2022年《水力学》知识点 .pdf

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dydu4. 理想流体模型：不考虑粘滞性。5. 作用在液体上的力：质量力、表面力例：1.在静水中取一六面体， 分析其所受的外力： 作用在该六面体上的力有（ ）（a）切向力、正压力(b) 正压力(c) 正压力、重力(d) 正压力、切向力、重力2.在明渠均匀流中取一六面体， 其所受的外力：作用在该六面体上有（ ）（a）切向力、正压力(b) 正压力(c) 正压力、重力(d) 正压力、切向力、重力3. 理想流体与实际流体的区别仅在于，理想流体具有不可压缩性。（ ）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2. 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。Cgpzghpp0名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 1 页，共 18 页 - - - - - - - - - 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：bP解析法：AghPcAyIyycccD7. 作用在曲面上的静水总压力关键：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. 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) 法名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页，共 18 页 - - - - - - - - - 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0zuyuxuzyx4. 恒定总流连续方程：2211vAvA5. 理想流体元流的能量方程gugpzgugpz22222221116. 实际流体元流的能量方程2222211122whgugpzgugpz7. 实际流体恒定总流能量方程21222222111122whgvgpzgvgpz21222222111122whgvgpzHgvgpz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）过流断面：（必须是均匀流或渐变流断面，中间可为急变流）（3）计算点：（可任选，以方便为原则）8. 恒定总流动量方程FvvQ)(1122分量形式：xxxFvvQ)(2122名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 3 页，共 18 页 - - - - - - - - - yyyFvvQ)(2122zzzFvvQ)(21229. 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，一定是流出的动量减去流入的动量。10. 三大方程联合应用（1）11.定理对于任一物理过程，存在有n个物理量，总可以写成函数0),(321nqqqqf若选择其中m个物理量作为基本量， （流体力学中一般3m，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)3(n个有效式，32144qqqq名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 4 页，共 18 页 - - - - - - - - - 此物理过程可写为：0).,(654nF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（ ）(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：vdRe非圆管或明渠水流：vRRe2000Rec500Rec2. 水头损失达西公式：gvdlhf223. 均匀流基本公式固体边界：gRJ0流体内部：JgR4. 圆管过水断面上切应力的分布00rr2. 圆管中的层流运动切应力：dydu断面流速分布：)(4220rrgJu名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 5 页，共 18 页 - - - - - - - - - 最大流速：（管轴线上）20max4rgJu断面平均流速：max20218urgJvgvdlhf3Re642令Re64gvdlhf326. 紊流的特征紊流中运动要素的脉动瞬时流速：)(xxxuutu时均流速：)(1xxxxuudttuTu脉动流速：xxxuuu7. 紊流附加切应力2122)(dyduldydu8. 紊流流速分布cyvuln1对数曲线分布，流速分布均匀化了。此即0.1，0 .1的原因。9. 粘流底层名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 6 页，共 18 页 - - - - - - - - - 受粘滞力作用，有一极薄层流体附在管壁上不流动；在靠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4.0K（2）过渡粗糙区64 .0K（3）粗糙区（阻力平方区）6K11. 尼古拉兹实验I 区， Re2300 ，层流区=f (Re)，II 区， Re=23004000 ，层流到紊流过渡区 = f ( Re,K/d) III区，1054000 ，紊流水力光滑区=f ( Re). 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 7 页，共 18 页 - - - - - - - - - IV 区，过渡粗糙区， =f (Re、K/ d). V区，粗糙管， =f ( K/ d). 阻力平方区。12. 局部损失计算公式：gvhj22突然放大局部损失计算公式的推导。gvvhj2)(221gvgvAAhgvgvAAhjj22) 1(22)1(2222221221121221212222111AAAA1)()(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. 在进行水力计算时，短管是指管道几何长度较短的管道。（）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,说明紊流各区沿程阻力系数与 Re和dK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10dH；小孔口10dH）（2）薄壁孔口与厚壁孔口名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 8 页，共 18 页 - - - - - - - - - （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：02gHAQ3. 