《水力学总复习》PPT课件.ppt

工程流体力学工程流体力学总总 复复 习（习（1 1）1复习计划复习计划o第一次复习课：第一、二、三、四章第一次复习课：第一、二、三、四章o第第二二次复习课：第五、七、八、九章次复习课：第五、七、八、九章2第一章第一章 绪论绪论 一、连续介质的概念一、连续介质的概念二、液体的主要物理性质：二、液体的主要物理性质：(1)(1)惯性、质量、密度惯性、质量、密度 (2)(2)易流动性、易流动性、压缩性与表面张力特性压缩性与表面张力特性 (3)(3)粘性：牛顿内摩擦定律粘性：牛顿内摩擦定律三、理想流体与实际流体模型三、理想流体与实际流体模型四、作用在液体上的力四、作用在液体上的力 质量力、表面力质量力、表面力3 第二章第二章 流体静力学流体静力学 一一.静压强的特性静压强的特性 1.1.垂直指向受压面。垂直指向受压面。2.2.在同一点各方向的静压强大小与受压面方位无关在同一点各方向的静压强大小与受压面方位无关.二二.液体平衡微分方程液体平衡微分方程 综合式综合式积分式积分式4等压面等压面等压面的性质等压面的性质（1）等压面为等势面；等压面为等势面；（2）等压面与质量力正交等压面与质量力正交。等压面是水平面的条件等压面是水平面的条件（1）单一重力单一重力（2）同一介质同一介质（3）连续）连续52.基本概念基本概念位置水头、压强水头、测压管水头位置水头、压强水头、测压管水头 绝对压强、相对压强、真空压强。绝对压强、相对压强、真空压强。三三.重力作用下静水压强的分布规律重力作用下静水压强的分布规律 1.静力学基本方程静力学基本方程6绘制原则绘制原则:找已知点压强找已知点压强.根据静压强基本公式根据静压强基本公式 计算点压强。计算点压强。依据静压强的两个特性绘图依据静压强的两个特性绘图.绘制要求绘制要求:表示出压强的方向（特性表示出压强的方向（特性1 1）；）；表示出压强的大小（特性表示出压强的大小（特性2 2，定性画）；，定性画）；举例举例3.静压强分布图静压强分布图7四四.点压强的计算点压强的计算 1.1.找已知点压强；找已知点压强；2.2.找出等压面；找出等压面；3.3.由静压强基本方程逐步推求未知点压强由静压强基本方程逐步推求未知点压强;8（1 1）作用在平面上的）作用在平面上的静水总压力静水总压力大小大小:（2 2）压力中心（作用点）压力中心（作用点）:（3 3）方向方向:垂直指向受压面垂直指向受压面.五五.作用在平面上的静水总压力作用在平面上的静水总压力9（1 1）水平分力：）水平分力：（2 2）垂直分力：）垂直分力：（3 3）总压力：）总压力：（4 4）总压力作用线的方向：）总压力作用线的方向：五五.作用在曲面上的静水总压力作用在曲面上的静水总压力10关键：压力体画法关键：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、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，铅锤分力方向向上分力方向向下。反之，为虚压力体，铅锤分力方向向上。11第三章第三章 流体运动学流体运动学一一.描述液体运动的两种方法描述液体运动的两种方法拉格朗日法拉格朗日法欧拉法欧拉法12质点加速度 迁移加速度由流速由流速不均匀不均匀性引起性引起由流速由流速不恒定不恒定性引起性引起加速度加速度分量形分量形式式时间加速度13二、欧拉法的基本概念二、欧拉法的基本概念迹线和流线迹线和流线恒定流、非恒定流恒定流、非恒定流均匀流、非均匀流（渐变流、急变流）均匀流、非均匀流（渐变流、急变流）流管、元流、总流和过流断面流管、元流、总流和过流断面流量和断面平均流速流量和断面平均流速一元流、二元流和三元流一元流、二元流和三元流14或或三三.连续性微分方程连续性微分方程15能量方程能量方程实实际际液液体体恒恒定定总总流流的能量方程的能量方程理想流体元流能量方程理想流体元流能量方程实际流体元流能量方程实际流体元流能量方程第四章第四章 流体动力学流体动力学16例题例题1:1:如图示如图示,有一供水系统有一供水系统,集水井水面与水池水面集水井水面与水池水面高差高差 z=8m,z=8m,水泵的扬程水泵的扬程H=15m,H=15m,水泵吸水管、压水水泵吸水管、压水管管d=0.2m,d=0.2m,管路总的水头损失管路总的水头损失 ，为管中断面平均流速为管中断面平均流速,求供水流量求供水流量Q=?Q=?17恒定总流的动量方程恒定总流的动量方程表面力、质量表面力、质量力、固体边界力、固体边界的反作用力的反作用力 该该方方程程是是矢矢量量方方程程，应应用用时时一一般般都都要要写写成成分分量量形形式式，一一定定是输出的动量减去输入的动量。是输出的动量减去输入的动量。18应用举例应用举例19工程流体力学工程流体力学总总 复复 习（习（2 2）20一一.液体流动的两种型态液体流动的两种型态 液体质点互不混掺，做有条不紊的直线运动；液体质点互不混掺，做有条不紊的直线运动；1.1.