6水力学复习笔记1

《水力学》复习指南

第一章

绪 论

(一)液体的主要物理性质

1．惯性与重力特性：掌握水的密度ρ和容重γ；

2．粘滞性：液体的粘滞性是液体在流动中产生能量损失的根本原因。

描述液体内部的粘滞力规律的是牛顿内摩擦定律 :

注意牛顿内摩擦定律适用范围：1)牛顿流体， 2)层流运动 3．可压缩性：在研究水击时需要考虑。

4．表面张力特性：进行模型试验时需要考虑。

下面我们介绍水力学的两个基本假设： (二)连续介质和理想液体假设

1．连续介质：液体是由液体质点组成的连续体,可以用连续函数描述液体运动的物理量。 2．理想液体：忽略粘滞性的液体。 （三）作用在液体上的两类作用力

第二章 水静力学

水静力学包括静水压强和静水总压力两部分内容。通过静水压强和静水总压力的计算，我们可以求作用在建筑物上的静水荷载。 （一）静水压强：

主要掌握静水压强特性,等压面,水头的概念，以及静水压强的计算和不同表示方法。 1．静水压强的两个特性：

（1）静水压强的方向垂直且指向受压面

（2）静水压强的大小仅与该点坐标有关，与受压面方向无关，

2.等压面与连通器原理：在只受重力作用,连通的同种液体内, 等压面是水平面。 (它是静水压强计算和测量的依据）

3．重力作用下静水压强基本公式（水静力学基本公式）

p=p 0+γh 或 其中 ： z —位置水头，

p/γ—压强水头

（z+p/γ）—测压管水头

请注意，“水头”表示单位重量液体含有的能量。

4．压强的三种表示方法：绝对压强p ′，相对压强p ， 真空度p v , ↑ 它们之间的关系为：p= p ′-p a p v =│p │（当p ＜0时p v 存在）↑

相对压强:p=γh,可以是正值，也可以是负值。要求掌握绝对压强、相对压强和真空度三者的概念和它们之间的转换关系。

1pa(工程大气压)=98000N/m 2

=98KN/m

2

下面我们讨论静水总压力的计算。计算静水总压力包括求力的大小、方向和作用点，受压面可以分为平面和曲面两类。根据平面的形状：对规则的矩形平面可采用图解法，任意形状的平面都可以用解析法进行计算。 （一）静水总压力的计算 1)平面壁静水总压力

c p

z =+γ

d y d u μ

τ=

（1）图解法：大小：P=Ωb, Ω--静水压强分布图面积

方向：垂直并指向受压平面

作用线：过压强分布图的形心，作用点位于对称轴上。

静水压强分布图是根据静水压强与水深成正比关系绘制的，只要用比例线段分别画出平面上俩点的静水压强，把它们端点联系起来，就是静水压强分布图。 （2）解析法：大小：P=p c A, p c —形心处压强

方向：垂直并指向受压平面

作用点D ：通常作用点位于对称轴上，在平面的几何中心之下。

求作用在曲面上的静水总压力P ，是分别求它们的水平分力P x 和铅垂分力P z ，然后再合成总压力P 。 （3）曲面壁静水总压力

1）水平分力：P x =p c A x =γh c A x

水平分力就是曲面在铅垂面上投影平面的静水总压力，它等于该投影平面形心点的压强乘以投影面面积。要求能够绘制水平分力P x 的压强分布图，即曲面在铅垂面上投影平面的静水压强分布图。

2〕铅垂分力：P z =γV ,V---压力体体积。

在求铅垂分力P z 时,要绘制压力体剖面图。压力体是由自由液面或其延长面,受压曲面以及过曲面边缘的铅垂平面这三部分围成的体积。当压力体与受压面在曲面的同侧，那么铅垂分力的方向向下；当压力体与受压面在曲面的两侧，则铅垂分力的方向向上。

3〕合力方向：α=arctg

下面我们举例来说明作用在曲面上的压力体和静水总压力。

例5图示容器左侧由宽度为b 的直立平面AB 和半径为R 的1/4圆弧曲面BC 组成。容器内装满水，

试绘出AB 的压强分布图和BC 曲面上的压力体剖面图及水平分力的压强分布图，并判别铅垂作用力的方向, 铅垂作用力大小如何计算？

解：(1)对AB 平面，压强分布如图所示。总压力P=1/2γH 2

b ； (2)对曲面BC ，水平分力的压强分布如图所示， 水平分力P X =1/2[γH+γ（H+R ）]Rb ：

压力体是由受压曲面、过受压曲面周界作的铅垂面、向上或向下与自由表面或它的延长面相交围成的体积。因此，以1/4圆弧面BC 为底（闪动 曲面），以曲面两端点向上作铅垂线，与水面线相交，围成压力体。由于与水接触的受压面与压力体在曲面BC 的同一侧，因此铅垂作用力的方向是向下的。铅垂方向作用力的大小：

F z = γV=γ[(H+R)R -1/4πR 2

]b

第三章 液体运动基本概念和基本方程

这一章主要掌握液体运动的基本概念和基本方程，并且应用这些基本方程解决实际工程问题。下面我们首先介绍有关液体运动的基本概念： （一）液体运动的基本概念

1.流线的特点:反映液体运动趋势的图线 。 流线的性质:流线不能相交；流线不能转折。 2 .流动的分类

非恒定流 均匀流:过水断面上

x

z P P 液流

恒定流 非均匀流 渐变流 急变流

在均匀流和渐变流过水断面上，压强分布满足： 另外断面平均流速和流量的概念要搞清。 （二）液体运动基本方程

1. 恒定总流连续方程

v 1A 1= v 2A 2 ,

Q=vA 利用连续方程，已知流量可以求断面平均流速，或者通过两断面间的几何关系求断面平均流速。

2. 恒定总流能量方程

J= —水力坡度 ，表示单位长度流程上的水头损失。

能量方程是应用最广泛的方程，能量方程中的最后一项h w 是单位重量液体从1断面流到2断面的平均水头损失，在第四章专门讨论它的变化规律和计算方法，

（1）能量方程应用条件：

恒定流，只有重力作用，不可压缩 渐变流断面，无流量和能量的出入

（2）能量方程应用注意事项:

三选：选择统一基准面便于计算 选典型点计算测压管水头 : 选计算断面使未知量尽可能少 （ 压强计算采用统一标准）

（3）能量方程的应用：

它经常与连续方程联解求 ：断面平均流速，管道压强，作用水头等。 文丘里流量计是利用能量方程确定管道流量的仪器。 毕托管则是利用能量方程确定明渠（水槽）流速的仪器。

当我们需要求解水流与固体边界之间的作用力时，必须要用到动量方程。

3.恒定总流动量方程 ∑F x =ρQ （β2 v 2x -β1 v 1x ）

投影形式 ∑F y =ρQ （β2 v 2y -β1 v 1y ） ∑F z =ρQ （β2 v 2z -β1 v 1z ）

β—动量修正系数，一般取β=1.0

式中：∑F x 、∑F y 、∑F z 是作用在控制体上所有外力沿各坐标轴分量的合力，V 1i ,V 2i 是进口和出口断面上平均流速在各坐标轴上投影的分量。动量方程的应用条件与能量方程相似，恒定流和计算断面应位于渐变流段。应用动量方程特别要注意下面几个问题： (2)动量方程应用注意事项： a)

动量方程是矢量方程，要建立坐标系。（所建坐标系应使投影分量越多等于0为好，这样可以

2

1

12

A A

v v =w

h g

v p z g

v p z ++

+

=+

+

222

2

22

22

111

1αγ

αγ

()υβυβρ

122-=∑Q F c

p

z =+γ

γ

p

z +

简化计算过程。）

b)流速和力矢量的投影带正负号。（当投影分量与坐标方向一致为正，反之为负） c)流出动量减去流入动量。 d)正确分析作用在水体上的力，

一般有重力、压力和边界作用力(作用在水体上的力通常有重力、压力和边界作用力) e)未知力的方向可以任意假设。（计算结果为正表示假设正确，否则假设方向与实际相反） 通常动量方程需要与能量方程和连续方程联合求解。 下面我们举例说明液体动量方程的应用：

例3 水平床面河道上设一弧形闸门，闸前渐变流断面1的水深为H ，闸下收缩断面2的水深h c ，闸门段水头损失为1断面流速水头的1.2倍，，求水流对弧形闸门的作用力F ？

解：根据题意，求水流对边界的作用力，显然要应用动量方程求解，由于流速流量未知，首先要利用连续方程和能量方程把动量方程中的所需的流速v 、流量Q 计算出来。） 解：（1）连续方程

（2）能量方程求p 2 （建立1—1，2—2断面的能量方程）

取河床水平面为基准面，代表点选在水面，则p 1=p 2=0，水头损失h w =1.2v 2

1/2g. 取α1=α2=1.0

∴

Q=v 1A 1=V 1×B ×H

（3）用动量方程求水流对弧形闸门的作用力

（取包括闸门段水体进行示力分析，建立图示坐标，因水体仅在X 方向有当动量变化，故设闸门对水体的反作用力为水平力R x ，方向如图所示，作用在水体上的重力沿x 方向为零） x 方向的动量方程：

P 1- P 2- R x =ρQ (v 2-v 1) ∴ R x = P 1 - P 2 -ρQ (v 2-v 1)

对于所取的两渐变流断面：P 1=1/2γH 2

B ； P 2=1/2γh c 2

B

水流对弧形闸门的作用力F 与R x 大小相等，方向相反，作用在水体上) 下面我们简单介绍液体运动三元流分析的基础。 （三）三元流分析的基础 液体微团运动的基本形式： 平移、线变形、角变形、旋转 2. 有旋流动与无旋流动的区别。

1125)(

v h H

v v c

?==w

h g

v p z g

v p z ++

+

=+

+

2222

22

22

111

1αγ

αγ

)

