水力學(xué)總復(fù)習(xí)學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1水力學(xué)總復(fù)習(xí)水力學(xué)總復(fù)習(xí)(fx)第一頁，共58頁。2 第二章第二章 流體流體(lit)(lit)靜靜力學(xué)力學(xué) 一一. .靜壓強(qiáng)的特性靜壓強(qiáng)的特性(txng) (txng) 1.1.垂直指向受壓面。垂直指向受壓面。2.2.在同一點(diǎn)在同一點(diǎn)(y din)(y din)各方向的靜壓強(qiáng)大小與受壓面方位無關(guān)各方向的靜壓強(qiáng)大小與受壓面方位無關(guān). .二二. .液體平衡微分方程液體平衡微分方程 綜合式綜合式積分式積分式第2頁/共58頁第二頁，共58頁。3等壓面等壓面等壓面的性質(zhì)等壓面的性質(zhì)(xngzh)（1）等壓面為等勢面；）等壓面為等勢面；（2）等壓面與質(zhì)量）等壓面與質(zhì)量(zhling)力正交。力正

2、交。等壓面是水平面的條件等壓面是水平面的條件(tiojin)（1）單一重力單一重力（2）同一介質(zhì)同一介質(zhì)（3）連續(xù)）連續(xù)第3頁/共58頁第三頁，共58頁。42. 基本概念基本概念位置位置(wi zhi)水頭、壓強(qiáng)水頭、測壓管水頭水頭、壓強(qiáng)水頭、測壓管水頭 絕對(duì)壓強(qiáng)、相對(duì)壓強(qiáng)、真空壓強(qiáng)。絕對(duì)壓強(qiáng)、相對(duì)壓強(qiáng)、真空壓強(qiáng)。三三. .重力作用下靜水壓強(qiáng)的分布重力作用下靜水壓強(qiáng)的分布(fnb)(fnb)規(guī)律規(guī)律 1. 靜力學(xué)基本靜力學(xué)基本(jbn)方程方程第4頁/共58頁第四頁，共58頁。53. 靜壓強(qiáng)分布圖靜壓強(qiáng)分布圖第5頁/共58頁第五頁，共58頁。6四四. 點(diǎn)壓強(qiáng)點(diǎn)壓強(qiáng)(yqing)的計(jì)算的計(jì)算 1

3、.找已知點(diǎn)壓強(qiáng)； 2.找出等壓面； 3.由靜壓強(qiáng)基本方程(fngchng)逐步推求未知點(diǎn)壓強(qiáng);第6頁/共58頁第六頁，共58頁。7五五. . 作用在平面作用在平面(pngmin)(pngmin)上的上的靜水總壓力靜水總壓力第7頁/共58頁第七頁，共58頁。8五五. . 作用在曲面作用在曲面(qmin)(qmin)上的靜水總上的靜水總壓力壓力第8頁/共58頁第八頁，共58頁。9關(guān)鍵關(guān)鍵(gunjin)(gunjin)：壓：壓力體畫法力體畫法 以曲面為底面，向自由液面（自由液面延長面）投影(tuyng)，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，鉛錘分力方向向下。反

4、之，為虛壓力體，鉛錘分力方向向上。第9頁/共58頁第九頁，共58頁。10第三章第三章 流體流體(lit)運(yùn)動(dòng)學(xué)運(yùn)動(dòng)學(xué)一一. . 描述描述(mio sh)(mio sh)液體運(yùn)動(dòng)的液體運(yùn)動(dòng)的兩種方法兩種方法拉格朗日法拉格朗日法歐拉法歐拉法第10頁/共58頁第十頁，共58頁。11質(zhì)點(diǎn)加速度 遷移(qiny)加速度由流速不均勻由流速不均勻(jnyn)性引起性引起由流速由流速(li s)不恒定不恒定性引起性引起加速度加速度分量形分量形式式時(shí)間加速度第11頁/共58頁第十一頁，共58頁。12二、歐拉法的基本概念二、歐拉法的基本概念跡線和流線跡線和流線恒定流、非恒定流恒定流、非恒定流均勻流、非均勻流（漸變

