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1、名师总结优秀知识点流体力学知识点总结第一章绪论1 液体和气体统称为流体，流体的基本特性是具有流动性，只要剪应力存在流动就持续进行，流体在静止时不能承受剪应力。2 流体连续介质假设：把流体当做是由密集质点构成的，内部无空隙的连续体来研究。3 流体力学的研究方法：理论、数值、实验。4 作用于流体上面的力（1）表面力：通过直接接触，作用于所取流体表面的力。作用于 A 上的平均压应力作用于 A 上的平均剪应力应力法向应力切向应力（2）质量力：作用在所取流体体积内每个质点上的力，力的大小与流体的质量成比例。（常见的质量力：重力、惯性力、非惯性力、离心力）单位为5 流体的主要物理性质（1） 惯性：物体保持
2、原有运动状态的性质。质量越大，惯性越大，运动状态越难改变。常见的密度（在一个标准大气压下）：4时的水20时的空气（2） 粘性FPTA AV 法 向 应 力周围流体作用的表面力切向应力APpATAFAlim0APpAAlim0为 A 点压应力，即A 点的压强ATAlim0为 A 点的剪应力应力的单位是帕斯卡（pa） ，1pa=1N/，表面力具有传递性。BFfmuu vv2m s3/1000mkg3/2.1mkg精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 30 页名师总结优秀知识点牛顿内摩擦定律：流体运动时，相邻流层间所产生的切应力与剪
3、切变形的速率成正比。即以应力表示粘性切应力，是单位面积上的内摩擦力。由图可知 速度梯度，剪切应变率（剪切变形速度）粘度是比例系数， 称为动力黏度， 单位“pas” 。动力黏度是流体黏性大小的度量，值越大，流体越粘，流动性越差。运动粘度单位： m2/s 同加速度的单位说明：1）气体的粘度不受压强影响，液体的粘度受压强影响也很小。2）液体T气体T无黏性流体无粘性流体，是指无粘性即=0 的液体。无粘性液体实际上是不存在的，它只是一种对物性简化的力学模型。（3） 压缩性和膨胀性压缩性：流体受压，体积缩小，密度增大，除去外力后能恢复原状的性质。T 一定， dp 增大， dv 减小膨胀性：流体受热，体积膨
4、胀，密度减小，温度下降后能恢复原状的性质。P 一定， dT 增大， dV 增大A 液体的压缩性和膨胀性液体的压缩性用压缩系数表示压缩系数：在一定的温度下，压强增加单位P，液体体积的相对减小值。由于液体受压体积减小，dP 与 dV 异号，加负号，以使为正值；其值愈大，愈容易压缩。的单位是“ 1/Pa” 。 （平方米每牛）体积弹性模量K 是压缩系数的倒数，用K 表示，单位是“Pa”液体的热膨胀系数：它表示在一定的压强下，温度增加1 度，体积的相对增加率。duTAdyh u u+du U z y dy x dtdrdyduduudyhdPdVVdPVdV1/ddPdVdPVK1精选学习资料 - -
5、- - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 30 页名师总结优秀知识点单位为“ 1/K”或“ 1/”在一定压强下，体积的变化速度与温度成正比。水的压缩系数和热膨胀系数都很小。P 增大水的压缩系数K 减小T 升高水的膨胀系数增大B 气体的压缩性和膨胀性气体具有显著的可压缩性，一般情况下，常用气体（如空气、氮、氧、CO2 等）的密度、压强和温度三者之间符合完全气体状态方程，即理想气体状态方程P 气体的绝对压强（Pa） ； 气体的密度（ Kg/cm3 ） ；T 气体的热力学温度（K） ；R 气体常数；在标准状态下，M 为气体的分子量，空气的气体常数R=287J
6、/Kg K。适用范围：当气体在很高的压强，很低温度下，或接近于液态时，其不再适用。第二章流体静力学1 静止流体具有的特性（ 1） 应力方向沿作用面的内发现方向。（ 2） 静压强的大小与作用面的方位无关。流体平衡微分方程欧拉在静止流体中， 各点单位质量流体所受表面力和质量力相平衡。欧拉方程全微分形式：2 等压面：压强相等的空间点构成的面（平面或曲面）。等压面的性质：平衡流体等压面上任一点的质量力恒正交于等压面。由等压面的这一性质，便可根据质量力的方向来判断等压面的形状。质量力只有重力时，因重力的方向铅垂向下，可知等压面是水平面。若重力之外还有其它质量力作用时，等压面是与质量力的合力正交的非水平面
7、。dTddTdVVV11RTP)/(8314RKKgJM010101zpZypYxpX)ddd(dzZyYxXp0sdf精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 30 页名师总结优秀知识点3 液体静力学基本方程P静止液体内部某点的压强h该点到液面的距离，称淹没深度Z该点在坐标平面以上的高度P0液体表面压强，对于液面通大气的开口容器，视为大气压强并以Pa 表示推论（ 1）静压强的大小与液体的体积无关（ 2)两点的的压强差等于两点之间单位面积垂直液柱的重量（ 3）平衡状态下， 液体内任意压强的变化，等值的传递到其他各点。液体静力学方程
