷諾數(shù)管流：Re四D vR非圓管或明渠水流：Re 2. 水頭損失Rec 2000Rec 500達(dá)西公式：hfd 2g3. 均

7、勻流基本公式固體邊界：4. 圓管過水?dāng)嗝嫔锨袘?yīng)力的分布gRJ流體內(nèi)部:gR'jrro2. 圓管中的層流運(yùn)動(dòng)dudy切應(yīng)力:斷面流速分布：u 嚴(yán)（r。2r2）4最大流速：（管軸線上）UmaxgJ r2斷面平均流速:gJ82r。1max2hf64 l v2Re d 3g64hfl v26. 紊流的特征Red 3g紊流中運(yùn)動(dòng)要素的脈動(dòng)瞬時(shí)流速:匕UxUx時(shí)均流速:UxT Ux(t)dtUx Ux脈動(dòng)流速:UxUxUx7. 紊流附加切應(yīng)力dudy1.0，1.0的原因8. 紊流流速分布對(duì)數(shù)曲線分布，流速分布均勻化了。此即9. 粘流底層受粘滯力作用，有一極薄層流體附在管壁上不流動(dòng)；在靠近固體邊界附

8、近表示。粘性底層的的液層做層流運(yùn)動(dòng)，稱之為粘性底層。粘性底層的厚度用 厚度不是一成不變的，與直徑、雷諾數(shù)、粗糙度有關(guān)。10.紊流分區(qū)絕對(duì)粗糙度K粘性底層紊流流核(1)水力光滑區(qū)K0.4(2)過渡粗糙區(qū)0.4K6(3)粗糙區(qū)(阻力平方區(qū))K6(C)11. 尼古拉茲實(shí)驗(yàn)I 區(qū)，Re<230Q 層流區(qū) 入=f (Re),II區(qū)，Re=23004000層流到紊流過渡區(qū)入=f (Re,K/d)III區(qū)，105<Re>4000紊流水力光滑 區(qū) 入=f (Re).IV區(qū)，過渡粗糙區(qū)，入=f （Re、K/d）.V區(qū)，粗糙管，入=f （K/d）.'阻力平方區(qū)'12.局部損失計(jì)算

9、公式:hjv2ghj2(Vi V2)2g2hjhj(1（A2i)22g2Vi12g2V222g(1AA21)2等直徑圓管中紊流的過流斷面流速分布是（a）呈拋物線分布（b）呈對(duì)數(shù)線分布（c）呈橢圓曲線分布（d）呈雙線分布2. 壁面粗糙的管道一定是水力粗糙管。（）3. 在進(jìn)行水力計(jì)算時(shí)，短管是指管道幾何長(zhǎng)度較短的管道。（）4臨界雷諾數(shù)的大小僅與流體的流速有關(guān)，與流體的性質(zhì)無關(guān)。（）5. 圓管中層流與紊流，其斷面流速分布有什么不同？試根據(jù)尼古拉茲試驗(yàn)，說明 紊流各區(qū)沿程阻力系數(shù) 與Re和K d的關(guān)系？7.層流與紊流的內(nèi)部切應(yīng)力有何不同？第4章有壓管中的恒定流1. 孔口分類：（1） 大孔口與小孔口（大

10、孔口 H 10 ;小孔口 - 10）dd（2）薄壁孔口與厚壁孔口(3) 自由出流與淹沒出流(4) 恒定出流與非恒定出流2.薄壁小孔口恒定出流!郭I流量公式：QA.2gH03.管嘴出流1右丄7P f£#0 W丄cJ丿ud"rc1| f =(3“4嗎流量公式：Q n A 2gH01.32Pc收縮斷面壓強(qiáng)：0.75H。QA.2gH°l dQA,2gH3總水頭線與測(cè)壓管水頭線的畫法。(1) 總水頭線測(cè)壓管水頭線。規(guī)律:(1) 總水頭線沿程總是下降的(2) 測(cè)壓管水頭線總是在總水頭線的下方。(反之)(3) 測(cè)壓管水頭線沿程可升可降。總水頭線與測(cè)壓管水頭線重合，為折線。6.

11、長(zhǎng)管的水力計(jì)算(1) 簡(jiǎn)單管路計(jì)算公式：H hf_Lv! 8g l Q2Q2 ld 2g c2 4R 2gA2 A2C2R流量模數(shù)H hf與K2粗糙區(qū)(v 1.2m/s):hfK2水力光滑區(qū)或紊流過渡區(qū)1.2m/s）Hhfkg還可表示為：H hfl v2d 2gl 16Q2 d 2g 2d4IQ2令:2d 5 （比阻）2粗糙區(qū)（V 1.2m/s）: H hf SIQ水力光滑區(qū)或紊流過渡區(qū)（v 1.2m/s）2H hf kSIQk 修正系數(shù)（2）串聯(lián)管路gliK2n2 計(jì)算原則：（1）HshQii 1（節(jié)點(diǎn)流量）（2） Qi qi Qi 1（3）并聯(lián)管路hf 3計(jì)算原則：（1） hf hf 1

12、hf 2n（2）Qi 0 （節(jié)點(diǎn)流量）i 1例：1.總水頭線與測(cè)壓管水頭線的基本規(guī)律之一，是：（a）總水頭線總是沿程升高。（b）總水頭線總是在測(cè)壓管水頭線的上方。（c）測(cè)壓管水頭線沿程升高。（d）測(cè)壓管水頭線總是沿程下降的。2. 外延管嘴的正常工作條件是（）（a）管長(zhǎng)等于3-4倍的管徑（b）作用水頭小于9米水柱（c）管長(zhǎng)lv（3-4）d，作用水頭大于9米水柱（b）管長(zhǎng)l =（3-4）d，作用水頭小于9米水柱第5章明渠恒定均勻流1.明渠的分類：（1）按渠身形式分類:棱柱形渠道非棱柱形渠道（2） 按底坡分類： 順坡渠道i 0 ；逆坡渠道i 0 ；平坡渠道i 0（3）按渠道斷面分類：梯形渠道、矩形渠