层流层流 形成涡体，液体质点脉动、互相掺混形成涡体，液体质点脉动、互相掺混；2.2.紊流紊流3.流态的判别流态的判别 雷诺数雷诺数表示惯性力与粘表示惯性力与粘滞力的对比关系滞力的对比关系圆管圆管非非圆形断面的管道或渠道圆形断面的管道或渠道 第五章第五章 流动阻力与能量损失流动阻力与能量损失21二二.水头损失水头损失三三.沿程水头损失的计算公式沿程水头损失的计算公式1.1.均匀流基本方程均匀流基本方程2.圆管过水断面上切应力的分布圆管过水断面上切应力的分布水力半径水力半径22四四.圆管中的层流运动圆管中的层流运动圆管层流中流速为抛圆管层流中流速为抛物型分布（旋转抛物物型分布（旋转抛物面）面）232.紊流切应力紊流切应力牛顿粘滞切应力牛顿粘滞切应力紊流附加切应力紊流附加切应力五五.紊流的特征紊流的特征1.紊流中运动要素的脉动紊流中运动要素的脉动瞬时流速瞬时流速时均流速时均流速脉动流速脉动流速243.3.粘性底层粘性底层 紊紊流流中中，在在固固体体边边界界处处，粘粘滞滞力力起起主主要要作作用用，靠靠近近固固体体边边界界处处流流体体作作层层流流运运动动，这这层层流流体体叫叫做做粘粘性性底底层层（厚厚度度 0 0）。粘粘性性底底层层的的厚厚度度很很薄薄，一一般般为为十十分分之之几几毫毫米米。粘粘性性底底层层在在流流体体力力学学研研究究中中有有非非常常重重要要的意义。的意义。l l与雷诺数、沿程阻力与雷诺数、沿程阻力系数、管径有关。系数、管径有关。254.4.紊流分区紊流分区 水力光滑管区水力光滑管区 过渡区过渡区 水力粗糙管区水力粗糙管区水力光滑管、水力粗糙管不是一成不变的。水力光滑管、水力粗糙管不是一成不变的。26层流流速分布层流流速分布紊流流速分布紊流流速分布抛物型分布抛物型分布对数分布对数分布5.5.圆管紊流流速分布圆管紊流流速分布紊流流速分布均匀化了，所以，工程上动能紊流流速分布均匀化了，所以，工程上动能修正系数修正系数 ，动量修正系数，动量修正系数 。27六六.尼古拉兹试验（尼古拉兹试验（的变化规律）的变化规律）28沿程损失系数的五个分区沿程损失系数的五个分区1I区，区，Re2300，层流区，层流区，=f(Re)=64/Re，hf v2II区，区，Re=23004000，层流到紊流过渡区，层流到紊流过渡区，=f(Re)3III区，区，4000 Re 0平坡平坡(平底坡平底坡)i=0逆坡逆坡(反坡反坡)i 0 0（顺坡渠道）（顺坡渠道）（运动条件）（运动条件）（几何条件）（几何条件）（动力条件）（动力条件）45（三）明渠均匀流的基本公式（三）明渠均匀流的基本公式C-C-谢才系数谢才系数（动力方程）（动力方程）（连续性方程连续性方程）流量模数流量模数曼宁公式：曼宁公式：巴氏公式：巴氏公式：46（1）水力最优断面）水力最优断面 定义：定义：过流断面的面积、糙率、底坡一定，通过的过流断面的面积、糙率、底坡一定，通过的流量最大的断面形状与尺寸。流量最大的断面形状与尺寸。梯形断面最佳宽深比梯形断面最佳宽深比水力最优不一定工程最优水力最优不一定工程最优!（四）水力最优断面（四）水力最优断面 47（一）流动类型及判别标准（一）流动类型及判别标准二、二、明渠恒定非均匀流明渠恒定非均匀流48（二）断面单位能量（断面比能）（二）断面单位能量（断面比能）临界水深与临临界水深与临界流方程界流方程矩形渠道矩形渠道临界水深临界水深普通形式普通形式49 水流从缓流向急流过渡的局部水力现象，称水流从缓流向急流过渡的局部水力现象，称跌水跌水（水跌水跌）。）。水水流流从从缓缓流流向向急急流流过过渡渡将将经经过过临临界界水水深深，产产生生水水面面跌跌落落。（三）水跌与水跃1.1.跌水跌水502.2.水跃水跃 水水流流从从急急流流过过渡渡到到缓缓流流时时，发发生生的的水水面面突突然然跃跃起起的的局局部部水力现象，称为水力现象，称为水跃水跃。共轭水深：共轭水深：水跃方程水跃方程513.3.水跃的型式水跃的型式远驱式水跃远驱式水跃临界式水跃临界式水跃淹没式水跃淹没式水跃52（五）棱柱形渠道中渐变流水面曲线定性分析（五）棱柱形渠道中渐变流水面曲线定性分析5354第九章第九章 堰流堰流一一.堰的分类堰的分类（1）按）按/H大小大小薄壁堰薄壁堰实用堰实用堰淹没出流淹没出流宽顶堰宽顶堰（2 2）按水流形态）按水流形态自由出流自由出流55二二.堰流基本公式堰流基本公式三、宽顶堰自由出流水力特征三、宽顶堰自由出流水力特征水面两次跌落水面两次跌落堰顶水流为急流堰顶水流为急流56三、宽顶堰淹没出流及淹没过程三、宽顶堰淹没出流及淹没过程三、宽顶堰淹没出流判别标准三、宽顶堰淹没出流判别标准必要条件：必要条件：充分条件：充分条件：57o答疑时间：待定o考试中，诚实守信，严禁作弊行为Stay hungry，stay foolish58感谢大家这一学期对老师工作的支持和配合 祝大家：考试顺利 天天开心 失败只有一种，那就是放弃努力 Fanjuan 59