水力學(xué)第四章第四節(jié)課件

4水動(dòng)力學(xué)基本原理4水動(dòng)力學(xué)基本原理14.1理想液體運(yùn)動(dòng)的微分方程4.2理想液體的伯努利方程4.3實(shí)際液體恒定元流的能量方程4.4均勻流與非均勻流4.5實(shí)際液體恒定總流的能量方程4.6恒定總流的動(dòng)量方程4.7因次分析4.1理想液體運(yùn)動(dòng)的微分方程4.2理想液體的伯努2當(dāng)流線為相互平行的直線時(shí)，或不存在位變加速度的流動(dòng)4.4均勻流與非均勻流4.4.0定義當(dāng)流線為相互平行的直線時(shí)，或不存在位變加31

過(guò)水?dāng)嗝鏋槠矫?，且其形狀和尺寸沿程不?.4.1均勻流的特征1

過(guò)水?dāng)嗝鏋槠矫妫移湫螤詈统叽缪爻滩蛔?.4.142同一流線上不同處的流速相等，沿程各過(guò)水?dāng)嗝娴牧魉俜植夹螤钕嗤?、斷面平均流速相等。uAuBuB=uA2同一流線上不同處的流速相等，沿程各過(guò)水?dāng)嗝鎢A52同一流線上不同位置處流速相等，沿程各過(guò)水?dāng)嗝娴牧魉俜植夹螤钕嗤?、斷面平均流速相等。uA=uBuBuA2同一流線上不同位置處流速相等，沿程各過(guò)水?dāng)鄒A62同一流線上不同位置處流速相等，沿程各過(guò)水?dāng)嗝娴牧魉俜植?、斷面平均流速相等。不同流線上的速度可以不同。vA=vBvBvA2同一流線上不同位置處流速相等，沿程各vA73過(guò)水?dāng)嗝嫔蟿?dòng)水壓強(qiáng)分布規(guī)律和靜水壓強(qiáng)分布規(guī)律相同，即同一過(guò)水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)的測(cè)壓管水頭相等，但不同流程的過(guò)水?dāng)嗝嫔?測(cè)壓管水頭不相同。

3過(guò)水?dāng)嗝嫔蟿?dòng)水壓強(qiáng)分布規(guī)律和靜水壓強(qiáng)分8z21122z1C1C2p2

γ

p1

γ

C1

≠C2z21122z1C1C2p2γp1γC1≠91

過(guò)水?dāng)嗝鏋槠矫?，且其形狀和尺寸沿程不?同一流線上不同處流速相等，沿程各過(guò)水?dāng)嗝娴牧魉俜植夹螤钕嗤?、斷面平均流速相等?.4.1均勻流的特征3過(guò)水?dāng)嗝嫔蟿?dòng)水壓強(qiáng)分布規(guī)律與靜水壓強(qiáng)分布規(guī)律相同，即在同一過(guò)水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)的測(cè)壓管水頭相等，但不同流程的過(guò)水?dāng)嗝嫔系臏y(cè)壓管水頭不相同。

1

過(guò)水?dāng)嗝鏋槠矫妫移湫螤詈统叽缪爻滩蛔?100zpp+dpndAdnpg0z+dzαdA證明：從運(yùn)動(dòng)的液體中沿過(guò)水?dāng)嗝娣较蛉∫粋€(gè)微元柱體0zpp+dpndAdnpg0z+dzαdA證明：110zpp+dpndAdnpg0z+dzαdA質(zhì)量力有重力、n方向無(wú)慣性力

動(dòng)水壓力、重力在垂直于水流方向n的投影為

0zpp+dpndAdnpg0z+dzαdA質(zhì)量力有重力120zpp+dpndAdnpg0z+dzαdA動(dòng)水壓力、重力在垂直于水流方向n的投影為

0zpp+dpndAdnpg0z+dzαdA動(dòng)水壓力、重力在130zpp+dpndAdnpg0z+dzαdA動(dòng)水壓力、重力在垂直于水流方向n的投影為

0zpp+dpndAdnpg0z+dzαdA動(dòng)水壓力、重力在140zpp+dpndAdnpg0z+dzαdA動(dòng)水壓力、重力在垂直于水流方向n的投影為

0zpp+dpndAdnpg0z+dzαdA動(dòng)水壓力、重力在15若流線不是相互平行的直線，稱非均勻流。按流線不平行和彎曲的程度，可將非均勻流分為兩種類型1漸變流（緩變流）