13、道、復(fù)式斷面渠道流動(dòng)形態(tài)：明渠恒定流、明渠非恒定流、明渠均勻流、明渠非均勻流明渠非均勻流又分為：急變流與漸變流2. 明渠均勻流的水力特征：（1） 底坡線、水面線、總水頭線，三線平行。i Jp J（2）水深、過流斷面的形狀、尺寸；斷面平均流速及流速分布沿程不變（3）水體重力沿水流方向的分力等于固體邊界對(duì)水流的摩阻力。3. 明渠均勻流動(dòng)的形成條件恒定流 渠道為長(zhǎng)、直棱柱型渠道 i和n沿程不變 順坡渠道i > 04. 明渠均勻流的基本公式v cRi Q ACJRiQ K JiK AC. R流量模數(shù)謝齊系數(shù)：C R 6 （曼寧公式）CRy （巴氏公式）nn5. 水力最優(yōu)斷面定義：在過流斷面的面積

14、、糙率、底坡一定前提下，通過流量最大的斷面（形狀、尺寸）。對(duì)于梯形斷面渠道：h （h）h 2（ 一1 m2 m）矩形渠道：h b 26. 明渠均勻流水力計(jì)算的基本問題（1）校核已建渠道的輸水能力：Q KiQ2第7章 水躍1、明渠水流流動(dòng)類型(2) 判別標(biāo)準(zhǔn)：方:干擾波波速弗勞德數(shù)臨界水深臨界底坡cx'ghmFrvhKiK流態(tài)Jghm緩流v cFr1.0hhKi iK臨界流v cFr1.0hhKi iK急流v cFr1.0hhki iK2. 斷面單位能量(斷面比能)EsvEs h2gEsf(h)臨界流方程:Q2AKBkq；)(矩形渠道：hK3. 跌水與水躍(1)跌水現(xiàn)象緩坡接陡坡的渠道緩

15、坡渠道末端有跌坎（2）水躍現(xiàn)象（1）水躍方程:Q2gAAy。f(h)(h)I!(h )（3水躍的類型臨界式水躍hthII（b）淹沒式水躍hthI!（c）遠(yuǎn)驅(qū)式水躍ht h4臨界水深、臨界底坡、緩坡、陡坡 5.水面曲線的定性繪制（緩坡、陡坡）水面曲線變化基本規(guī)律（1）所有a型、C型曲線都是壅水曲線。（2）所有b型曲線都是降水曲線。（3）水面曲線具有不同的凹凸性。性繪制水面曲線的方法與原則（1） 根據(jù)已知底坡或水深，按均勻流條件，判斷急流、緩流，確定N-N線與K-K 線。（2）視底坡改變或水工建筑物的影響，分析水流加速，還是減速，判斷水面曲 線是壅水曲線還是降水曲線。水流受阻，水流減速運(yùn)動(dòng)，水深變

16、大，為壅水曲線，反之為降水曲線。（3）把底坡改變或水工建筑物的影響，視為干擾，確定對(duì)上游的影響。若上游 急流，這個(gè)干擾形成的波不向上游傳播，上游水面為均勻流，水面線不變；若 為緩流，干擾波向上游傳播，上游水面曲線變化。（4）從急流到緩流出現(xiàn)水躍，從緩流到急流發(fā)生跌水。例: 1.明渠水流，從急流過渡到緩流，發(fā)生跌水。 （）2. 明渠水流，從急流過渡到緩流，發(fā)生跌水跌。 （）3. 跌水的形成條件是（）（a）從急流過渡到急流（b）從急流過渡到緩流（c）從緩流過渡到急流（d）從緩流過渡到緩流第8章堰流及閘孔出流1. 堰流的分類薄壁堰:0.6715寬頂堰：2.52.堰流基本公式MHO0.112A0.67

17、ff2.510.0Q mobV2gH0.5Q m0bj2gH1.51有側(cè)向收縮：Q m0 v2gH 1.5 淹沒出流：Q mo ；2gH 1.53、寬頂堰（1）寬頂堰自由出流水流特征：(1) 二次水面跌落。(2)堰頂上水流為急流。(2)寬頂堰淹沒出流水流特征：(1)一次水面跌落，下游出現(xiàn)動(dòng)能恢復(fù)z堰頂上水流為緩流。(3) 寬頂堰淹沒過程及淹沒標(biāo)準(zhǔn)淹沒標(biāo)準(zhǔn)：(1)必要條件：hs 0(2)充分條件：hs 0.8H o第12章 液體運(yùn)動(dòng)的流暢理論1. 質(zhì)點(diǎn)的速度、加速度UxUx(x, y,z)Uy Uy(x, y,z)速度：UzUz(x, y, z)質(zhì)點(diǎn)加速度的表達(dá)式(歐拉法)axUxUxUxUyUxUzUx2. 液體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的基本形式3. 有旋流與無旋流1 ( Uz2( 丁巴)x流體質(zhì)點(diǎn)（微團(tuán)）旋轉(zhuǎn)變形表達(dá)式1 ( Ux2(三Uzx對(duì)于有旋流Uy2( x7），對(duì)于無旋流（勢(shì)流）第14章恒定平面勢(shì)流的流速勢(shì)及流函數(shù)1勢(shì)函數(shù)和流函數(shù)UzuyyzUxUz對(duì)于無旋流，即zx（）（）式成立,UyUxxy是使Uxdx Uydy Uzdz成為某一函數(shù) （x, y,z）的全微分的