5、流、急變流）均勻流、非均勻流（漸變流、急變流）流管、元流、總流和過流斷面流管、元流、總流和過流斷面流量流量(liling)和斷面平均流速和斷面平均流速一元流、二元流和三元流一元流、二元流和三元流第12頁/共58頁第十二頁，共58頁。13或或三三. . 連續(xù)性微分方程連續(xù)性微分方程(wi fn fn(wi fn fn chnchn) )第13頁/共58頁第十三頁，共58頁。14能量能量(nngling)方程方程實(shí) 際 液 體 恒 定實(shí) 際 液 體 恒 定(hngdng)總流的能總流的能量方程量方程理想流體元流能量理想流體元流能量(nngling)方程方程實(shí)際流體元流能量方程實(shí)際流體元流能量方程第

6、四章第四章 流體動(dòng)力學(xué)流體動(dòng)力學(xué)第14頁/共58頁第十四頁，共58頁。15例題例題1:1: 如圖示如圖示, ,有一供水系統(tǒng)有一供水系統(tǒng), ,集水井水面與水池水面高差集水井水面與水池水面高差 z=8m, z=8m, 水泵的揚(yáng)程水泵的揚(yáng)程H=15m,H=15m,水泵吸水管、壓水管水泵吸水管、壓水管d=0.2m,d=0.2m,管管路總的水頭損失路總的水頭損失 ， 為管中斷面平均為管中斷面平均(pngjn)(pngjn)流速流速, ,求供水流量求供水流量Q=?Q=?第15頁/共58頁第十五頁，共58頁。16恒定總流的動(dòng)量恒定總流的動(dòng)量(dngling)方程方程表面表面(biomin)(biomin)力

7、力、質(zhì)量力、固、質(zhì)量力、固體邊界的反作體邊界的反作用力用力 該方程是矢量方程，應(yīng)用時(shí)一般該方程是矢量方程，應(yīng)用時(shí)一般(ybn)都要寫成分量形都要寫成分量形式，一定是輸出的動(dòng)量減去輸入的動(dòng)量。式，一定是輸出的動(dòng)量減去輸入的動(dòng)量。第16頁/共58頁第十六頁，共58頁。17應(yīng)用應(yīng)用(yngyng)舉例舉例第17頁/共58頁第十七頁，共58頁。18總總 復(fù)復(fù) 習(xí)（習(xí)（2 2）第18頁/共58頁第十八頁，共58頁。19一一. .液體液體(yt)(yt)流動(dòng)的兩流動(dòng)的兩種型態(tài)種型態(tài) 液體液體(yt)(yt)質(zhì)點(diǎn)互不混摻，做有條不紊的直線運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)互不混摻，做有條不紊的直線運(yùn)動(dòng)； 1.1.層流層流(cn (c

8、n li)li) 形成渦體，液體質(zhì)點(diǎn)脈動(dòng)、互相摻混形成渦體，液體質(zhì)點(diǎn)脈動(dòng)、互相摻混；2.2.紊流紊流3. . 流態(tài)的判別流態(tài)的判別 雷諾數(shù)雷諾數(shù)表示慣性力與粘表示慣性力與粘滯力的對(duì)比關(guān)系滯力的對(duì)比關(guān)系圓管圓管非圓形斷面的管道或渠道非圓形斷面的管道或渠道 第五章第五章 流動(dòng)阻力與能量損失流動(dòng)阻力與能量損失第19頁/共58頁第十九頁，共58頁。20二二. .水頭水頭(shutu)(shutu)損損失失三三. .沿程水頭沿程水頭(shutu)(shutu)損損失的計(jì)算公式失的計(jì)算公式1. 1. 均勻均勻(jnyn)(jnyn)流基本方程流基本方程2. .圓管過水?dāng)嗝嫔锨袘?yīng)力的分布圓管過水?dāng)嗝嫔锨袘?yīng)力