2急變流4.4.2非均勻流若流線不是相互平行的直線，稱非均勻流。按161漸變流（緩變流）流線雖不平行，但接近平行直線；流線之間夾角小，或流線曲率半徑較大，均可視為漸變流。漸變流的極限就是均勻流1漸變流（緩變流）流線雖不平行，但接近平行直17標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)試驗(yàn)比較確定。如果假定的漸變流斷面上，動(dòng)水壓強(qiáng)分布近似為靜水壓強(qiáng)分布規(guī)律，并且所求出的動(dòng)水壓力和實(shí)際情況（試驗(yàn)）較為吻合，則可視為漸變流斷面。標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)試驗(yàn)比較確定。如果假定的漸變流斷18本質(zhì)沿流動(dòng)垂直的方向慣性力（加速度）可以忽略不計(jì)。例如，離心力。本質(zhì)沿流動(dòng)垂直的方向慣性力（加速度）19漸變流流動(dòng)區(qū)域漸變流過(guò)水?dāng)嗝嬉粋€(gè)逐漸擴(kuò)散的管道，如果漸變段很長(zhǎng)，則可認(rèn)為是漸變流流動(dòng)區(qū)域漸變流流動(dòng)區(qū)域漸變流過(guò)水?dāng)嗝嬉粋€(gè)逐漸擴(kuò)散的管道，如果漸變段很20H11cc00d2A漸變流斷面v0vc水箱的來(lái)流斷面和收縮斷面是漸變流斷面H11cc00d2A漸變流斷面v0vc水箱的來(lái)流斷面和收縮斷2111管道出口斷面1-1是漸變流斷面11管道出口斷面1-1是漸變流斷面22管道或明渠突然擴(kuò)散和突然縮小附近為急變流突然縮小突然擴(kuò)大管道或明渠突然擴(kuò)散和突然縮小附近為急變流突然縮小突然擴(kuò)大23漸變流區(qū)域和斷面漸變流區(qū)域和斷面漸變流區(qū)域和斷面漸變流區(qū)域和斷面24判斷漸變流與水流邊界關(guān)系密切漸變流：水流邊界平行的直線邊界處的水流急變流：管道轉(zhuǎn)彎斷面突然擴(kuò)大或縮小明渠水面急劇變處判斷漸變流與水流邊界關(guān)系密切漸變流：水流邊25漸變流斷面上動(dòng)水壓強(qiáng)分布規(guī)律固體邊界約束的漸變流過(guò)水?dāng)嗝鎰?dòng)水壓強(qiáng)符合靜水壓強(qiáng)分布規(guī)律漸變流漸變流斷面上動(dòng)水壓強(qiáng)分布規(guī)律漸變流26漸變流斷面上動(dòng)水壓強(qiáng)分布規(guī)律：水流射入大氣中時(shí)的漸變流斷面，動(dòng)水壓強(qiáng)不服從靜水壓強(qiáng)分布規(guī)律例如，孔口收縮斷面，其上流線近似平行，各點(diǎn)均與大氣接觸，壓強(qiáng)約為大氣壓強(qiáng)。

漸變流漸變流斷面上動(dòng)水壓強(qiáng)分布規(guī)律：漸變流27漸變流斷面上動(dòng)水壓強(qiáng)分布規(guī)律固體邊界約束的漸變流過(guò)水?dāng)嗝?，?dòng)水壓強(qiáng)符合靜水壓強(qiáng)分布規(guī)律水流射入大氣中時(shí)的漸變流斷面，動(dòng)水壓強(qiáng)不服從靜水壓強(qiáng)分布規(guī)律。

漸變流漸變流斷面上動(dòng)水壓強(qiáng)分布規(guī)律漸變流28H11cc00d2Ap0v0H11cc00d2Ap0v0292急變流流線間交角很大，或流線曲率半徑很小的流動(dòng)

本質(zhì)