(22.2522.12250201

2

12121c c h H g v g

v

g v h g v H -?=+++=++

当ωx =ωy =ωz =0，为无旋流动或称有势流动。 3.平面势流的特点

满足无旋条件： =0—存在势函数φ

满足连续方程： 0

第四章 流态与水头损失

在讨论恒定总流能量方程时我们曾经介绍过，水头损失h w 是非常复杂的一项内容，我们将就讨论水头损失以及与水头损失有关的液体的流态。

（一）水头损失的计算方法

1. 总水头损失： h w = ∑h f + ∑h j

（1）沿程水头损失：达西公式

圆管 λ—沿程水头损失系数

R —水力半径 圆管 （2）局部水头损失

δ—局部水头损失系数

从沿程水头损失的达西公式可以知道，要计算沿程水头损失，关键在于确定沿程水头损失系数λ。

而λ值的确定与水流的流态和边界的粗糙程度密切相关。 下面我们就首先讨论液体的流态。 （二）液体的两种流态和判别

(1)液体的两种流态：雷诺实验

层流 —液体质点互相不混掺的层状流动。 h f ∝ V 1.0

紊流 —存在涡体质点互相混掺的流动。

h f ∝ V

1.75-2

当流速比较小的时候，各流层的液体质点互相不混掺，定义为层流。

当流速比较大的时候，各流层内存在涡体，并且流层间的质点互相混掺，定义为紊流。那么液体的流态怎样进行判别呢？

(2).流态的判别：雷诺数Re ，

明槽： Re k =500 圆管： ,Re k =2000

流态的判别的概化条件：Re ＜Re k 层流 ；

Re ＞Re k 紊流

判别水流流态的雷诺数是重要的无量纲数，它的物理意义表示惯性力与粘滞力的比值。 3. 圆管层流流动

)(21y

x u x y u z ??-??=ω=

??y

y u

+??x

x u

g

R l h f 242

υλ=v R e R υ=v d υ=Re χA R =g

d l h f 22

υλ

=4d R =v

R 4?=υ

(1)断面流速分布特点 ：抛物型分布，不均匀： (2) 沿程阻力系数：

层流流动的沿程水头损失系数λ只是雷诺数的函数，而且与雷诺数成反比。 那么紊流中λ是怎么计算的呢？首先要了解一下紊流的特性。 4. 紊流运动特性

（1）紊流的特征—液层间质点混掺，运动要素的脉动

（2）紊流内部存在附加切应力： （3）紊流边界有三种状态：

紊流中：当Re 较小 ＜ 0.3 水力光滑 当Re 较大 ＞6 水力粗糙；

当R e 介于两者之间 过渡区

（4）紊流流速分布 （紊流流速分布比层流流速分布更加均匀）

对数流速分布 指数流速分数 当 Re ＜105

n=1/7

通过尼古拉兹实验研究发现紊流三个流区内的沿程水力摩擦系数的变化规律。

5. λ的变化规律 尼古拉兹实验 （人工粗糙管） 层流区： λ=f 1(Re)=

光滑区：λ= f 2 (Re)

紊流区： 过渡区：λ=

粗糙区：λ= 紊流粗糙区也称为紊流阻力平方区，沿程水力摩擦系数λ与雷诺数无关，所以沿程水头损失与流速成正比。与雷诺实验结果一致。

在实际水利工程中常用舍齐公式和曼宁公式计算流速或沿程水头损失，需要掌握。 6. 舍齐公式与曼宁公式

舍齐公式： 曼宁公式： 适用：紊流阻力平方区 通常水头损失计算常用： 第五章 有压管流

（一）有压管道恒定流

1． 小孔口恒定出流： 自由出流 v u 2max

=Re

64=

λRe

A )(Re,03r f ?(0

4r

f

?RJ C V

=6/11R n

C =c y u u x +=*ln κn m x r y u u ???

?

??=0gH

A Q 2μ=z

g A Q 2μ=2

8C

g =λ60

3.0≤?≤δ

δ?

淹没出流 μ—流量系数，μ=0.60～0.62 z —上下游水位差。 1. 管嘴恒定出流 流量公式：

—管嘴流量系数 =0.82 工作条件：l =（3～4）d 管嘴与孔口相比，收缩断面C —C 处存在负压，所以同样条件下，管嘴的流量系数大，表明其过流能力大。

（二）简单管道水力计算

（1）短管和长管

（2）管流的计算任务：

a ）求过流能力Q

b) 确定作用水头H

c) 测压管水头线和总水头线的绘制。

(3) 短管水力计算自由出流流量公式： 流量系数： b)淹没出流公式：

（4）长管水力计算:

特点： 忽略不计

基本公式：

— 流量模数

（5）水头线绘制

注意事项：（1）局部水头损失集中在一个断面

（2）管中流速不变，总水头线平行于测压管水头线

（3） 总水头线总是下降，而测压管水头线可升可降 （4） 当测压管水头线在管轴线（位置水头线）以下，表示该处存在负压 （5） 注意出口的流速水头（自由出流）

或局部损失（淹没出流）。

下面我们举例说明简单管道的水力计算方法。

gH A Q 2μ'=μ'μ

'0

2gH A Q c μ=∑++=ζ

λμd

l

c

11

gZ

A Q c

2μ=∑+=

ζλ

μd

l

c 1g

d l h H f 22

υλ==l K

Q H 2=R Ac K =∑+j

h

g

v 22

a L

T 2= 例1：倒虹吸管，已知Q =0.5m 3

/s ，管径 d=0.53m,n=0.014，l =70m ，上下游的流速水头忽略 不计，δ进口

=0.4，δ

弯

=0.2，δ

出口

=1.0。求：上下游水位差z 。

解：

∴

（三）管道非恒定流—水击 1． 水击现象： （画图）

水击定义：当阀门突然启闭，流速急剧改变引起水流压强大幅度升降，向上游或下游传播，并在边界上反射的现象。（水击压强以压力波的形式向上游或下游传播）

2水击的波速和相长

水击波速

相长____相长是水击波传播一个来回的时间，L 是管长）

周期____

3水击分类：

（1）直接水击 T s ≤T

(从边界反射减压波尚未回到阀门处，阀门已关闭，水击压强达到最大值) （2）间接水击T s ＞T （与上反之） 4直接水击压强计算：

因此在水利工程中的水轮机、泵站的压力管道设计中，必须十分重视水击的影响，防止发生水击破坏。延长闸门的关闭时间和缩短压力管道的长度，使管道内产生间接水击是降低水击压强的有效措施。

第六章 明槽水流运动

明渠水流主要讨论四部分内容：1. 明渠均匀流水力计算；2. 明渠水流流态的判别；3.水跃及水跃共轭水深计算；4. 明渠非均匀流水面曲线分析和计算。 （一）明槽均匀流

)

/(11435

s m D

E K a δ+

=

a

L T 42=

)(0V V a p -=?ρ)(0V V g

a

H -=

?gZ

A Q c 2μ=d l

c λ

ζζζμ+++=

出口弯进口21

3

12

0244.08d

C g

=

=

λ6161)4

(014.011d R n C ==

2

222A g Q Z c μ=

∑+=ζλ

μd

l

c

1

1. 均匀流特征： （1）水深，底坡沿程不变 （过水断面形状尺寸不变）

（2）断面平均流速沿程不变

（3）三线平行J = J z = i (总水头线、水面线、渠底) 2. 均匀流形成条件： 恒定流，长直棱柱体渠道，正坡渠道，糙率沿程不变 3.明槽均匀流公式： Q = V A

∴

—流量模数 4. 明槽均匀流水力计算类型：

（1）求流量Q （2）求渠道糙率n （3）求渠道底坡：

（4）设计渠道断面尺寸 求正常水深h 0、底宽b

对于以上问题都可以直接根据明渠均匀流公式进行计算。 (二)明槽水流的流态和判别

1. 明槽水流三种流态： 缓流 急流 临界流

在这里我们要注意把明槽水流的三种流态与前面讨论过的层流、紊流区分开来。

缓流、急流、临界流是对有自由表面的明槽水流的分类；层流、紊流的分类是对所有水流（包括管流和明槽水流）都适用；

3. 佛汝德数Fr ：

佛汝德数Fr 是水力学中重要的无量纲数，它表示惯性力与重力的对比关系，与雷诺数一样也是模型实验中的重要的相似准数，雷诺数表示惯性力与粘滞力的对比关系。

（3）断面比能E s ：

0 缓流

＜0 急流 =0 临界流

断面比能E s 是以过明渠断面最低点的水平面为基准的单位重量水体具有的总机械能。

需要注意，。不同断面的断面比能，它的基准面是不同的，所以断面比能沿流程可以减少，也可以增加或不变，均匀流各断面的断面比能就是常数。

6

/11R n

C =i K Ri AC Q ==R AC K =2

22

22gA Q h g h s E ααν+=+=21Fr dh

s

dE -=重力

惯性力==

h

g V Fr

（4）临界流方程： (一般断面）

临界水深h k ： （矩形断面）

注意： 临界水深是流量给定时，相应于断面比能最小值时的水深。 （5）临界底坡i k ：均匀临界流时的底坡。 i = i k ，

须要强调，缓坡上如果出现非均匀流，那么缓流、急流都可以发生。对于陡坡也同样如此。 下面举例说明流态的判别：

（三）水跃和跌水

1. 跌水：由缓流向急流过渡。水深从大于临界水深h k 变为小于临界水深，常发生在跌坎和缓坡向陡坡过渡的地方。

2．水跃：由急流向缓流过渡产生的水力突变现象。

水平矩形断面明渠水跃：

（1）水跃方程： J （h 1）=J （h 2）

（2）共轭水深公式： 和 （3）水跃长度 l j = 6.9 ( h 2 - h 1)

例3 矩形渠道 i=0.0007， b=2m ， n=0.0248，当h 0=1.5m 时，求渠内流量Q 和流态？ [解]（这是求渠道过流能力的问题首先计算明渠断面几何参数。） 面积 A=bh==3m 2