9、的分布水力半徑水力半徑第20頁/共58頁第二十頁，共58頁。21四四. .圓管中的層流圓管中的層流(cn(cn li) li)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)圓管層流圓管層流(cn li)(cn li)中中流速為拋物型分布（旋流速為拋物型分布（旋轉(zhuǎn)拋物面）轉(zhuǎn)拋物面）第21頁/共58頁第二十一頁，共58頁。222.紊流切應(yīng)力(yngl)牛頓牛頓(ni dn)粘滯粘滯切應(yīng)力切應(yīng)力紊流附加紊流附加(fji)切應(yīng)力切應(yīng)力五五. .紊流的特征紊流的特征1. . 紊流中運(yùn)動(dòng)要素的脈動(dòng)紊流中運(yùn)動(dòng)要素的脈動(dòng)瞬時(shí)流速瞬時(shí)流速時(shí)均流速時(shí)均流速脈動(dòng)流速脈動(dòng)流速第22頁/共58頁第二十二頁，共58頁。233.3.粘性粘性(zhn (zhn

10、xnxn) )底層底層 紊流中，在固體邊界處，粘滯力起主要作用，靠近固體邊界紊流中，在固體邊界處，粘滯力起主要作用，靠近固體邊界處流體作層流運(yùn)動(dòng)，這層流體叫做粘性底層（厚度處流體作層流運(yùn)動(dòng)，這層流體叫做粘性底層（厚度0）。粘性）。粘性底層的厚度很薄，一般為十分底層的厚度很薄，一般為十分(shfn)之幾毫米。粘性底層在流之幾毫米。粘性底層在流體力學(xué)研究中有非常重要的意義。體力學(xué)研究中有非常重要的意義。 l l與雷諾數(shù)、沿程阻力與雷諾數(shù)、沿程阻力系數(shù)系數(shù)(xsh)(xsh)、管徑有關(guān)。、管徑有關(guān)。第23頁/共58頁第二十三頁，共58頁。244.4.紊流分區(qū)紊流分區(qū)(fn q)(fn q) 水力水力

11、(shul)(shul)光滑光滑管區(qū)管區(qū) 過渡過渡(gud)(gud)區(qū)區(qū) 水力粗糙管區(qū)水力粗糙管區(qū)水力光滑管、水力粗糙管不是一成不變的。水力光滑管、水力粗糙管不是一成不變的。第24頁/共58頁第二十四頁，共58頁。25層流流速分層流流速分布布紊流流速分紊流流速分布布拋物型分布拋物型分布(fnb)對(duì)數(shù)對(duì)數(shù)(du sh)分布分布5.5.圓管紊流流速圓管紊流流速(li (li s)s)分布分布紊流流速分布均勻化了，所以，工程上動(dòng)能紊流流速分布均勻化了，所以，工程上動(dòng)能修正系數(shù)修正系數(shù) ，動(dòng)量修正系數(shù)，動(dòng)量修正系數(shù) 。第25頁/共58頁第二十五頁，共58頁。26六六. .尼古拉茲試驗(yàn)?zāi)峁爬澰囼?yàn)(s

12、hyn)(shyn)（ 的變化的變化規(guī)律）規(guī)律）第26頁/共58頁第二十六頁，共58頁。27沿程損失系數(shù)沿程損失系數(shù)(xsh)(xsh)的五個(gè)的五個(gè)分區(qū)分區(qū)1I區(qū)，區(qū)，Re2300，層流區(qū)，層流區(qū)，=f (Re)=64/Re，hf v2II區(qū)，區(qū)，Re=23004000，層流到紊流過渡，層流到紊流過渡(gud)區(qū)，區(qū)， = f (Re)3III區(qū)，區(qū)， 4000 Re 0平坡平坡(平底坡平底坡) i = 0逆坡逆坡(反坡反坡) i 0 0 （順坡渠道）（順坡渠道）（運(yùn)動(dòng)條件）（運(yùn)動(dòng)條件）（幾何條件）（幾何條件）（動(dòng)力條件）（動(dòng)力條件）第43頁/共58頁第四十三頁，共58頁。44（三）明渠（三）

