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1、,考试时间:9周周一下午2:00 考试地点:主楼428 答疑时间:8周周四/周五下午 2:00-5:00 答疑地点:中以楼A404,总水头线,测压管水头线,建立控制体的动量方程,X方向:,Y方向:,结论:水对支座的总推力与支座对水的作用力大小相等,方向相反,即 。,2,3,1,1,3,2,0、绪论,0.1水力学的任务、研究对象和发展简史,液体与固体、气体的区别:(理解) 固体:分子间距很小,内聚力很大,能保持固定的形状 和体积,能承受一定的拉力、压力和剪切力 流体:分子间距较大,内聚力很小,几乎不能承受拉 力;在微小剪切力作用下,很容易发生变形或流 动,不能保持固定的形状。 液体内聚力又比气体
2、大得多,液体能保持固定的体 积,气体不能保持固定的体积。,0.2 液体的主要物理性质,惯性、质量与密度;万有引力特性、重力与容重;粘滞性(重点)(牛顿内摩擦定律、牛顿流体);压缩性;表面张力 量纲的概念基本量纲、导出量纲(掌握),0.3 连续介质和理想液体的概念,连续介质假定液体质点之间没有空隙,液体质点连续充满所占的空间,其物理性质和运动要素都是连续分布的。 (理解) 理想液体把水看作是绝对不可压缩、不能膨胀、没有粘滞性、没有表面张力的连续介质。 (理解) 粘滞性是理想液体和粘滞液体最大的区别(重点),0.4 作用于液体上的力(掌握),表面力是作用于液体的表面上,并与受作用的表面面积成正比的
3、力,如压力、粘滞力。 质量力是指通过液体质量而起作用,其大小与质量成正比的力,如重力、惯性力。 单位质量力,1、水静力学,1.1 静水压强及其特性,静水压力和静水压强的概念(掌握) 静水压强的特性(掌握)及证明(理解) 静水压强的方向与受压面垂直并指向受压面。 (方向) 作用于同一点上各方向的静水压强大小相等。 (大小),1.2 液体平衡微分方程与等压面,液体平衡微分方程的建立(理解) 等压面的定义及特性(掌握) 在相连通的同种液体中,由压强相等的各点所组成的面叫做等压面。 等压面与质量力正交 常见的等压面:水平面静止液体;自由表面;两种不同液体的交界面静止液体(掌握、应用),1.3 重力作用
4、下静水压强的分布规律,重力作用下水静力学基本方程(重点) 压强的起算基准(2) (重点) 绝对压强、相对压强、真空压强定义以及三者之间的关系 压强的计量单位(掌握) 应力、大气压强的倍数、液柱高,1.3 重力作用下静水压强的分布规律(续),水头和单位势能(重点) 压强的测量:测压管、U型水银测压计、差压计(掌握等压面应用),1.5 作用于平面上的静水总压力(重点掌握计算矩形平面计算),静水总压力的求解方法有图解法和分析法 图解法(底边与液面平行的矩形平面): 分析法(任意平面):压力中心 D 通常低于 面积形心 C,大小: 方向: 作用点:,内法线方向 沿宽度方向在作用面的对称轴上,即b/2处
5、, 沿高度方向必在压强分布图的形心上。,P = Ap b,1.6 作用于曲面上的静水总压力(重点),水平静水总压力 竖直静水总压力,大小: 方向: 作用线:,与水平面的夹角,P,Pz,Px,通过PX 与PZ 的交点,Ax压力中心,压力体底面积 形心,2、液体运动的流速理论,2.1 描述液体运动的两种方法(理解),拉格朗日法着眼于流体质点,跟踪质点描述其运动历程 欧拉法着眼于空间点,研究质点流经空间各固定点的运动特性(是描述液体运动常用的一种方法),2.2 液体运动的一些基本概念(掌握),恒定流与非恒定流 恒定流各点运动要素都不随 时间变化的流动 迹线与流线(流线的特性) 流管、微小流束、总流和
6、过水断面 流量和断面平均流速 一元流、二元流、三元流,2.2 液体运动的一些基本概念(续),均匀流、非均匀流(渐变流、急变流) 均匀流过水断面上的动水压强分布规律与静水压强分布规律相同,即在同一过水断面上各点测压管水头为一常数。 急变流过水断面上的动水压强分布 (定性分析),2.3 恒定一元流连续性方程(重点),2.4 实际液体恒定总流的能量方程式(重点),适用条件 :恒定流、质量力只有重力、均匀流(渐变流)断面,流程中途有能量H输入或输出:,2.4 实际液体恒定总流的能量方程式(续), 过水断面上单位重量的液体所具有的 平均位能,位置水头;,平均压能,压强水头;,平均动能,流速水头 ;,平均
7、势能,测压管水头;,总机械能,总水头,总水头线和测压管水头线的绘制 选代表性的过水断面变径处; 总水头线一定是一条逐渐下降的直线或曲线; 测压管水头线可能是下降的,也可能是上升; D 不变,v 不变,总线测线; 管路出口大气压强 p = 0; 对于河道、渠道中的均匀流或渐变流,水面线就是测压管水头线。,2.4 实际液体恒定总流的能量方程式(续),2.5 实际液体恒定总流的动量方程式(重点),注意点:矢量方程;相对压强;输出的动量减去输入的动量;动量修正系数通常=1,3、液流型态及水头损失,3.1 水头损失的物理概念及分类(掌握),水头损失单位重量液体的机械能损失 沿程水头损失 局部水头损失 某