湿周 ：X=b+2h=5 m 水力半径:R=A/X=0.6m （代入明渠均匀流公式）：

Q =2.28m 3

/s ( 即该渠道能通过流量 )

v=Q/A= 0.76m/s ，Fr=v/√gh=0.198<1.0,故为缓流

h k =√q 2/

g=0.467m

例4：平板闸门局部开启，Q = 20.4m 3

/s ，出闸水深h 1 = 0.62m ，b = 5m 。下游水深h t =2.0m ，是否发生水跃？假如在h 1处发生水跃，求跃后水深h 2和水跃形式。 解 （首先判断出闸水流的流态） （单宽流量）

取 α= 1.0

k B

k

A g

Q 3

2=α32

32

2

g q gb Q k h αα==]181[2

2211-+=Fr h

h ]181[21222

-+=Fr h h m s m b Q

q ?==

/08.43m g

q h k 19.18

.908

.43

2

===s

m i R A n

i R AC Q /28.21

32132==

=

∵ h 1＜ h k ∴是急流 h 1 = 0.62 m

h 2>h t ,所以为远驱式水跃。

（四）明槽恒定非均匀流特征

（1）h 沿流程改变 （2）v 沿流程改变 ；

（3）水面线不平行于渠底， J z ≠i （水面线不再是平行于渠底的一条直线。）

（五）棱柱体明槽恒定非均匀流水面曲线分析

1． 基本方程：

（dh/ds 表示沿流程水深的变化规律） 2.水面曲线分类：

壅水曲线 （水深沿流程增加） 降水曲线（水深沿流程减小）

2． 底坡分类： i ＜i k 缓坡

i ＞0 正坡 i =i k 临界坡 i ＜i k 陡坡

i =0 平坡 i ＜0 逆坡

3． 两条水深控制线

（1）i ＞0，存在N-N 线（正常水深h 。控制线）

（2）各种底坡都存在k-k 线（临界水深h k 控制线，沿程不变） （3）N-N 线与K-K 线划分12个流区。

5.水面线变化规律

2条水深线把5种底坡上的流动空间划分为12个流区，每个流区有一条水面曲线，共有12条不同类型的水面曲线，他们的变化规律总结如下：

（1） 每个流区只出现一种水面线 （2） a 、c 为壅水曲线，b 为降水曲线

（3） 接近K-K 线趋于正交；（发生跌水或水跃）接近N-N 线趋于渐近（除a3、c3线） （4） 控制断面：急流在下游 ，缓流在上游

m gh q h h 05.21812

2121

2=????

? ??-+=2

2

21Fr K Q i ds dh --=0?ds dh 0?ds dh

（5）正坡长渠道无干扰的远端趋于均匀流

4． 水面线连接的规律

（1） 缓流向急流过渡——产生跌水 （2） 急流向缓流过渡——产生水跃 （3） 缓流 缓流，只影响上游 （4） 急流 急流，只影响下游

6.水面曲线分析实例:

例1:缓坡连接缓坡,后接跌坎(i 1＞i 2)(a 1线和N 2线后出现并且加粗)

图示缓坡接缓坡

,( i 1＞i 2)上游来流为均匀流,下游也趋向于均匀流,从N 1线要与N 2线连接。根据水面线连接的原则，缓坡连接缓坡影响上游段，即上游形成a 1型壅水曲线。从另一角度分析若在下游坡从N1到N 2，则在b 1区发生壅水曲线，这是不可能的。此例也说明底坡改变将产生非均匀流。 例2：陡坡连接缓坡：

分析：水深从陡坡h 1＜h k 转入缓坡h 2，水面线必为壅水曲线。然而，无论在陡坡b 2和缓坡b 1区均不发生壅水，这就是从急流到缓流必定发生水跃，水跃的位置有三种情况，需根据共轭水深条件经计算确定。

下面我们介绍恒定非均匀流水面曲线的计算。 (六)恒定非均匀流水面曲线计算 1 基本方程

分段求和法： （差分方程）

差分方程用平均水力坡度代替某点的水力坡度。 2计算步骤

(1)定性分析棱柱体渠道水面线（确定壅水或降水，非棱柱体不用分析） (2)确定控制断面水深 （急流向下游，缓流向上游计算） (3)设相邻断面水深，取△h=0.1～0.3m(把渠道分成若干断面)

第七章 泄水建筑物水流问题

（一）堰流和闸孔出流

图示堰流和闸孔出口，堰和闸通常是一体的。当闸门对水流不控制时，这就是堰流。当闸门从上面对水流控制，这就是闸孔出流。 1． 堰闸出流的区别： 堰流和闸流的判别：

J i k Q i ds dE s -=-=2

2J i E E J i E s su sd s --=

-?=?

平顶堰： ≤0.65闸孔出流

＞0.65堰流 曲线堰： ≤0.75闸孔出流 ＞0.75堰流

2.堰流:

1) 堰流基本公式: 根据能量方程可以导出

m —流量系数（与堰型、进口尺寸、堰高P ，及水头H 有关）

ε1—侧收缩系数（与堰型、边壁条件、淹没程度、水头H ，孔宽、孔数有关） σs —淹没系数（与水头H 和下游水深有关）

2）三种堰型：

薄壁堰：测流

实用堰：WES 堰特点：H=H d ,m d =0.502 (H 变化，相应m 也变化)

宽顶堰: m max =0.385，淹没堰流的水流特性，淹没条件： ＞0.8,σs ＜1 （图）

3)计算任务：

(1)确定过流能力Q ：

(2)确定流量系数m:

(3)确定眼堰顶水头H 0：

3.闸孔出流：(闸门形式可以分成平板闸门和弧形闸门，出图) (1) 水流特征：

收缩断面水深

e h c 2ε=

(2) 基本公式 02gh b Q e s μσ=

μ — 流量系数=F （闸门形式，闸底坎形式）

s σ—淹没系数，出现远离或临界水跃时，s σ=1。

下面举例说明闸孔出流计算.

H

e H e H

e H e

2

3

012H g b m Q s σε=2

30

12H g b m Q s σε=2/30

12H g b Q

m S σε=

3

/210]2[m

g b Q

H S σε=0H h

s

例:(矩形渠道中修建)单孔平板闸门,b=3m,H=6m,e=1.5m,下游水深h t =3.6m,求:通过的流量。 解：（1）不考虑淹没影响

=0.25＜0.65 (图缩小放此屏后侧) ∴闸孔出流 (∵宽顶堰上平板闸门)

由于下游水深h t =3.6m ，是否淹没还需要判断 (2)判断淹没情况:

当

查ε2=0.622 (收缩端面水深为) hc=ε2e=0.933m

(求对应于h c 的共轭水深,以判别是否淹没)

∵h c2>h t ∴自由出流。 淹没系数σs =1

我们比较一下堰流和闸孔出流的过流能力. 堰流：

闸孔出流：

在同样的条件下，水头H 的增加，堰流量要比闸孔通过的流量增加的快得多。所以在水利工程中经常利用堰及时排放汛期的洪水。 （二）水流衔接

水利工程中，从溢流坝、泄洪陡槽、闸孔、跌坎等水工建筑物下泄的水流具有流速高、动能大而且集中。因此我们必须要采取工程措施，消耗水流多余的能量，使下泄水流与下游河道能平顺地衔接。否则如果不采取工程措施，就会造成下游河床严重的冲刷，影响水工建筑物的正常运行。

水流衔接形式 ：

—淹没系数，它代表下游水深h t 与收缩断面水深的共轭水深的比值。

1）当h t ＜

：远驱水跃，σj <1。 从图中可知：远驱水跃在渠道中出现急流段，对河床冲刷能力强，不利于河床和建筑物的安全。

2）当h t = ：临界水跃, ，σj =1，

。 临界水跃十分不稳定，水流条件微小的改变，会使临界水跃变为其它形式的水跃。 3）当 h t ＞ 淹没水跃 , σj ＞1

H

e

556.076

.160.0=-=H

e

μs

m gh be Q /13.2723==μ25.0=H

e s m bc

Q V c

/693.9==m

gh v h h c

c c 789.3)181(22

2=-+=2

3

0H Q ∝2

10

H Q ∝"

c h "c

h "c h "=c

t

j h h σ"

=c

t j h h

σ

（三）水流消能

根据上面的分析，我们可以知道，远驱水跃存在急流段对下游最为不利；临界水跃不稳定，容易变为远驱水跃。对于淹没水跃，当淹没系数大于1.2时，也不利于消能。因此通常需要采取修建消力池等工程措施，形成淹没系数为1.05~1.10的淹没水跃与下游水流衔接。 1. 常用消能方式（

（1） 底流消能—水跃消能 （利用从急流到缓流产生水跃的剧烈翻腾的旋滚，消耗水流多余的

能量，适用于中低水头和地质条件差的情况，在渠道中闸和跌坎的下游广泛应用）

（2） 挑流消能 （在泄水建筑物末端修建跳坎，把下泄水流挑射到远离建筑物的地方，水流

在空中跌落扩散，落入河道与水流碰撞，产生强烈紊动混掺，消耗大量能量，多用于高水头和地质条件好的情况）

2. 底流消能 ：底流消能一般采用消力池形式。 (1)消力池的类型:

a) 降低护坦形成消力池 b) 护坦末端修建消力坎 c) 综合式消力池

（2）.降低护坦消力池设计

1)消力池深d (根据图示的几何关系,消力池深d 等于)

a) d=σj -△z-h t 其中：

消能池通常也可以用下式估算池深d ： d=σj -h t

(2)消力池长度的计算 (由于消力池末端池壁的作用,消力池中水跃长度比自由水跃L j 短) L k =(0.7~0.8)L j (3)设计流量

池深设计流量( -h

t )max Q 池长设计流量 Q max （保证水跃不发生在池外）

例1（如图示水闸）已知：（闸前水深）H=5m ，（开度）e=1.25m,(下游水深)h t =2.3m,求：（1）收缩断面水深h c (2)判别是否要建消力池。（3）粗估消力池深 解：（1）计算h c （闸孔出流）

假设自由出流，令H 0=H

（单宽流量）

"c h )181(232

-+="

c

c c

gh q h h ???

?????"-'=?222)(1)(12c j t h h g q z σ?'