13、明渠(mn(mn q) q)均勻流均勻流的基本公式的基本公式C-C-謝才系數(shù)謝才系數(shù)(xsh)(xsh)（動(dòng)力（動(dòng)力(dngl)方程）方程）（連續(xù)性方程連續(xù)性方程）流量模數(shù)流量模數(shù)曼寧公式：曼寧公式：巴氏公式：巴氏公式：第44頁/共58頁第四十四頁，共58頁。45（1）水力）水力(shul)最優(yōu)最優(yōu)斷面斷面 定義：定義： 過流斷面的面積、糙率、底坡一定，通過的過流斷面的面積、糙率、底坡一定，通過的流量流量(liling)(liling)最大的斷面形狀與尺寸。最大的斷面形狀與尺寸。 梯形梯形(txng)斷面最佳斷面最佳寬深比寬深比水力最優(yōu)不一定工程最優(yōu)水力最優(yōu)不一定工程最優(yōu)!（四）水力最優(yōu)斷面（

14、四）水力最優(yōu)斷面 第45頁/共58頁第四十五頁，共58頁。46（一）流動(dòng)類型及判別（一）流動(dòng)類型及判別(pnbi)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)二、二、 明渠恒定明渠恒定(hngdng)非均勻流非均勻流 方法類別緩流緩流臨界流臨界流急流急流第46頁/共58頁第四十六頁，共58頁。47（二）斷面（二）斷面(dun min)(dun min)單位能量（斷面單位能量（斷面(dun min)(dun min)比能）比能）臨界臨界(ln ji)水水深與臨界深與臨界(ln ji)流方程流方程矩形渠道矩形渠道(qdo)臨界水深臨界水深普通形式普通形式第47頁/共58頁第四十七頁，共58頁。48 水流從緩流向急流過渡的局部水流從緩

15、流向急流過渡的局部(jb)(jb)水力現(xiàn)象，稱跌水（水跌）。水力現(xiàn)象，稱跌水（水跌）。 水流從緩流向水流從緩流向(li xin)(li xin)急流過渡將經(jīng)過臨界水深，產(chǎn)生水面跌急流過渡將經(jīng)過臨界水深，產(chǎn)生水面跌落。落。（三）水跌與水躍1.1.跌水跌水(dishu(dishu)第48頁/共58頁第四十八頁，共58頁。492.2.水躍水躍 水流從急流過渡到緩流時(shí)，發(fā)生的水面突然躍起的局部水水流從急流過渡到緩流時(shí)，發(fā)生的水面突然躍起的局部水力現(xiàn)象力現(xiàn)象(xinxing)(xinxing)，稱為水躍。，稱為水躍。共軛水深：共軛水深：水躍方程水躍方程(fngchng)第49頁/共58頁第四十九頁，共5

16、8頁。503. 3. 水躍的型式水躍的型式(xn(xn sh) sh)遠(yuǎn)驅(qū)式水躍遠(yuǎn)驅(qū)式水躍臨界臨界(ln ji)式水躍式水躍淹沒淹沒(ynm)式水躍式水躍第50頁/共58頁第五十頁，共58頁。51（五）棱柱形渠道（五）棱柱形渠道(qdo)(qdo)中漸變流水面曲線定中漸變流水面曲線定性分析性分析緩緩坡坡渠渠道道第51頁/共58頁第五十一頁，共58頁。52陡陡坡坡渠渠道道第52頁/共58頁第五十二頁，共58頁。53第九章第九章 堰流堰流一一. .堰的分類堰的分類(fn li)(fn li)（1）按）按/H大小大小(dxio)薄壁堰薄壁堰實(shí)用實(shí)用(shyng)堰堰淹沒出流淹沒出流寬頂堰寬頂堰（2 2）按水流形態(tài)）按水流形態(tài)自由出流自由出流第53頁/共58頁第五十三頁，共58頁。54二二. .堰流基本堰流基本(jbn)(jbn)公公式式三、寬頂堰自由三、寬頂堰自由(zyu)(zyu)出流水力出流水力特征特征水面水面(shu (shu min)min)兩次跌落兩次跌落堰頂水流為急流堰頂水流為急流第54頁/共58頁第五十四頁，共58頁。55三、寬頂堰淹沒三、寬頂堰淹沒(y