沿流動(dòng)垂直方向存在慣性力，如離心力特征

急變流斷面上動(dòng)水壓強(qiáng)不符合靜水壓強(qiáng)分布規(guī)律2急變流流線間交角很大，或流線曲率半徑很小的流動(dòng)本質(zhì)30H11cc00d2A急變流區(qū)域H11cc00d2A急變流區(qū)域31兩種典型的水流水流流過(guò)凸曲面（立面轉(zhuǎn)彎）水流流過(guò)凹曲面（立面轉(zhuǎn)彎）兩種典型的水流水流流過(guò)凸曲面（立面轉(zhuǎn)彎）水流流過(guò)凹曲面（立32水流流過(guò)凸曲面（立面轉(zhuǎn)彎）nRgaHγH水流流過(guò)凸曲面（立面轉(zhuǎn)彎）nRgaHγH33水流流過(guò)凸曲面（立面轉(zhuǎn)彎）nRgaHλγH<γH水流流過(guò)凸曲面（立面轉(zhuǎn)彎）nRgaHλγH<γ34ngaR水流流過(guò)凹曲面（立面轉(zhuǎn)彎）

HaγH

λγHngaR水流流過(guò)凹曲面（立面轉(zhuǎn)彎）HaγHλγH353管道平面轉(zhuǎn)彎nsR111-1剖面管道頂部壓強(qiáng)分布3管道平面轉(zhuǎn)彎nsR111-1剖面管道頂部壓強(qiáng)分布364水動(dòng)力學(xué)基本原理4水動(dòng)力學(xué)基本原理374.1理想液體運(yùn)動(dòng)的微分方程4.2理想液體的伯努利方程4.3實(shí)際液體恒定元流的能量方程4.4均勻流與非均勻流4.5實(shí)際液體恒定總流的能量方程4.6恒定總流的動(dòng)量方程4.7因次分析4.1理想液體運(yùn)動(dòng)的微分方程4.2理想液體的伯努38當(dāng)流線為相互平行的直線時(shí)，或不存在位變加速度的流動(dòng)4.4均勻流與非均勻流4.4.0定義當(dāng)流線為相互平行的直線時(shí)，或不存在位變加391

過(guò)水?dāng)嗝鏋槠矫?，且其形狀和尺寸沿程不?.4.1均勻流的特征1

過(guò)水?dāng)嗝鏋槠矫妫移湫螤詈统叽缪爻滩蛔?.4.1402同一流線上不同處的流速相等，沿程各過(guò)水?dāng)嗝娴牧魉俜植夹螤钕嗤嗝嫫骄魉傧嗟?。uAuBuB=uA2同一流線上不同處的流速相等，沿程各過(guò)水?dāng)嗝鎢A412同一流線上不同位置處流速相等，沿程各過(guò)水?dāng)嗝娴牧魉俜植夹螤钕嗤?、斷面平均流速相等。uA=uBuBuA2同一流線上不同位置處流速相等，沿程各過(guò)水?dāng)鄒A422同一流線上不同位置處流速相等，沿程各過(guò)水?dāng)嗝娴牧魉俜植肌嗝嫫骄魉傧嗟?。不同流線上的速度可以不同。vA=vBvBvA2同一流線上不同位置處流速相等，沿程各vA433過(guò)水?dāng)嗝嫔蟿?dòng)水壓強(qiáng)分布規(guī)律和靜水壓強(qiáng)分布規(guī)律相同，即同一過(guò)水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)的測(cè)壓管水頭相等，但不同流程的過(guò)水?dāng)嗝嫔?測(cè)壓管水頭不相同。

3過(guò)水?dāng)嗝嫔蟿?dòng)水壓強(qiáng)分布規(guī)律和靜水壓強(qiáng)分44z21122z1C1C2p2

γ

p1

γ

C1

≠C2z21122z1C1C2p2γp1γC1≠451

過(guò)水?dāng)嗝鏋槠矫?，且其形狀和尺寸沿程不?同一流線上不同處流速相等，沿程各過(guò)水?dāng)嗝娴牧魉俜植夹螤钕嗤?、斷面平均流速相等?.4.1均勻流的特征3過(guò)水?dāng)嗝嫔蟿?dòng)水壓強(qiáng)分布規(guī)律與靜水壓強(qiáng)分布規(guī)律相同，即在同一過(guò)水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)的測(cè)壓管水頭相等，但不同流程的過(guò)水?dāng)嗝嫔系臏y(cè)壓管水頭不相同。

1

過(guò)水?dāng)嗝鏋槠矫?，且其形狀和尺寸沿程不?460zpp+dpndAdnpg0z+dzαdA證明：從運(yùn)動(dòng)的液體中沿過(guò)水?dāng)嗝娣较蛉∫粋€(gè)微元柱體0zpp+dpndAdnpg0z+dzαdA證明：470zpp+dpndAdnpg0z+dzαdA質(zhì)量力有重力、n方向無(wú)慣性力