'C

j h d σ="

c h 556

.0176.060.0=-=H e μm

s m gh e b Q

q ?===/88.623μs m H

q

V /38.13==

∴ （说明行进流速对计算过流能力有影响）

（查平板闸门垂直收缩系数表）查得ε2 =0.622 ∴ h c =ε2e=0.78m

(2)判别水跃形式 (求h c 对应的跃后水深)

∵ ＞h t ∴所以产生远驱水跃

下游需要建消力池： d=σj -h t

第八~九章 渗流和相似理论 （一）渗流

渗流运动是指水在有孔隙的土壤或岩石中的流动，如在土坝、井、闸坝的基础内均存在地下水的渗流运动（由于自然界土壤组成的复杂性，地下水在土壤孔隙中的流动难以完全了解和表达，因此引入了渗流模型的概念）。

1 渗流模型

（1）概念：忽略全部土壤颗粒的体积（或存在），认为地下水的流动是连续地充满整个渗流空间。 （2）渗流模型的条件：与实际渗流保持相同的边界条件、渗流流量和水头损失。

需要注意的是：土壤中实际渗流的流速是大于在渗流模型中计算得到的渗流流速，在渗流中讨论的都是模型渗流流速。

2．渗流基本定律 （1）达西定律:

断面平均流速：υ = kJ

式中：J —渗透坡降；k —土壤的渗透系数，表示土壤渗透能力的大小。 适用范围：恒定均匀层流渗流。

3．恒定无压渐变渗流基本公式 —杜比公式

式中：H —测压管水头，（或称为水面高程）， J —渗透坡降。（对于渐变渗流，同一过水断面上的渗透坡降可以认为是常数，因此同一渗流断面上各点的流速为定值。） （1） 无压均匀渗流

（地下河槽均匀渗流的断面平均流速和单宽渗流流量可以用下式计算）： υ = k i

ds

dH k

-=υJ

ds

dH =-m

g V 10.022

=m g V H H 10.5220=+=s m gH e q /95.6230==μ25.0=H

e

m gh q h h c

c

c 19.3)181(2

32=-+=""

c h

q = kih 0

在工程中经常打井取水或者用来降低施工区域地下水位

4．井的渗流计算 （图，动画） （1） 井的分类

无压井—在无压含水层

有压井—井底深入到承压含水层 完全井—井底落在不透水层上 非完全井—井底未落在不透水层上

（2）无压完全井 （前图引过来）

出水量

式中：H —无压含水层水深，h 0—井中水深，R —影响半径，r 0—井的半径。

浸润线方程：

h 为距井中心r 处地下水深。 我们举例来说明渗流计算的应用

实际工程中的水流现象非常复杂，仅靠理论分析对工程中的水力学问题进行求解存在许多困难，模型试验和量纲分析是解决复杂水力学问题的有效途径。模型试验必须遵循一定的相似原理。 （二） 相似原理

1． 流动相似的特征 几何相似 运动相似 动力相似

2．相似理论

在满足几何相似的前提下，动力相似是实现流动相似的必要条件，即要求在模型和原型中作用在液体上的各种力都成比例。

一般性的牛顿普遍相似准则：

（Ne ）P =（Ne ）M 牛顿数 （表示某种力与惯性力的比值） F 可以是任何种类的力，下标P 和M 分别表示原型和模型的物理量。这就是实现流动动力相似的牛顿相似准则。

在实际水利工程中作用在水流上的主要作用力是重力、惯性力和紊动阻力，粘滞阻力，通常难以全部满足相似要求。但是只要保证主要的作用力相似，也可以使模型试验的精度满足实际工程的需要。 3． 重力相似准则（佛汝德相似准则）

（处于阻力平方区的明渠水流要求满足重力相似准则和紊动阻力相似的条件为） （F r ）P =（F r ）M

)

/lg(36.10

2

2r R h H k Q -=0

2

02lg

73.0r r k

h h +=22υ

ρL F

Ne =

式中：n P 、n M 分别是原型和模型的糙率，λn ,λL 分别是模型的糙率和长度比尺。

满足重力相似准则条件下其它物理量的比尺关系：

流速比尺： 流量比尺：

时间比尺： 作用力比尺：

例3， 某泄水闸门宽b=8m, (泄放设计流量)Q=30m/s ，现进行模型试验，取λl =20，并测到某流速Vm=0.894m/s ，求模型中的闸门宽、流量和原型该点流速。 解：(研究明渠水流，满足重力相似准则和阻力平方区)

(流速满足)

流量比尺λQ = =1788.85

（6）在缓坡明渠中可能发生的流动是（ ）

a 、均匀缓流；

b 、均匀急流；

c 、非均匀缓流；

d 、非均匀急流。 答案：a 、c 、d

61L M

n n n p

λλ==5

.0L

λ

νλ=5

.2L

Q λλ=5

.0L

t λλ=3

L

F λ

λ=λρm

b b L m 4.0==λ472.45

.0==L V λλs m V V V m /00.4=?=∴λ5.2L

λs m Q Q Q

m /0168.03==∴λ

(最新)河海大学2005-2006学年第二学期水力学期末试卷(A卷)

2005-2006学年第二学期水力学期末试卷(A卷) （水文、给排水、环工、资环04级、资环03级） 班级学号姓名成绩 一．是非题（每小题1分，共10分） 1．水流在边壁处的流速为零，因此该处的流速梯度为零。 ( ) 2．水力坡度就是单位长度流程上的水头损失。 ( ) 3．在恒定紊流中时均流速不随时间变化。 ( ) 4．不论平面在静止液体内如何放置，其静水总压力的作用点永远在平面形心之下。（）5．同一种管径和粗糙度的管道，雷诺数不同时，可以在管中形成紊流光滑区、粗糙区或过渡粗糙区。（）6．恒定总流的总水头线沿流程下降,而测压管水头线沿程可升可降。 ( ) 7．只要下游水位高于堰顶，一定是堰的淹没出流。 ( ) 8．棱柱形明渠中形成M3 型水面曲线时，其断面单位能量E s 沿程增大。( ) 9．如果两个液流中作用于相应点上的相同性质的力的大小成一定比例，则两个液流就是动力相似的。（）10．渐变无压渗流中任意过水断面各点的渗流流速相等，且等于断面平均流速。 ( ) 二．单项选择题（每小题2分，共20分） 1．已知水流某处的绝对压强值为 2.94N/cm 2，当地大气压强为10 米水柱高，则该处真空度是（） (1) 3ｍ (2) 7ｍ (3) 2.94ｍ (4) 没有真空 2．在恒定流中 ( ) (1)流线一定互相平行 (2)断面平均流速必定沿程不变 (3)不同瞬时流线有可能相交 (4)同一点处不同时刻的动水压强相等 3．紊流过渡粗糙区的沿程水头损失系数λ ( ) (1) 只与雷诺数有关 (2) 只与相对粗糙度有关 (3) 只与绝对粗糙度有关 (4) 与相对粗糙度和雷诺数有关 4．按普朗特动量传递理论，紊流的断面流速分布规律符合 1对数分布2椭圆分布3抛物线分布4直线分布。 5．陡坡渠道上如发生非均匀流 ( ) (1) 一定是急流 (2) 一定是缓流 (3) 可以是缓流或急流 (4) 一定是渐变流 6．矩形断面渠道的均匀流，若断面单位能量与水深之比E s/h =2。则水流为（） (1)急流 (2)缓流 (3)临界流 (4) 急变流 共5页第1页

最新水力学常用计算公式文件.doc

1、明渠均匀流计算公式： Q=Aν=AC Ri 1 n y R （一般计算公式）C= 1 n R 1 6 C= （称曼宁公式）2、渡槽进口尺寸(明渠均匀流) Q＝bh 2gZ 0 z：渡槽进口的水位降（进出口水位差） ε：渡槽进口侧向收缩系数，一般ε＝0.8～0.9 b：渡槽的宽度（米） h：渡槽的过水深度（米） φ：流速系数φ＝0.8～0.95 3、倒虹吸计算公式： Q=mA2gz (m 3/秒） 4、跌水计算公式：

跌水水力计算公式：Q＝εmB 3/2 2gH ， 式中：ε—侧收缩系数，矩形进口ε＝0.85～0.95；， B—进口宽度（米）；m—流量系数 5、流量计算公式： Q=Aν 式中Q——通过某一断面的流量，m 3／s； ν——通过该断面的流速，m／h 2 A——过水断面的面积，m 。 6、溢洪道计算 1）进口不设闸门的正流式开敞溢洪道 3 （1）淹没出流：Q＝εσMBH2 3 ＝侧向收缩系数×淹没系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 3

（2）实用堰出流：Q=εMBH 2 1

3 =侧向收缩系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 2）进口装有闸门控制的溢洪道 （1）开敞式溢洪道。 3 Q＝εσMBH2 3 ＝侧向收缩系数×淹没系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 （2）孔口自由出流计算公式为 Q=MωH =堰顶闸门自由式孔流的流量系数×闸孔过水断面面积×H 其中：ω=be 7、放水涵管(洞)出流计算 1）、无压管流 Q=μA2gH =流量系数×放水孔口断面面积×2gH 2）、有压管流

武汉大学水力学教材答案第二章..

