水力学知识点概要.doc

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1、知识点第 0 章 绪论1. 连续介质2. 实际流体模型 由质点组成的连续体 , 具有：易流动性、粘滞性、不可压缩性、不计表面张 力的性质 .3. 粘滞性：牛顿内摩擦定律dy4. 理想流体模型：不考虑粘滞性。5. 作用在液体上的力：质量力、表面力第 1 章 水静力学1. 静压强的特性(1) 垂直指向受压面。(2) 在同一点各方向的静压强大小与受压面方位无关2. 等压面：等压面是水平面的条件3. 水静力学基本方程p p0gh2. 基本概念位置水头、压强水头、测压管水头 、绝对压强、相对压强、真空压强3. 静压强分布图5. 点压强的计算 利用：等压面、静压强基本方程。解题思路： 找等压面 找已知点压

2、强 利用静压强基本方程推求。6 作用在平面上的静水总压力图解法： P b 解析法： PghcAyDyc7. 作用在曲面上的静水总压力ycA关键：压力体画法以曲面为底面，向自由液面(自由液面延长面)投影，曲面、铅锤面、 自由液面所包围的水体为压力体。压力体与水在同一侧为实压力体，铅锤分力 方向向下。反之，为虚压力体，铅锤分力方向向上。例 1. 流体内部某点存在真空，是指a) 该点的绝对压强为正值b) 该点的相对压强为正值c) 该点的绝对压强为负值d) 该点的相对压强为负值2. 流体内部某点压强为 2 个大气压，用液柱高度为a) 10 米水柱 b) 22 米水柱 c)20 米水柱 d)25 米水柱

3、3. 无论流体作何种运动，流体内任何一个水平面都是等压面。 ( )第 2 章 液体运动的流束理论1. 描述流体运动的两种方法：拉格朗日 (Lagrange) 法、欧拉 (Euler) 法2. 基本概念迹线和流线、流管、元流、总流和过水断面、流量和断面平均流速、一元流、 二元流和三元流、恒定流与非恒定流、均匀流与非均匀流；渐变流、急变流3. 不可压缩均质流体连续性方程ux uyuz4. 恒定总流连续方程： A1v1 A2v25. 理想流体元流的能量方程z12p1 u1g 2gz22p2 u22g6. 实际流体元流的能量方程2 z1 p1 u12g 2gz2p2g2u2 '2h'w

4、2g7. 实际流体恒定总流能量方程2z p11v1z1z2 p2 g 2g 22 z p11v12z12v2g 2ghw1 2g 2g2H z2 p2 2v22 hg 2gw1 2能量方程应用注意事项（三选）1）基准面：（可任选，以方便为原则）2）3）计算点：（可任选，以方便为原则）8. 恒定总流动量方程Q（ 2v21v1）F分量形式：Q（ 2v2x1v2x ）FxQ（ 2v2y1v2 y）FyQ（ 2v2z1v2z ）Fz9. 动量方程应用注意事项（1）选择脱离体（控制面）（2）建立坐标系（3）全面分析外力（4）动量方程为矢量式，流速、力均有方向。5）方程左边为所取流段的动量的变化率，一定是

5、流出的动量减去流入的动量。10. 三大方程联合应用对于任一物理过程，存在有 n 个物理量，总可以写成函数f (q1,q2,q3 qn ) 0若选择其中 m 个物理量作为基本量， （流体力学中一般 m 3 ，一个几何量， 一个运动量，一个动力量） ，其他的物理量可以用这 3 个基本量表示，写为无量 纲的 式， 共写出 （n 3） 个有效 式，q44q1 q2 q3此物理过程可写为： F（ 4, 5 6 n ） 0通过量纲和谐原理建立其物理量之间的关系，此乃定理。 例 .1. 在水箱上接出一条等直径圆管， 末端设有阀门已控制流量， 若水箱内水面不随时间变化、当阀门开度一定时，管中水流为 （ ） （

6、a）恒定均匀流 （b）恒定非均匀流 （c）非恒定均匀流 （d）非恒定非均匀流 2. 恒定流一定是均匀流。（ ）3. 在恒定流情况下，流线与迹线重合。（ ）第 3 章 液流型态与水头损失1. 液体流动的两种型态层流：流体质点互不掺混，做有条不紊的规则运动。 紊流：流体质点互相掺混，形成涡体，做杂乱无章的运动1. 流态的判别 雷诺数管流： Re vdvR非圆管或明渠水流： ReRec 2000Rec 5002. 水头损失达西公式： h fl v2d 2g流体内部：gR' J3. 均匀流基本公式固体边界： 0 gRJ4. 圆管过水断面上切应力的分布r02. 圆管中的层流运动du切应力：dy断