管嘴出流流量公式：02gHAQn32.1n，收缩断面压强：075.0Hpc管嘴工作条件： (a)dl)43(；(b)mH90( 水柱) 4. 短管的水力计算流量公式：名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 9 页，共 18 页 - - - - - - - - - 02gHAQdl1gHAQ23. 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（1）简单管路计算公式：lRCAQgAQRlcggvdlhHf22222222482令RACK流量模数lKQhHf22粗糙区（smv/2 .1） ：lKQhHf22水力光滑区或紊流过渡区（smv/2. 1）lKQkhHf22还可表示为：252422282162lQdgdgQdlgvdlhHf令：528dgs（比阻）名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 10 页，共 18 页 - - - - - - - - - 粗糙区（smv/2 .1） ：2SlQhHf水力光滑区或紊流过渡区（smv/2. 1）2kSlQhHfk修正系数（2）串联管路计算原则：（1）21iiniiQlsHiiinilKQH221（2）1iiiQqQ（节点流量）（3）并联管路计算原则：（1）.321ffffhhhh（2）01niiQ（节点流量）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。（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 0 4、明渠均匀流的基本公式RicvRiACQiKQRACK流量模数谢齐系数：611RnC（曼宁公式）yRnC1（巴氏公式）5、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）。对于梯形断面渠道：)1(2)(2mmhbhh矩形渠道：2hbh6. 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：iKQ（2KQi（3） 确定渠道的断面尺寸： （试算或图解法）第 6 章明渠恒定非均匀流名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 12 页，共 18 页 - - - - - - - - - 第 7 章水跃1、明渠水流流动类型（2）判别标准：方法流态干扰波波速mghc弗劳德数mghvFr临界水深Kh临界底坡Ki缓流cv0. 1FrKhhKii临界流cv0. 1FrKhhKii急流cv0. 1FrkhhKii2. 断面单位能量（断面比能）gvhEs22222gAQhEs)(hfEs临界流方程：KKBAgQ32（矩形渠道 :23Kqhg）3. 跌水与水跃（1）跌水现象缓坡接陡坡的渠道名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 13 页，共 18 页 - - - - - - - - - 缓坡渠道末端有跌坎（2）水跃现象（1）水跃方程：)(2hfAygAQc)()(hh（3）水跃的类型临界式水跃hht(b)淹没式水跃hht(c)远驱式水跃hht4. 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，为壅水曲名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 14 页，共 18 页 - - - - - - - - - 线，反之为降水曲线。（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. 堰流的分类薄壁堰：0H5.H宽顶堰：0 .105.2H2. 堰流基本公式5 .1002 HgbmQ5 .102 HgbmQ有侧向收缩：5.102 HgmQ淹没出流：5. 102 HgmQ3、宽顶堰（ 1）宽顶堰自由出流名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 15 页，共 18 页 - - - - - - - - - 水流特征：（1）二次水面跌落。（2）堰顶上水流为急流。（2）宽顶堰淹没出流水流特征：（1）一次水面跌落，下游出现动能恢复z（2）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：0sh（2） 充分条件：08.0Hhs第 12 章液体运动的流畅理论1. 质点的速度、加速度速度：),(),(),(zyxuuzyxuuzyxuuzzyyxx质点加速度的表达式（欧拉法）zuuyuuxuutuaxzxyxxxx名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 16 页，共 18 页 - - - - - - - - - 2. 液体质点运动的基本形式3. 有旋流与无旋流流体质点（微团）旋转变形表达式)(21)(21)(21yuxuxuzuxuyuxyzzxyyzx对于有旋流000zyx， 对于无旋流（势流）000zyx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yuxuxuzuzuyuxyzxyz（）（）式成立，是使dzudyudxuzyx成为某一函数),(zyx的全微分的充分必要条件，即名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 17 页，共 18 页 - - - - - - - - - dzudyudxudzyxdzzdyydxxd比较上两式，得zuyuxuzyx,对于不可压缩流体，连续性微分方程所以，函数),(zyx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，),(yx，xux，yuy由连续性微分方程， （）式（）是使dyudxuxy成为某一函数),(yx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？dzudyudxudzyx，3. 给出势函数，求流函数？4. 给出流函数，求势函数？名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 18 页，共 18 页 - - - - - - - - -