第二章水静力学 1、相对压强必为正值。( ) 2、图示为一盛水容器。当不计瓶重时, 作用于地面上的力等于水作用于瓶底的总压力。( ) 3、静水总压力的压力中心就是受力面面积的形心。( ) 4、二向曲面上的静水总压力的作用点就是静水总压力的水平分力与铅直分力的交点。( ) 5、一个任意形状的倾斜平面与水面的夹角为α。则该平面上的静水总压力P=ρgy D A sinα。(y D为压力中心D的 ) （） b，长度L及倾角α均相等，则二板上的静水总压力作 ( ) ( ) 8、静水压强仅是由质量力引起的。( ) 9、在一盛水容器的侧壁上开有两个小孔A、B，并安装一U 形水银压差计，如图所示。由于A、B两点静水压强不 ?h 的差值。( ) 10、物体在水中受到的浮力等于作用于物体表面的静水总压力。( ) 11、选择下列正确的等压面: ( ) (3) C ? C (4) D ? D ( ) (1) 淹没面积的中心；(2) 压力体的中心；(3) 总压力的作用点；(4) 受压面的形心。 13、平衡液体中的等压面必为( ) (1) 水平面；(2) 斜平面；(3) 旋转抛物面；(4) 与质量力相正交的面。 14、图示四个容器内的水深均为H，则容器底面静水压强最大的是( ) (1) a ; (2) b ; (3) c ; (4) d 。

15、欧拉液体平衡微分方程( ) (1) 只适用于静止液体；(2) 只适用于相对平衡液体； (3) 不适用于理想液体；(4) 理想液体和实际液体均适用。 16、容器中盛有两种不同重度的静止液体，如图所示，作用在容器A B 壁面上的静水压强分布图应为( ) (1) a (2) d 17、液体某点的绝对压强为58 kP a，则该点的相对压强为( ) (1) 159.3 kP a；(2) 43.3 kP a；(3) -58 kP a(4) -43.3 kP a。 18、图示的容器a 中盛有重度为ρ1的液体，容器b中盛有密度为ρ1和ρ2的两种液体，则两个容器中曲面AB 上压力体及压力应为( ) (1) 压力体相同，且压力相等；(2) 压力体相同，但压力不相等； (3) 压力体不同，压力不相等； 1 m 时〔虚线位置〕，闸门上的静水总压力。( ) (3) 不变；(4) 无法确定。 3 m 水柱高，当地大气压为一个工程大气压，其相应的 绝对压强值等于( ) (1) 3 m 水柱高；(2) 7 m 水柱高； (3) －3 m 水柱高；(4) 以上答案都不对。 21、液体中，测管水头(z + p/ρg) 的能量意义是______________________。 22、液体中，位置高度z 的能量意义是_______________；压强高度p/ρg 的能量意义是_______________。 23、真空压强的最小值是__________________；真空压强的最大值是___________________。 24、比重为0.81 的物体放入比重为0.9 的液体中，则出露部分体积与总体积之比为__________________。

(参考)水力学计算说明书

水力学实训设计计算书 指导老师：柴华 前言 水力学是一门重要的技术基础课，它以水为主要对象研究流体运动的规律以及流体与边界的相互作用，是高等学校许多理工科专业的必修课。 在自然界中，与流体运动关联的力学问题是很普遍的，所以水力学和流体力学在许多工程领域有着广泛的应用。水利工程、土建工程、机械工程、环境工程、热能工程、化学工程、港口、船舶与海洋工程等专业都将水力学或流体力学作为必修课之一。 水力学课程的理论性强，同时又有明确的工程应用背景。它是连接前期基础课程和后续专业课程的桥梁。课程教学的主要任务是使学生掌握水力学的基本概念、基本理论和解决水力学问题的基本方法，具备一定的实验技能，为后续课程的学习打好基础，培养分析和解决工程实际中有关水力学问题的能力。水是与我们关系最密切的物质，人类的繁衍生息、社会的进化发展都是与水“唇齿相依、休戚相关”的。综观所有人类文

明，几乎都是伴着河、海而生的

通过学习和实训，应用水力学知识，为以后的生活做下完美的铺垫。

任务二：分析溢洪道水平段和陡坡段的水面曲线形式，考虑高速水流掺气所增加的水深，算出陡坡段边墙高。边墙高按设计洪水流量校核；绘制陡坡纵剖面上的水面线。 任务三：绘制正常水位到汛前限制水位~相对开度~下泄流量的关系曲线；绘制汛前限制水位以上的水库水位~下泄流量的关系曲线。 任务四：溢洪道消力池深、池长计算：或挑距长度、冲刷坑深度和后坡校核计算 任务二：分析溢洪道水平段和陡坡段的水面曲线形式，考虑高速水流掺气所增加的水深，算出陡坡段边墙高。边墙高按设计洪水流量校核；绘制陡坡纵剖面上的水面线。 1.根据100年一遇洪水设计，已知驼峰堰上游水位25.20，堰顶高程18.70，堰底高程为17.45， 计算下游收缩断面水深h C， P=18.70-17.45=1.25m H=25.20-18.70=6.5m P/H=1.25÷6.5=0.19<0.8 为自由出流 m=0.32+0.171(P/H)^0.657 =0.442 设H =H，由资料可知溢洪道共两孔，每孔净宽10米，闸墩头为圆形，敦厚2米，边墩围半圆形，混凝土糙率为0.014.故查表可得： ζ 0=0.45 ζ k =0.7 ε=1-0.2（ζk+（n-1）ζ0）×H0/nb=0.92 H =（q/（εm（2g）^0.5））^2/3=6.77m E0=P+H0=6.77+1.25=8.02m 查表的：流速系数ψ=0.94

工程力学教程(西南交通大学应用力学与工程系著)课后答案下载

工程力学教程(西南交通大学应用力学与工程系著)课后答 案下载 《工程力学教程》是xx年07月高等教育出版社出版的一本图书，作者是西南交通大学应用力学与工程系。以下是由关于工程力学教程(西南交通大学应用力学与工程系著)课后答案下载地址，希望大家喜欢! 点击进入：工程力学教程(西南交通大学应用力学与工程系著)课后答案下载地址 本书是教育科学“十五”国家规划课题研究成果,根据“高等学校工科本科工程力学基本要求”编写而成,涵盖了理论力学和材料力学的主要内容。 本书共18章,包括静力学基础、平面汇交力系、力矩与平面力偶系、平面一般力系、重心和形心、内力和内力图、拉伸和压缩、扭转、弯曲、应力状态分析和强度理论、压杆的稳定性、点的运动、刚体的基本运动、点的复合运动、刚体的平面运动、质点的运动微分方程、动力学普遍定理、动静法。本书在讲述某些概念和方法的同时,给出了相关的思考题,供课堂讨论之用。本书具有很强的教学适用性,有助于培养工程应用型人才。 本书可作为高等学校工科本科非机、非土类各专业中、少学时工程力学课程的教材,也可供高职高专与成人高校师生及有关工程技术人员参考。 第1章静力学基础

1-1静力学中的基本概念 1-2静力学公理 1-3约束和约束力 1-4研究对象和受力图 习题 第2章平面汇交力系 2-1平面汇交力系合成与平衡的几何法 2-2平面汇交力系合成与平衡的解析法 习题 第3章力矩与平面力偶系 3-1关于力矩的概念及其计算 3-2关于力偶的概念 3-3平面力偶系的合成与平衡 习题 第4章平面一般力量 4-1力线平移定理 4-2平面一般力系向一点简化 4-3分布荷载 4-4平面一般力系的 看过“工程力学教程(西南交通大学应用力学与工程系著)课后答案下载”的人还看了： 1.水力学教程第三版黄儒钦主编课后习题答案西南交大出版社

水力学期末考试复习(1)

水力学期末考试复习题及答案 1、选择题：（每小题2分） （1）在水力学中，单位质量力是指（ c ） a、单位面积液体受到的质量力； b、单位体积液体受到的质量力； c、单位质量液体受到的质量力； d、单位重量液体受到的质量力。 （2）在平衡液体中，质量力与等压面（ d ） a、重合； b、平行 c、相交； d、正交。 （3）液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为b a、1 kN/m2 b、2 kN/m2 c、5 kN/m2 d、10 kN/m2 （4）水力学中的一维流动是指（ d ） a、恒定流动； b、均匀流动； c、层流运动； d、运动要素只与一个坐标有关的流动。 （5）有压管道的管径d与管流水力半径的比值d /R=（ b ） a、8； b、4； c、2； d、1。 （6）已知液体流动的沿程水力摩擦系数 与边壁相对粗糙度和雷诺数Re都有关，即可以判断该液体流动属于c a、层流区； b、紊流光滑区； c、紊流过渡粗糙区； d、紊流粗糙区（7）突然完全关闭管道末端的阀门，产生直接水击。已知水击波速c=1000m/s，水击压强水头H = 250m，则管道中原来的流速v0为c a、1.54m b 、2.0m c 、2.45m d、3.22m （8）在明渠中不可以发生的流动是（ c ） 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。 （9）在缓坡明渠中不可以发生的流动是（ b ）。 a、均匀缓流； b、均匀急流； c、非均匀缓流； d、非均匀急流。（10）底宽b=1.5m的矩形明渠，通过的流量Q =1.5m3/s，已知渠中某处水深h = 0.4m，则该处水流的流态为b a、缓流； b、急流； c、临界流； （11）闸孔出流的流量Q与闸前水头的H（ d ）成正比。 a、1次方 b、2次方 c、3/2次方 d、1/2次方 （12）渗流研究的对象是（ a ）的运动规律。 a、重力水； b、毛细水； c、气态水； d、薄膜水。 （13）测量水槽中某点水流流速的仪器有b a、文丘里计 b、毕托管 c、测压管 d、薄壁堰 （14）按重力相似准则设计的水力学模型，长度比尺λL=100，模型中水深为0.1米，则原型中对应点水深为和流量比尺为d a、1米，λQ =1000； b、10米，λQ =100；