7、面流速分布：gJ224 (r02 r 2)gJ 2最大流速：（管轴线上）umax 4 r 0断面平均流速：v gJ r02801uu max2 max264 l v2hff Re d 3g64Rehflvd 3g6. 紊流的特征紊流中运动要素的脉动瞬时流速：ux(t) ux u'x时均流速：1' ux T ux (t)dt ux ux脉动流速：ux' ux ux7. 紊流附加切应力du l 2(du)2dy dy8. 紊流流速分布v ln y c对数曲线分布，流速分布均匀化了。此即1.0，1.0 的原因。9. 粘流底层 受粘滞力作用，有一极薄层流体附在管壁上不流动；在靠

8、近固体边界附近的液层做层流运动，称之为粘性底层。粘性底层的厚度用 表示。粘性底层的 厚度不是一成不变的，与直径、雷诺数、粗糙度有关。10. 紊流分区绝对粗糙度 K 粘性底层 紊流流核1）水力光滑区K 0.42）过渡粗糙区0.4 K 63）粗糙区（阻力平方区） K 611. 尼古拉兹实验12. 局部损失计算公式：hj2g突然放大局部损失计算公式的推导。hj(v1 v2)I 22g(1A1 ) 2A2)A22(AA21 1)2等直径圆管中紊流的过流断面流速分布是（a）呈抛物线分布（b） 呈对数线分布（c）呈椭圆曲线分布（d） 呈双线分布2. 壁面粗糙的管道一定是水力粗糙管。（ ）3. 在进行水力计

9、算时，短管是指管道几何长度较短的管道。（ ）,说明4. 临界雷诺数的大小仅与流体的流速有关，与流体的性质无关。 （5. 圆管中层流与紊流， 其断面流速分布有什么不同？试根据尼古拉兹试验 紊流各区沿程阻力系数 与Re和K d的关系？7. 层流与紊流的内部切应力有何不同？第 4 章 有压管中的恒定流1. 孔口分类：（1）大孔口与小孔口 （大孔口 H 10 ；小孔口 H 10 ） dd（2）薄壁孔口与厚壁孔口（3）自由出流与淹没出流（4）恒定出流与非恒定出流2. 薄壁小孔口恒定出流流量公式： Q A 2gH 03. 管嘴出流流量公式： Qn A 2gH0n 1.32 ，收缩断面压强：pc0.75H

10、0Q A 2gH3. 总水头线与测压管水头线的画法。（1）总水头线测压管水头线。 规律：（1）总水头线沿程总是下降的。（2）测压管水头线总是在总水头线的下方。 （反之）（3）测压管水头线沿程可升可降。总水头线与测压管水头线重合，为折线。6. 长管的水力计算令KAC R 流量模数1）简单管路H h l v2 8g l Q2Q 2 l计算公式：H h f2 2 2 2 lf d 2g c2 4R 2gA2 A2C2 RKQ22lK2粗糙区（ v 1.2m/ s）：QK22lK2水力光滑区或紊流过渡区v 1.2m/ s )H hfkQ2lK2还可表示为： H hfl v2l 16Q2d 2gd 2g

11、 2d 4g 2d5 lQ8 s 令： g 2d 5 （比阻）2粗糙区（ v 1.2m/s）： H hf SlQ2 水力光滑区或紊流过渡区（ v 1.2m/ s ）2HhfkSlQ k 修正系数（2）串联管路n n Qi2 2i 计算原则：（1） Hsi li QiH2 lii 1 i 1 Ki2） Q i qi Qi 1 （节点流量）3）并联管路计算原则：（1） hf hf1 hf 2 hf3 n（2）Qi 0 （节点流量）i1例： 1. 总水头线与测压管水头线的基本规律之一，是： （ ） （a ）总水头线总是沿程升高。 （b）总水头线总是在测压管水头线的上方。 （c）测压管水头线沿程升高。

12、 （ d）测压管水头线总是沿程下降的。2. 外延管嘴的正常工作条件是 （ ）（a） 管长等于 3-4 倍的管径（b）作用水头小于 9 米水柱（c）管长l （3-4）d ，作用水头大于 9 米水柱（b） 管长l =（3-4）d ，作用水头小于 9 米水柱第 5 章 明渠恒定均匀流1. 明渠的分类：（ 1）按渠身形式分类：棱柱形渠道 非棱柱形渠道（2）按底坡分类： 顺坡渠道 i 0 ；逆坡渠道 i 0；平坡渠道 i 0（3）按渠道断面分类：梯形渠道、矩形渠道、复式断面渠道 流动形态：明渠恒定流、明渠非恒定流、明渠均匀流、明渠非均匀流 明渠非均匀流又分为：急变流与渐变流2. 明渠均匀流的水力特征：（

13、1）底坡线、水面线、总水头线，三线平行。 iJPJ（2）水深、过流断面的形状、尺寸；断面平均流速及流速分布沿程不变 （3）水体重力沿水流方向的分力等于固体边界对水流的摩阻力。3. 明渠均匀流动的形成条件 恒定流 渠道为长、直棱柱型渠道 i 和 n 沿程不变 顺坡渠道 i > 04、明渠均匀流的基本公式 v c Ri Q AC RiQ K i K AC R 流量模数1 1 1 y 谢齐系数： C R 6 （曼宁公式） C Ry （巴氏公式） nn5、水力最优断面定义：在过流断面的面积、糙率、底坡一定前提下，通过流量最大的断面（形状、尺寸）。b对于梯形断面渠道： h （bh） h 2（ 1