8、一流段的总水头损失:,3.2 液流边界几何条件对水头损失的影响,液流边界横向轮廓的形状和大小对水头损失的影响(理解) 过水断面的水力要素:面积、湿周、水力半径(掌握) 液流边界纵向轮廓水头损失的影响(理解),边界纵向轮廓不同,均匀流,非均匀流,(沿程水头损失),3.3 均匀流沿程水头损失与切应力的关系,均匀流沿程水头损失与切应力的关系(掌握),对均匀流中任一流束,对管道,对宽浅明渠,3.3 均匀流沿程水头损失与切应力的关系(续),达西公式(重点),3.4 液体运动的两种型态,当流速较小时,各流层的液体质点是有条不紊地运动,互不混杂,这种型态的流动叫做层流。 (掌握) 当流速较大时,各流层的液体
9、质点形成涡体,在流动过程中,互相混掺,这种型态的流动叫做紊流。(掌握) 液流型态的判别下临界雷诺数(掌握) 紊流形成的过程及条件: (理解) 扰动波动(横向压差)力偶(旋转倾向)涡流 条件:涡体的形成;雷诺数达到一定数值,3.5 圆管中的层流运动及其沿程水头损失的计算(理解),流速分布:,断面平均流速:,沿程水头损失:,沿程阻力系数: (掌握),抛物型流速分布,3.6 紊流的特征,运动要素的时均概念(理解) 紊流产生附加切应力(理解) 紊流中存在粘性底层(重点) 层流底层厚度随雷诺数的增加而减小 水力光滑面、过渡粗糙面、水力粗糙面 紊动使流速分布均匀化(原因) (掌握),3.7 沿程阻力系数的
10、变化规律(掌握),1当Re2000时,层流区,,2当2000Re4000时,过渡区,,3当Re4000时,,1)Re小时,水力光滑管,,2)Re稍大时,过度粗糙区,,3)Re大时,水力粗糙管, , 又称阻力平方区。,尼古拉兹试验:,3.8 计算沿程水头损失的经验公式谢齐公式(重点),与达西公式的转换:,曼宁公式,巴甫洛夫斯基公式 (可不记),n为粗糙系数,简称糙率。水力半径单位均采用m。,这两个公式均依据阻力平方区紊流的实测资料求得,故只能适用于阻力平方区的紊流。,3.9 局部水头损失(重点),局部水头损失系数,式中局部水头损失系数由试验测定,V为发生局部水头损失后或前的平均流速,4、孔口、管
11、嘴和有压管中的恒定流,孔口出流: (理解),管嘴出流: (理解),4.1 有压管的定义及其分类(掌握),有压管管道的整个横断面都充满了液体,管内不存在自由表面,管道周界上的各点均受到液体压强的作用 按2类水头损失所占比例分类 长管、短管(定义、区分条件) 按管道布置分类 简单管道、复杂管道,4.2 简单管道水力计算的基本公式(掌握),自由出流 淹没出流 c (自由)= c (淹没)(管道布置情况一样时) 总水头线和测压管水头线的绘制 长管:,4.3 简单管道水力计算的基本类型(理解),1)已知:l 管道布置; d 管径; H 作用水头 求Q?(同上) 2)已知:l 管道布置,d 管径;Q 输水
12、能力 求H? 长管: 短管: 3)已知:l 管道布置,Q 输送流量 求: 设计管道直径 D = ? 已知或未知总水头 H 4)确定各断面的压强分布,4.4 简单管道水力计算特例(重点),虹吸管 输水能力;最大安装高度 倒虹吸 输水能力 水泵管系 离心泵安装高度 ;扬程,4.5 复杂管道的水力计算(理解),串联管道 并联管道 分叉管道,5、明渠恒定均匀流,5.1 明渠及明渠水流的定义,明渠是一种人工修建或自然形成的渠道。 明渠中的水流称为明渠水流。它具有与大气相接触的自由表面,由于自由表面上各点的相对压强为零,所以也称为无压流。 (掌握),5.2 明渠的几何特性,明渠的横断面垂直于渠道中心线作铅
13、垂面与渠底及渠壁的交线所包围的断面称为明渠的横断面。(理解) 明渠过水断面的水力要素(以梯形断面为例) (掌握) 棱柱体渠道和非棱柱体渠道的概念(理解) 明渠底坡isin及其分类(掌握): 顺坡、平坡、逆坡,5.3 明渠均匀流的特性及其产生条件,明渠均匀流的特性: 过水断面的形状、尺寸及水深沿程不变;(理解) 过水断面上的流速分布、断面平均流速、动能修正系数及流速水头沿程不变; (理解) 总水头线、水面线及底坡线相互平行,J=Jz=i; (掌握) 水流方向上的重力分量与渠道边界的摩擦阻力相等,只能在正坡渠道才可能形成均匀流。 (掌握) 明渠均匀流产生的条件:(理解) 恒定流;流量不变; 棱柱体渠道; 顺坡(i0) ;渠道中无建筑物的局部干扰。,5.4 明渠均匀流的计算公式(重点),5.5 水力最佳断面及允许流速,水力最佳断面定义(掌握) 梯形水力最佳断面的宽深比为 (理解) 允许流速:不冲允许流速V;不淤流速V (理解),5.6 明渠均匀流的水力计算 (主要掌握流量计算),以梯形断面为例:,
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