水力学教程 第9章

第九章渗流 液体在孔隙介质(Porous Media)中的流动称为渗流(Seepage Flow)。在水利工程中，孔隙介质指的是土壤、沙石、岩基等多孔介质，水力学所研究的渗流，主要为水在土壤中的流动。地下水运动是常见的渗流实例。 §9-1 概述 1．渗流理论的工程应用 地下水和地表水都是人类的重要水资源。建国以来，我国华北与西北地区开凿了数以万计的灌溉井和工业及民用井。 渗流理论除了应用于水利、化工、地质、采掘等生产建设部门外，在土建方面的应用可列举以下几种： (1)在给水方面，有井(图9-1-1)和集水廊道等集水建筑物的设计计算问题。 (2)在排灌工程方面，有地下水位的变动、渠道的渗漏损失(图9-1-2)以及坝体和渠道边坡的稳定等方面的问题。 (3)在水工建筑物，特别是高坝的修建方面，有坝身的稳定、坝身及坝下的渗透损失等方面的问题。 (4)在建筑施工方面，需确定围堰或基坑的排水量和水位降落等方面的问题。 2．水在土壤中的状态 根据水在岩土孔隙中的状态，可分为气态水(Water in Gaseous State)、附着水(Adhesive Water)、薄膜水(Film Water)、毛细水(Capillary Water)和重力水(Gravitational Water)。气态水以水蒸汽的状态混合在空气中而存在于岩土孔隙内，数量很少，一般都不考虑。附着水以分子层吸附在固体颗粒表面，呈现出固态水的性质。薄膜水以厚度不超过分子作用半径的膜层包围着土壤颗粒，其性质和液态水近似。附着水和薄膜水都是在固体颗粒与水分子相互作用下形成的，其数量很少，很难移动，在渗流中一般也不考虑。毛细水由于毛细管作用而保持在岩土

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1、明渠均匀流计算公式： Q=A ν=AC Ri C=n 1R y （一般计算公式）C=n 1 R 61 （称曼宁公式） 2、渡槽进口尺寸(明渠均匀流) z ：渡槽进口的水位降（进出口水位差） ε：渡槽进口侧向收缩系数，一般ε＝～ b ：渡槽的宽度（米） h ：渡槽的过水深度（米） φ：流速系数φ＝～ 3、倒虹吸计算公式： Q=mA z g 2(m 3/秒） 4、跌水计算公式： 5、流量计算公式： Q=A ν 式中Q ——通过某一断面的流量，m 3／s ； ν——通过该断面的流速，m ／h A ——过水断面的面积，m 2。 6、溢洪道计算 1）进口不设闸门的正流式开敞溢洪道 （1）淹没出流：Q ＝εσMBH 2 3 ＝侧向收缩系数×淹没系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 3 （2）实用堰出流：Q=εMBH 2 3 gZ 2bh Q ＝跌水水力计算公式：Q ＝εmB 2 /30g 2H ， 式中：ε—侧收缩系数，矩形进口ε＝0.85～0.95；， B —进口宽度（米）；m —流量系数

=侧向收缩系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 3 2）进口装有闸门控制的溢洪道 （1）开敞式溢洪道。 Q ＝εσMBH 2 3 ＝侧向收缩系数×淹没系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 3 （2）孔口自由出流计算公式为 Q=M ωH =堰顶闸门自由式孔流的流量系数×闸孔过水断面面积×H 其中：ω=be 7、放水涵管(洞)出流计算 1）、无压管流 Q=μA 02gH =流量系数×放水孔口断面面积×02gH 2）、有压管流 Q ＝μA 02gH =流量系数×放水孔口断面面积×02gH 8、测流堰的流量计算——薄壁堰测流的计算 1）三角形薄壁测流堰，其中θ＝90°，即 自由出流：Q ＝2 5或Q ＝（2-15） 淹没出流：Q ＝（25 ）σ（2-16） 淹没系数：σ=2)13.0( 756.0--H h n +（2-17） 2）梯形薄壁测流堰，其中θ应满足tan θ=4 1 ，以及b ＞3H ，即 自由出流：Q ＝g 22 3＝2 3（2-18）

水力学期末考试复习题与答案

水力学期末考试复习题及答案 1、选择题：（每小题 2 分） （ 1）在水力学中，单位质量力是指（ c ） a 、单位面积液体受到的质量力； b 、单位体积液体受到的质量力； c 、单位质量液体受到的质量力； d 、单位重量液体受到的质量力。 （ 2）在平衡液体中，质量力与等压面（ d ） a 、重合； b 、平行 c 、相交； d 、正交。 （ 3）液体中某点的绝对压强为 100kN/m 2 ，则该点的相对压强为 b a 、1 kN/m 2 b 、2 kN/m 2 c 、5 kN/m 2 d 、10 kN/m 2 （ 4）水力学中的一维流动是指（ d ） a 、恒定流动； b 、均匀流动； c 、层流运动； d 、运动要素只与一个坐标有关的流动。 （ 5）有压管道的管径 d 与管流水力半径的比值 d /R=（ b ） a 、8； b 、 4； c 、 2； d 、1。 （ 6）已知液体流动的沿程水力摩擦系数 与 边壁相对粗糙度和雷诺数 Re 都有 关，即可以判断该液体流动属于 c a 、层流区； b 、紊流光滑区； c 、紊流过渡粗糙区； d 、紊流粗糙区 （ 7）突然完全关闭管道末端的阀门，产生直接水击。已知水击波速 c=1000m/s ， 水击压强水头 H = 250m ，则管道中原来的流速 v 0 为 c a 、1.54m b 、2.0m c 、2.45m d 、3.22m （ 8）在明渠中不可以发生的流动是（ c ） 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。 （ 9）在缓坡明渠中不可以发生的流动是（ b ）。 a 、均匀缓流； b 、均匀急流； c 、非均匀缓流； d 、非均匀急流。 （ 10）底宽 b=1.5m 的矩形明渠，通过的流量 Q =1.5m 3 /s ，已知渠中某处水深 h = 0.4m ，则该处水流的流态为 b a 、缓流； b 、急流； c 、临界流； （ 11）闸孔出流的流量 Q 与闸前水头的 H （ d ）成正比。 a 、 1 次方 b 、2 次方 c 、 3/2 次方 d 、1/2 次方 （ 12）渗流研究的对象是（a ）的运动规律。 a 、重力水； b 、毛细水； c 、气态水； d 、薄膜水。 （ 13）测量水槽中某点水流流速的仪器有 b a 、文丘里计 b 、毕托管 c 、测压管 d 、薄壁堰 （ 14）按重力相似准则设计的水力学模型，长度比尺 λ L ，模型中水深为 0.1 =100 米，则原型中对应点水深为和流量比尺为 d

水力学期末复习题含答案

选择题 1.液流分类中,凡运动要素沿流程发生变化的水流,称为 ( ) A.非恒定流 B.非均匀流 C.恒定流 D.均匀流 2.某管道内直径为d=120mm,在一小时内输水2103 m ,则其输水流量为 ( ) A.0.058s m /3 B.0.58s m /3 C.5.13s m /3 D.51.3s m /3 3．对同一点而言，其绝对压强与相对压强的数值相差一个 （ ） A ．当地大气压 B ．液面压强 C ．绝对真空 D ．汽化压强 4.若液体中某一点的压强为 2.5个工程大气压，用应力单位表示则为 ( ) A.24.52/m N B.24.52/m KN C.2452/m N D.2452/m KN 5.常见的测压仪器如测压计,所测得的压强为 ( ) A.相对压强 B.绝对压强 C.真空值 D.大气压强 6.急坡渠道中，发生在正常水深线N —N 线与临界水深线K —K 线之间的水面线称( ) A.2a 型 B.1b 型 C.2b 型 D.3b 型 7．对梯形水力最优断面，水力半径是正常水深的 （ ） A ．0.5 B ．1.0 C ．2.0 D ．4.0 8.在绘制曲面上压力体图时,若水与压力体分居曲面两侧,则该压力体为 ( ) A.虚压力体,z P 方向铅直向上 B.实压力体,z P 方向铅直向上 C.虚压力体,z P 方向铅直向下 D.实压力体,z P 方向铅直向下 9.在研究沿程阻力系数λ的变化规律时,尼古拉兹将紊流划分为几个流区? ( ) A.3 B.4 C.5 D.6 10．无粘性流体是 （ ） A ．符合牛顿内摩擦定律的液体 B ．密度 ρ=0的流体 C ．0=μ 的流体 D ．实际工程中常见的液体

水力学常用计算公式

1、明渠均匀流计算公式: Q=Aν=AC Ri C=n 1Ｒy （一般计算公式）Ｃ=n 1 R 61 （称曼宁公式） 2、渡槽进口尺寸（明渠均匀流） gZ 2bh Q ＝ z ：渡槽进口的水位降（进出口水位差） ε：渡槽进口侧向收缩系数，一般ε＝0。8～０。9 b:渡槽的宽度（米） h ：渡槽的过水深度(米) φ：流速系数φ=０。８~0．９5 3、倒虹吸计算公式： Q ＝mA z g 2（m 3/秒) 4、跌水计算公式： 跌水水力计算公式：Q ＝εmB 2 /30g 2H ， 式中：ε—侧收缩系数，矩形进口ε＝0.85～0.95；， B —进口宽度（米）；m —流量系数 5、流量计算公式: Ｑ=Aν 式中Q —-通过某一断面的流量，m ３/ｓ； ν——通过该断面的流速，ｍ/ｈ A —-过水断面的面积，ｍ2。 6、溢洪道计算 １)进口不设闸门的正流式开敞溢洪道 （1）淹没出流：Ｑ=εσＭBH 2 3 ＝侧向收缩系数×淹没系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 3 （２）实用堰出流：Q=εＭBH 2 3

=侧向收缩系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 3 2）进口装有闸门控制的溢洪道 (1）开敞式溢洪道。 Q ＝εσMＢH 2 3 ＝侧向收缩系数×淹没系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 3 （2)孔口自由出流计算公式为 Ｑ=ＭωH =堰顶闸门自由式孔流的流量系数×闸孔过水断面面积×H 其中：ω=be 7、放水涵管（洞)出流计算 １）、无压管流 Q ＝μＡ02gH =流量系数×放水孔口断面面积×02gH 2)、有压管流 Q ＝μA 02gH =流量系数×放水孔口断面面积×02gH 8、测流堰的流量计算—-薄壁堰测流的计算 １）三角形薄壁测流堰,其中θ＝90°，即 自由出流：Q ＝1。4H 2 5或Ｑ＝1.34３H 2.47（2—15) 淹没出流:Ｑ＝（1。4H 25)σ（2-16） 淹没系数:σ=2)13.0( 756.0--H h n +0.145(2-１7) 2）梯形薄壁测流堰,其中θ应满足t ａnθ= 4 1 ，以及b ＞３H,即 自由出流：Q ＝０．42b g 2H 2 3＝1.８6bH 2 3（２—１8）

