水力学主要知识点.ppt
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1、 绪绪 论论(一)液体的主要物理性质(一)液体的主要物理性质 1惯性与重力特性惯性与重力特性 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描述液体内部的粘滞力规律的是牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律:3可压缩性。可压缩性。在研究水击时需要考虑在研究水击时需要考虑 4表面张力特性。表面张力特性。进行模型试验时需要考虑进行模型试验时需要考虑 水力学的两个基本假设:水力学的两个基本假设:(二二)连续介质和理想液体假设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连续介质:液体是由液体质
2、点组成的连续体,可以用连续函数描述可以用连续函数描述 液体运动的物理量液体运动的物理量.2理想液体理想液体:忽略粘滞性、可压缩性的液体:忽略粘滞性、可压缩性的液体 (三)作用在液体上的(三)作用在液体上的两类作用力两类作用力 第第1章水静力学章水静力学 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,可以求作用在建筑物上的静水荷载。总压力的计算,可以求作用在建筑物上的静水荷载。1静水压强:静水压强:主要掌握静水压强特性主要掌握静水压强特性,等压面等压面,水头的概念,以及静水压强的计算和不同表水头的概念,以
3、及静水压强的计算和不同表示方法示方法.1静水压强的两个特性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)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,)静水压强的大小仅与该点坐标有关,与受压面方向无关,2.等压面等压面与连通器原理:在只受重力作用与连通器原理:在只受重力作用,连通的同种液体内连通的同种液体内,等压面是水平等压面是水平面面(它是静水压强计算和测量的依据)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重力作用下静水压强基本公式(水静力学基本公式)(水静力学基本公式)p=p0+gh或或 其中其中 z位置水头,位置水头,p
4、/g压强水头,压强水头,z+p/g测压管水头测压管水头请注意,请注意,“水头水头”表示单位重量液体含有的能量。表示单位重量液体含有的能量。可以是正值,也可以是负值。可以是正值,也可以是负值。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。和曲面两类。根据平面的形状:根据平面的形状:对规则的矩形平面可采用图解法对规则的矩形平面可采用图解法,任意形状的平面都,任意形状的平面都可以用解析法进行计算。可以用解析法进行计算。4压强的三种表示方法:绝对压强压强的三种表示方法:绝对压强p,相对压强,相对压强p,真空度真空
5、度pv,它们之间的关系为:它们之间的关系为:p=p-pa pv=p(当(当p0时时pv存在)存在)相对压强相对压强:p=gh静水总压力的计算静水总压力的计算1)平面壁静水总压力平面壁静水总压力图解法图解法:大小:大小:P=b,-静水压强分布图面积静水压强分布图面积方向:垂直并指向受压平面方向: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。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两点的静水压强,把它们端点联系起来,就是静水线段
6、分别画出平面上两点的静水压强,把它们端点联系起来,就是静水压强分布图压强分布图解析法解析法:大小:大小:P=pcA,pc形心处压强形心处压强 方向:垂直并指向受压平面方向:垂直并指向受压平面 作用点作用点D:通常作用点位于对称轴上,在平面的几何中心之下。:通常作用点位于对称轴上,在平面的几何中心之下。(2)曲面壁静水总压力曲面壁静水总压力1.水平分力:水平分力:Px=pcAx=ghcAx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。面形心点的压强乘以投影面面积。铅垂分力:铅垂分力:Pz=
7、gV,V-压力体体积压力体体积.在求铅垂分力在求铅垂分力Pz时时,要绘制压力体剖面图。要绘制压力体剖面图。压力体压力体是由自由液面或其是由自由液面或其延长面延长面,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。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体与受压面在曲面的两侧,则铅垂分力的方向向上.合力方向:合力方向:=arctg 液液流流 第第2章章 液体运动的流束理论液体运动的流束理论 1.流线的特点流线的特点:反
8、映液体运动趋势的图线反映液体运动趋势的图线 流线的特征流线的特征:流线不能相交;恒定流流线形状位置不变;恒定流流线不能相交;恒定流流线形状位置不变;恒定流 迹迹线和流线重合。线和流线重合。2.流动的分类流动的分类:非恒定流非恒定流 均匀流均匀流 恒定流恒定流 非均匀流非均匀流 渐变流渐变流 在均匀流和渐变流过水断面上,压强分布满足:在均匀流和渐变流过水断面上,压强分布满足:(二)液体运动基本方程(二)液体运动基本方程 急变流急变流1.恒定总流连续方程恒定总流连续方程 v 1A1=v 2A2 ,Q=vA 利用连续方程,已知流量可以求断面平均流速,或者通过两断面间利用连续方程,已知流量可以求断面平
9、均流速,或者通过两断面间的几何关系求断面平均流速。的几何关系求断面平均流速。2.恒定总流能量方程恒定总流能量方程 J=水力坡度水力坡度 ,表示单位长度流程上的水头损失。,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能量方程是应用最广泛的方程,能量方程中的最后一项hw是单位是单位重量液体从重量液体从1断面流到断面流到2断面的平均水头损失断面的平均水头损失 (1)能量方程应用条件:)能量方程应用条件:恒定流,只有重力作用,不可压缩恒定流,只有重力作用,不可压缩渐变流断面,无流量和能量的渐变流断面,无流量和能量的出入出入 (2)能量方程应用注意事项)能量方程应用注意
10、事项:三选:选择统一基准面便于计算三选:选择统一基准面便于计算 选典型点计算测压管水头选典型点计算测压管水头:选计算断面使未知量尽可能少选计算断面使未知量尽可能少 (压强计算采用统一标准)压强计算采用统一标准)(3)能量方程的应用:)能量方程的应用:它经常与连续方程联解求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: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。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。毕托管则是利用能量方程确定明渠(水槽)流速的仪器。当需要求解水流与固体边界之间的作用力时,
11、必须要用到动量方程,当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.恒定总流动量方程恒定总流动量方程 Fx=Q(2 v 2x-1 v 1x)投影形式投影形式 Fy=Q(2 v 2y-1 v 1y)Fz=Q(2 v 2z-1 v 1z)动量修正系数,一般取动量修正系数,一般取=1.0 式中:式中:Fx、Fy、Fz是作用在控制体上所有外力沿各坐标轴分量的合力,是作用在控制体上所有外力沿各坐标轴分量的合力,V1i,V2i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
12、于渐变流段。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。动量方程应用注意事项: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b)0为好,这样可以简化计算过程。)为好,这样可以简化计算过程。)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)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。流出动量减去流入动量。d)正确分析作用在水体上的力,正确分析作用在水体上的力,一般有重力、压力和边界作用力一般有重力、
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