14、m2 m） 矩形渠道： h b 26. 明渠均匀流水力计算的基本问题（1）校核已建渠道的输水能力：Q K iQ2第 7 章 水跃1、明渠水流流动类型2）判别标准：方干扰波波速弗劳德数临界水深临界底坡法c ghmFr vghmhKiK流态缓流vcFr 1.0h hKi i K临界流vcFr 1.0h hKi i Kf (h)h2ggg2 vAK3BKQ2EsEsEsh 2gQA222gA2临界流方程：矩形渠道 :）hK3q23. 跌水与水跃1）跌水现象缓坡接陡坡的渠道缓坡渠道末端有跌坎2）水跃现象急流vcFr 1.0h hki i K2. 断面单位能量（断面比能）1）水跃方程：Q2gAAyc f

15、 (h) (h')(h")3）水跃的类型临界式水跃hth（b） 淹没式水跃 ht h（c） 远驱式水跃 ht h4. 临界水深、临界底坡、缓坡、陡坡5. 水面曲线的定性绘制（缓坡、陡坡）水面曲线变化基本规律（1）所有 a型、C 型曲线都是壅水曲线。（2）所有 b 型曲线都是降水曲线。（ 3）水面曲线具有不同的凹凸性 。性绘制水面曲线的方法与原则（ 1）根据已知底坡或水深，按均匀流条件，判断急流、缓流，确定N-N 线与K-K 线。（2）视底坡改变或水工建筑物的影响，分析水流加速，还是减速，判断水面曲 线是壅水曲线还是降水曲线。水流受阻，水流减速运动，水深变大，为壅水曲 线，反之

16、为降水曲线。（3）把底坡改变或水工建筑物的影响，视为干扰，确定对上游的影响。若上游 急流，这个干扰形成的波不向上游传播，上游水面为均匀流，水面线不变；若 为缓流，干扰波向上游传播，上游水面曲线变化。（4）从急流到缓流出现水跃，从缓流到急流发生跌水。例： 1. 明渠水流，从急流过渡到缓流，发生跌水。 （ ）2. 明渠水流，从急流过渡到缓流，发生跌水跌。 （ ）3. 跌水的形成条件是 （ ）a）从急流过渡到急流b）从急流过渡到缓流c）从缓流过渡到急流d）从缓流过渡到缓流第8章堰流及闸孔出流1. 堰流的分类.52. 堰流基本公式Q m0b 2g H01.5Q m0b 2gH 1.5薄壁堰：宽顶堰：

17、2.5 10.0H有侧向收缩： Q m0 2gH 1.5 淹没出流： Q m0 2gH 1.53、宽顶堰（ 1）宽顶堰自由出流水流特征：（1）二次水面跌落。2）宽顶堰淹没出流2）堰顶上水流为急流。2）水流特征：（1）一次水面跌落，下游出现动能恢复z堰顶上水流为缓流3）宽顶堰淹没过程及淹没标准淹没标准：（ 1）必要条件： hs 02） 充分条件： hs 0. 8 H 0第 12 章液体运动的流畅理论1. 质点的速度、加速度速度：ux ux(x, y,z) uy uy(x, y,z) uz uz(x, y,z)质点加速度的表达式（欧拉法）uxuxaxuxtx2. 液体质点运动的基本形式3. 有旋流

18、与无旋流uyuxux uzz流体质点（微团）旋转变形表达式)x)yx00对于有旋流 y ， 对于无旋流（势流）z0x0y0z0第 14 章 恒定平面势流的流速势及流函数1.势函数和流函数对于无旋流，即是使uxdx u ydy uzdzuzuyyzuxuzzzxuyuxxy）（）式成立，成为某一函数 （x, y, z）的全微分的充分必要条件，即duxdx uydy u zdzd dx dy dz xyz比较上两式，得 ux,u y ,uzxy对于不可压缩流体，连续性微分方程所以，函数 （x, y, z）叫流速势，且为调和函数。 无旋流必然为势流，（存在流速势）。反之，势流必然为无旋流对于平面势流

19、，(x, y) ，由连续性微分方程，（）式（）是使 uydx uxdy 成为某一函数 （x, y） 成立的充要条件 流函数亦为调和函数。题目类型：1. 给出流速场，判断是有旋流、无旋流？2. 给出流速场，求势函数、流函数？ duxdx uydy uzdz，3. 给出势函数，求流函数？4. 给出流函数，求势函数？过流断面：（必须是均匀流或渐变流断面，中间可为急变流）I 区， Re<2300，层流区=f (Re) ，II 区， Re=23004000， 层流到紊流过渡区 = f ( Re,K/d) III 区，105<Re>4000，紊流水力光滑 区 =f (Re).IV 区，过渡粗糙区， =f ( Re、K/ d).V区，粗糙管， =f (K/d). 阻力平方区'。