水力学期末考试题

机密★启用前 大连理工大学网络教育学院 2019年秋《水力学》 期末考试复习题 ☆注意事项：本复习题满分共：200分。 一、选择题 1、渐变流过水断面上的静水压强（）分布，动水压强（）规律分布。 A．按直线，也按直线 B．按直线，按曲线 C．按曲线，也按曲线 D．按曲线，按直线 答案：A 2、在谢才公式中，当其它参数一定时，流速与水力坡度的关系是（）。 A．流速与水力坡度成正比 B．流速与水力坡度平方成正比 C．流速与水力坡度平方根成正比 D．流速与水力坡度的倒数成正比 答案：C 3、宽浅式明渠层流过水断面上沿垂线的流速是按（）规律分布的。 A．直线 B．抛物线 C．对数曲线 D．指数曲线 答案：B 4、管路的比阻A表示的是（）。 A．单位水头通过单位管径面积所需要的流量 B．单位水头通过单位长度管路所需要的流量 C．单位流量通过单位管径面积所需要的水头 D．单位流量通过单位长度管路所需要的水头 答案：D 5、用雷诺数判别液流型态，当雷诺数较小时，表明作用在液流上的（）起主导作用，液流呈（）型态。 A．惯性力，紊流 B．惯性力，层流 C．粘性力，紊流 D．粘性力，层流 答案：D 6、长管中的作用水头全部消耗在克服（）上。 A．速度水头 B．沿程水头损失 C．局部水头损失 D．压强水头

答案：B 二、填空题 1、作用在平面上的静水总压力等于平面________与其形心处_____________的乘积。 答案：面积、静水压强 F________1，流动为________。 2、明渠中，当水流流速大于相对波速时，则弗劳德数 r 答案：大于、急流 3、棱柱形渠道恒定非均匀渐变流水面曲线定性分析时，b1区曲线为处于________坡的_______水曲线。 答案：缓、降 4、达西定律表达式为____________。符合达西定律的渗流其沿程水头损失与流速______次方成正比。 、一 答案：v kJ 5、对于水银而言，由于内聚力比附着力______，所以细玻璃管中的水银面呈现____________面。 答案：大、凸 F________1，流动为________。 6、明渠中，当水流流速小于相对波速时，则弗劳德数 r 答案：小于、缓流 7、棱柱形渠道恒定非均匀渐变流水面曲线定性分析时，b3区曲线为处于________坡的_______水曲线。 答案：临界、降 8、渗流总压力或扬压力等于_____________与______________之和。 答案：浮托力、渗透压力 9、液柱式压强计测压的基本原理包括____________、液体中两点的压强差等于________________。 答案：等压面原理、两点高程差乘以液体的容重 F________1，流动为________。 10、明渠中，当水流流速等于相对波速时，则弗劳德数 r 答案：等于、临界流 11、棱柱形渠道恒定非均匀渐变流水面曲线定性分析时，b2区曲线为处于________坡的_______水曲线。 答案：陡、降 12、井的计算任务主要是求________________和_________________。 答案：渗透流量、浸润线的位置 三、判断题 1、定性分析水面曲线时，缓坡在流区号上加的下角标是5。

水力学期末综合复习题

《水力学》期末综合复习题 一、填空题（每小题4分，共16分） 1．有一明渠均匀流，通过流量s 553 =，底坡0004 Q/ m i，则其流量模数K= . = .0 2．水泵进口真空计的读数为2 p k=，则该处的相对压强水头为 m KN 5. 24m / 3．矩形断面渠道，水深h=1m，单宽流量s =,则该水流的佛汝德数Fr= 。 13 q/ m 4．宽顶堰的总水头H0=2m, 下游水位超过堰顶的高度h s=1.4m，此时堰流为出流。5．渗流杜比公式表明，在渐变渗流中过水断面的流速分布为。 6．已知谢才系数s =，则沿程阻力系数λ= 。 1002/1 m C/ 二、单项选择题（每小题3分，共30分） 1.静水中若某点的真空压强是20kP a，则其相对压强是（） （A）118 kP a （B）78 kP a （C）-20 kP a（D）-78 kP a 2.水力最佳断面是（）（A）湿周一定，面积最小的断面，（B）面积一定，通过流量最大的断面， （C）最低造价的断面，（D）最小糙率的断面 3.紊流中粘滞底层厚度δ比绝对粗糙度?大得多的壁面称为（） （A）光滑面（B）过渡粗糙面（C）粗糙面（D）以上答案均不对 4.当水流的沿程水头损失系数λ只与边界粗糙度有关，可判断该水流属于（）（A）层流区（B）紊流光滑区（C）紊流过渡区（D）紊流粗糙区 5.明渠中发生a1型水面曲线，则水流属于（）（A）急流（B）缓流（C）均匀流（D）层流 6.过堰水流的流量Q与堰顶水头H的（） （A） 1/2次方成正比（B） 3/2次方成正比 （C） 2次方成正比（D） 1次方成正比 7.静止液体中同一点各方向的压强（） （A）数值相等（B）数值不等 (C)仅水平方向数值相等 (D)铅直方向数值最大 8.在平衡液体中，质量力与等压面（） (A)重合 (B)平行 (C)斜交 (D)正交 9.液体只受重力作用，则静止液体中的等压面是（） （A）任意曲面；（B）水平面（C）斜平面（D）旋转抛物面 10.液体中某点的绝对压强为88kN/m2，则该点的相对压强为（）

水力学教程部分答案

第一章 绪论 1-2．20℃的水2.5m 3，当温度升至80℃时，其体积增加多少？ [解] 温度变化前后质量守恒，即2211V V ρρ= 又20℃时，水的密度3 1/23.998m kg =ρ 80℃时，水的密度32/83.971m kg =ρ 则增加的体积为3120679.0m V V V =-=? 1-4．一封闭容器盛有水或油，在地球上静止时，其单位质量力为若干？当封闭容器从空中自由下落时，其单位质量力又为若干？ [解] 在地球上静止时： 自由下落时： 第二章 流体静力学 2-1．一密闭盛水容器如图所示，U 形测压计液面高于容器内液面h=1.5m ，求容器液面的相对压强。 [解] gh p p a ρ+=0 2-3．密闭水箱，压力表测得压强为4900Pa 。压力表中心比A 点高0.5m ，A 点在液面下1.5m 。求液面的绝对压强和相对压强。 [解] g p p A ρ5.0+=表 2.8绘制题图中AB 面上的压强分布图。 解： 2-14．矩形平板闸门AB 一侧挡水。已知长l =2m ，宽b =1m ，形心点水深h c =2m ，倾角α=45，闸门上缘A 处设有转轴，忽略闸门自重及门轴摩擦力。试求开启闸门所需拉力。 [解] 作用在闸门上的总压力： 作用点位置：m A y J y y c c c D 946.21245sin 22112145sin 23=????+=+= 2-15．平面闸门AB 倾斜放置，已知α＝45°，门宽b ＝1m ，水深H 1＝3m ，H 2＝2m ，求闸门所受水静压力的大

小及作用点。 [解] 闸门左侧水压力： 作用点： 闸门右侧水压力： 作用点： 总压力大小：kN P P P 67.3474.2741.6221=-=-= 对B 点取矩： 2-13．如图所示盛水U 形管，静止时，两支管水面距离管口均为h ，当U 形管绕OZ 轴以等角速度ω旋转时，求保持液体不溢出管口的最大角速度ωmax 。 [解] 由液体质量守恒知，I 管液体上升高度与 II 管液体下降高度应相等，且两者液面同在一等压面上，满足等压面方程： 液体不溢出，要求h z z 2II I ≤-， 以b r a r ==21,分别代入等压面方程得： 2-16．如图，060=α，上部油深h 1＝1.0m ，下部水深h 2＝2.0m ，油的重度γ=8.0kN/m 3，求：平板ab 单位宽度上的流体静压力及其作用点。 [解] 合力 作用点： 2.18一弧形闸门，宽2m ，圆心角α=?30，半径R =3m ，闸门转轴与水平齐平，试求作用在闸门上的静水总压力的大小和方向。 解：（1）水平压力：()()223sin 30sin 29.80722x R P g b αρ?=?=?? 22.066=（kN ） （→） （2）垂向压力：211sin cos 122z P V g g R R R ρρπαα? ?==?-? ??? 7.996=（kN ） （↑） 合力：23.470P ===（kN ）

水力学计算题型

计算题类型 一、 点压强计算 1. 一封闭水箱自由液面上的绝对气体压强2 ' 0/25m kN p =， m h m h 2,421== ，求A 、B 两点的相对压强？ （1） 涉及到的概念：等压面、等压面是水平面的条件、静压强基本方程。 (2) 解题思路：① 找等压面② 找已知点压强 ③利用静压强基本方程推求。 二、 静水总压力计算 1. 如图示，一平板闸门，两侧有水，左侧水深为3 m ，右侧水深为2 m ，求作用在单宽闸门上的静水总压力及作用点。 （1） 涉及到的概念：相对压强分布图、总压力：A gh P c ρ= （2） 压心： A y I y y c c C D + = （3） 解题思路：① 求出各分力 ② 合成求总压力作用点 ③ 注意，是力 的平衡还是力矩平衡

4. 如图示，一弧形闸门，其宽度 b=6m ,圆心角0 30=φ，半径m R 5.2=，闸门轴与水面齐平。求水对闸门的总压力及总压力对轴的力矩？ （1） 涉及到的概念：水平分力 x c x A gh P ρ= 垂直分力 gV P z ρ= ，压立体图。 (2) 解题思路： ① 画压力体图 ② 画投影面压强分布图 ② 求解水平分力、垂直分力、总压力 2 2z x p P P += 、 总压力作用线 x z P P arctan =α 三、运动学 1 . 已知平面流动，2 22,2y x a u xy u y x -+==，a 为常数，试判断 该液流是 （1）是恒定流还是非恒定流？ （2）是否满足不可压缩流体连续性微分方程，（流动是否存在）？ （3）是均匀流还是非均匀流？ （4）是有旋流还是无旋流？ (一)涉及到的概念： 质点加速度表达式：z u u y u u x u u t u a x z x y x x x x ??+??+??+??= 恒定流（ 0=??t u ）非恒定流 （ 0≠??t u ） 恒定流 0=??+??+??=z u u y u u x u u a x z x y x x x ，0 ==z y a a 不可压缩流体连续性微分方程： 0=??+ ??+ ??z u y u x u z y x