動(dòng)水壓力、重力在垂直于水流方向n的投影為

0zpp+dpndAdnpg0z+dzαdA質(zhì)量力有重力480zpp+dpndAdnpg0z+dzαdA動(dòng)水壓力、重力在垂直于水流方向n的投影為

0zpp+dpndAdnpg0z+dzαdA動(dòng)水壓力、重力在490zpp+dpndAdnpg0z+dzαdA動(dòng)水壓力、重力在垂直于水流方向n的投影為

0zpp+dpndAdnpg0z+dzαdA動(dòng)水壓力、重力在500zpp+dpndAdnpg0z+dzαdA動(dòng)水壓力、重力在垂直于水流方向n的投影為

0zpp+dpndAdnpg0z+dzαdA動(dòng)水壓力、重力在51若流線不是相互平行的直線，稱非均勻流。按流線不平行和彎曲的程度，可將非均勻流分為兩種類型1漸變流（緩變流）

2急變流4.4.2非均勻流若流線不是相互平行的直線，稱非均勻流。按521漸變流（緩變流）流線雖不平行，但接近平行直線；流線之間夾角小，或流線曲率半徑較大，均可視為漸變流。漸變流的極限就是均勻流1漸變流（緩變流）流線雖不平行，但接近平行直53標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)試驗(yàn)比較確定。如果假定的漸變流斷面上，動(dòng)水壓強(qiáng)分布近似為靜水壓強(qiáng)分布規(guī)律，并且所求出的動(dòng)水壓力和實(shí)際情況（試驗(yàn)）較為吻合，則可視為漸變流斷面。標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)試驗(yàn)比較確定。如果假定的漸變流斷54本質(zhì)沿流動(dòng)垂直的方向慣性力（加速度）可以忽略不計(jì)。例如，離心力。本質(zhì)沿流動(dòng)垂直的方向慣性力（加速度）55漸變流流動(dòng)區(qū)域漸變流過(guò)水?dāng)嗝嬉粋€(gè)逐漸擴(kuò)散的管道，如果漸變段很長(zhǎng)，則可認(rèn)為是漸變流流動(dòng)區(qū)域漸變流流動(dòng)區(qū)域漸變流過(guò)水?dāng)嗝嬉粋€(gè)逐漸擴(kuò)散的管道，如果漸變段很56H11cc00d2A漸變流斷面v0vc水箱的來(lái)流斷面和收縮斷面是漸變流斷面H11cc00d2A漸變流斷面v0vc水箱的來(lái)流斷面和收縮斷5711管道出口斷面1-1是漸變流斷面11管道出口斷面1-1是漸變流斷面58管道或明渠突然擴(kuò)散和突然縮小附近為急變流突然縮小突然擴(kuò)大管道或明渠突然擴(kuò)散和突然縮小附近為急變流突然縮小突然擴(kuò)大59漸變流區(qū)域和斷面漸變流區(qū)域和斷面漸變流區(qū)域和斷面漸變流區(qū)域和斷面60判斷漸變流與水流邊界關(guān)系密切漸變流：水流邊界平行的直線邊界處的水流急變流：管道轉(zhuǎn)彎斷面突然擴(kuò)大或縮小明渠水面急劇變處判斷漸變流與水流邊界關(guān)系密切漸變流：水流邊61漸變流斷面上動(dòng)水壓強(qiáng)分布規(guī)律固體邊界約束的漸變流過(guò)水?dāng)嗝鎰?dòng)水壓強(qiáng)符合靜水壓強(qiáng)分布規(guī)律漸變流漸變流斷面上動(dòng)水壓強(qiáng)分布規(guī)律漸變流62漸變流斷面上動(dòng)水壓強(qiáng)分布規(guī)律：水流射入大氣中時(shí)的漸變流斷面，動(dòng)水壓強(qiáng)不服從靜水壓強(qiáng)分布規(guī)律例如，孔口收縮斷面，其上流線近似平行，各點(diǎn)均與大氣接觸，壓強(qiáng)約為大氣壓強(qiáng)。

漸變流漸變流斷面上動(dòng)水壓強(qiáng)分布規(guī)律：漸