水力学教程 第1章

高等学校教材HYDRAULICS 水力学 李大美杨小亭主编 武汉大学出版社

第一章绪论 §1-1 水力学的任务与研究对象 水力学（Hydraulics）是介于基础课和专业课之间的一门技术基础课，属力学的一个分支。主要研究以水为主的液体平衡和机械运动规律及其实际应用。一方面根据基础科学中的普遍规律，结合水流特点，建立基本理论，同时又紧密联系工程实际，发展学科内容。 一、水力学的任务及研究对象 水力学所研究的基本规律，主要包括两部分：1.液体的平衡规律，研究液体处于平衡状态时，作用于液体上的各种力之间的关系，称为水静力学；2.液体的运动规律，研究液体在运动状态时，作用于液体上的力与运动之间的关系，以及液体的运动特性与能量转化等等，称为水动力学。水力学所研究的液体运动是指在外力作用下的宏观机械运动，而不包括微观分子运动。水力学在研究液体平衡和机械运动规律时，须应用物理学和理论力学中的有关原理，如力系平衡定理，动量定理，能量守恒与转化定理等，因为液体也同样遵循这些普遍的原理。所以物理学和理论力学知识是学习水力学课程必要的基础。 二、液体的连续介质假定 自然界的物质具有三态：固体、液体和气体。 固体：具有一定的体积和一定的形状，表现为不易压缩和不易流动； 液体：具有一定的体积而无一定形状，表现为不易压缩和易流动； 气体：既无一定体积，又无一定形状，表现为易压缩和易流动。 液体和气体都具有易流动性，故统称流体。流体分子间距较大，内聚力很小，易变形（流动），只要有极小的外力（包括自重）作用，就会发生连续变形，即流体几乎没有抵抗变形的能力。所谓液体的连续介质假定，就是认为液体是由许多微团——质点组成（每个质点包含无穷多个液体分子），这些质点之间没有间隙，也没有微观运动，连续分布在液体所占据的空间。即认为液体是一种无间隙地充满所在空间的连续介质（Continuum）。 三、水力学的应用领域 水力学在实际工程中有广泛的应用，如农业水利、水力发电、交通运输、土木建筑、石油化工、采矿冶金、生物技术以及信息、物资、资金等流动问题，都需要水力学的基本原理。在土建工程中，如城市的生活和工业用水，一般都是由水厂集中供应的，水厂用水泵把河流，湖泊或水井中的水抽上来，经过净化处理

《水力学》课程参考文献

《水力学》课程参考文献 1．董曾南主编，清华大学水力学教研组编．水力学（上册）．北京：高等教育出版社，1995 2．余常昭主编，清华大学水力学教研组编．水力学（下册）．北京：高等教育出版社，1996 3．吴持恭主编，高速水力学国家重点实验室（四川大学）编．水力学（上册，下册）．北京：高等教育出版社，2003 4．闻德荪主编．工程流体力学（水力学）（上册，下册）．北京：高等教育出版社，2004 5．丁祖荣编著．流体力学（上册，中册，下册）．北京：高等教育出版社，2003 6．夏震寰．现代水力学（一，二）．北京：高等教育出版社，1990 7．董曾南，章梓雄．非粘性流体力学．北京：清华大学出版社，2003 8．章梓雄，董曾南．粘性流体力学．北京：清华大学出版社，1998 9．周谟仁主编．流体力学泵与风机．北京：中国建筑工业出版社，1999 10．蔡增基，龙天渝主编．流体力学泵与风机．北京：中国建筑工业出版社， 1999 11．屠大燕主编．流体力学与流体机械．北京：中国建筑工业出版社，1994 12．李玉柱，苑明顺编．流体力学．北京：高等教育出版社，1998 13．刘鹤年编．流体力学．北京：中国建筑工业出版社，2001 14．李鉴初，杨景芳主编．水力学教程．北京高等教育出版社，1995 15．余常昭．环境流体力学导论．北京：清华大学出版社，1992 16．张也影．流体力学．北京：高等教育出版社，1999 17．张英主编．工程流体力学．北京：中国水利水电出版社，2002 18．禹华谦主编，莫乃榕副主编．工程流体力学．北京：高等教育出版社，2004 19．孔珑主编．流体力学（1，2）．北京：高等教育出版社，2003 20．陈卓如主编．工程流体力学．北京：高等教育出版社，2004 21．莫乃榕主编．工程流体力学．武汉：华中理工大学出版社，2000 22．刘鹤年．水力学．武汉：武汉大学出版社，2001 23．莫乃榕，槐文信编著．流体力学水力学题解．武汉：华中科技大学出版社，2002 24．余常昭．紊动射流．北京：高等教育出版社，1993 25．大连工学院水力学教研室．水力学解题指导及习题集．北京：高等教育出版社，1984 26．汪兴华编．工程流体力学习题集．北京：机械工业出版社，1983

水力学期末复习整理

水力学期末复习整理 第一章绪论 1.液体质点：微观上充分大，宏观上充分小的液体微团。 2.连续介质：液体和气体充满一个空间时，分子间没有间隙，其物理性质和运动要素都是连续分布的。 3.液体的易流动性：静止时，液体不能承受切力及抵抗剪切变形的特性。 4.液体的粘滞性：在运动状态下，液体所具有抵抗剪切变形的能力。（理想液体无粘滞性） 5.作用在液体上的力按作用特点分为质量力（主力，惯性力）和表面力（压力，切力）。 6.牛顿液体：凡τ与 dy du 呈过原点的正比例关系的液体 第二章 水静力学基础 1.静水压强特点：①作用线垂直于作用面；②同一点处，静水压强各向等值。 2.等压面特性：质量力与等压面互相垂直。 常见等压面：自由液面；同种相连通液体水平面；不相混溶液体交接面。 3.位置水头z ：计算点的位置高度，即计算点距计算基准面的高度。 第三章 水动力学基础 1.描述液体运动的两种方法：拉格朗日法；欧拉法。 2.欧拉法的基本概念： 流线：同一时刻与流场中各质点运动速度矢量相切的曲线。 流线的性质：①不相交或不突然转折；②光滑连续；③与恒定流流线重合；④与均匀流流线平行。 流管：在流场中取一封闭几何曲线，在此曲线上各点作流线，则可构成一管状流动界面。 流股：流管内的液流，又称为流束。 过水断面：垂直于流线簇所取的断面。 元流：过水断面无限小的流股。 总流：无数元流的总和。 3.流量Q ：单位时间内流经过水断面的液体体积。Q<0流进；Q>0流出。 4.液流分类：①恒定流与非恒定流：运动要素不随时间变化的流动称为恒定流； ②均匀流与非均匀流：流线簇彼此呈平行直线的流动称为均匀流。 非均匀流中又分为渐变流和急变流。 ③有压流与无压流 5.毕托管测流速；文丘里管（有压管）测流量。 第四章 水流阻力与水头损失 1.水头损失类型：沿程水头损失hf ；局部水头损失hj 。 2.黏性底层：在实际液流中，由于液体与管壁间的附着力作用，在管壁上会有一层极薄的液体贴附在管壁上不动，其流速为零。厚度λ δRe 81.32d = 。 3.绝对粗糙度Δ：管壁粗糙突出的平均高度。 4.绝对粗糙度对水流运动的影响：①Δ<δ，管壁绝对粗糙度被黏性底层淹没，Δ对紊流结构基本上没有影响，黏性底层成了紊流流核的天然光滑壁面，称为“水力光滑管”；②Δ>δ，管壁绝对粗糙度突出于黏性底层之外，并深入到紊流的流核之中，可使液流产生旋涡，加剧紊流的脉动，称为“水力粗糙管”。 5.当量粗糙度：和工业管道沿程阻力系数相等的同直径人工均匀粗糙管道的绝对粗糙度。 6.局部边界条件急剧改变是引起局部水头损失的直接原因。 水流的影响有：①导致液流中产生旋涡，加大水流的紊乱与脉动，增大液流的能量损失；②造成液流断面流速重新分布，加大流速梯度及紊流附加切应力，导致局部较集中的水头损失。 第五章 有压管流与孔口﹑管嘴出流 1.有压管路的类型：简单管路；复杂管路（串联，并联，管网）；长管与短管。 短管：必须同时计算管路沿程水头损失，局部水头损失及流速水头的管路。(L/d<1000) 长管：管路流速水头及局部水头损失可以忽略不计的管路。(L/d>1000) 第六章 明渠水流 1.棱柱形渠道：断面形状及尺寸沿程不变的渠道（过水面积只随水深h 变化，与断面位置无关）； 非棱柱形渠道：断面形状及尺寸沿程变化的渠道（过水面积与水深h 及断面位置有关）。 2.明渠均匀流发生的条件：属于恒定流，流量沿程不变；长直形的棱柱形顺坡（i>0）渠道；渠道糙率n 及坡底i 沿程不变。 明渠均匀流的水力特性：是一种等深，等速直线运动，断面流速沿程不变；总水头线﹑测压管水头线及渠底线三者平行，因此水力坡度J ﹑测压管坡度Jp 及渠底坡度i 三者相等。 3.明渠底坡（渠道底坡i ）：渠道沿程单位长度内的渠底高程变化值，又称比降。 按底坡几何特征分为：i>0,顺坡渠道；i=0，平坡渠道；i<0，逆坡渠道。 明渠水力最佳断面：渠道过水断面面积A ，糙率n 及渠道坡底一定时，Q 最大的断面形状。（A 一定，Q 最大；Q 一定，A 最小）