8、三大意义.位置水头z：任一点在基准面以上的位置高度，表示单位重量流体从某一基准面算起所具有的位置势能，简称比位能，或单位位能或位置水头。.压强水头：表示单位重量流体从压强为大气压算起所具有的压强势能，简称比压能或单位压能或压强水头。.测压管水头（） ：单位重量流体的比势能，或单位势能或测压管水头。4 压强的度量绝对压强： 以没有气体分子存在的完全真空为基准起算的压强，以符号 pabs表示。 （大于 0）相对压强：以当地大气压为基准起算的压强，以符号p 表示。（可正可负可为0）真空：当流体中某点的绝对压强小于大气压时，则该点为真空，其相对压强必为负值。真空值与相对压强大小相等，正负号相反（必小于
9、0）相对压强和绝对压强的关系绝对压强、相对压强、真空度之间的关系压强单位压强单位Pa N/m2 kPa kN/m2 mH2O mmHg at 换算关系98000 98 10 736 1 说明：计算时无特殊说明时液体均采用相对压强计算，气体一般选用绝对压强。5 测量压强的仪器（金属测压表和液柱式测压计）。（1） 金属测压计测量的是相对压强（弹簧式压力表、真空表）（2） 液柱式测压计是根据流体静力学基本原理、利用液柱高度来测量压强（差）的仪器。测压管CgpzghpzHgpp00)(P0 P1 P2 Z1 Z2 aabsppp)(P)(aabsaabsabsapppppppgpgpzhpg00ghp
10、精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 30 页名师总结优秀知识点)/(1AsLhA 点相对压强真空度U 形管测压计上式的图形倾斜微压计压差计gahgpB水水银1122ghghpM1122ghghppMLsAh1sin2LhsinsingLKLLAsgphggapB水银水pap0Ah)(21hhppppBBAAhhgpzgpz6.12)()()(精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 30 页名师总结优秀知识点例 8：在管道M 上装一复式U 形水银测压计，已知测压
11、计上各液面及A 点的标高为：11=1.8m 2=0.6m，3=2.0m，4=1.0m，A=5=1.5m。试确定管中A点压强。6 作用在平面上的静水总压力图算法（1）压强分布图根据基本方程式：绘制静水压强大小；（2） 静水压强垂直于作用面且为压应力。图算法的步骤是：先绘出压强分布图，总压力的大小等于压强分布图的面积S，乘以受压面的宽度 b， 即 P=bS 总压力的作用线通过压强分布图的形心，作用线与受压面的交点，就是总压力的作用点适用范围：规则平面上的静水总压力及其作用点的求解。原理：静水总压力大小等于压强分布图的体积，其作用线通过压强分布图的形心，该作用线与受压面的交点便是压心P。经典例题一铅
12、直矩形闸门，已知h1=1m，h2=2m，宽 b=1.5m，求总压力及其作用点。梯形形心坐标 : a上底， b 下底解：总压力为压强分布图的体积：作用线通过压强分布图的重心：解析法总压力= 受压平面形心点的压强受压平面面积合力矩定理：合力对任一轴的力矩等于各分力对同一轴力矩之和kPa6.274) 15.16.02(8.91)126 .08.1(8.96 .13)()()()()()(4523432145432321ApghpApAghAygPccc?sin精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 30 页名师总结优秀知识点平行移轴定
13、理经典例题一铅直矩形闸门，已知h1=1m，h2=2m，宽 b=1.5m，求总压力及其作用点。7 作用在曲面上的静水压力二向曲面具有平行母线的柱面水平分力作用在曲面上的水平分力等于受压面形心处的相对压强PC 与其在垂直坐标面oyz 的投影面积Ax 的乘积。铅垂分力合力的大小合力的方向PX = 受压平面形心点的压强p c受压曲面在yoz 轴上的投影AZ PZ = 液体的容重压力体的体积V 注明： P 的作用线必然通过Px 和 Pz 的交点，但这个交点不一定在曲面上，该作用线与曲面的交点即为总压力的作用点压力体压力体分类：因Pz的方向（压力体压力体和液面在曲面AB 的同侧， Pz 方向向下虚压力体压
14、力体和液面在曲面AB 的异侧， Pz 方向向上）压力体叠加对于水平投影重叠的曲面，分开界定压力体，然后相叠加，虚、实压力体重叠的部分相抵消。潜体全部浸入液体中的物体称为潜体，潜体表面是封闭曲曲。浮体部分浸入液体中的物体称为浮体。AyIICCx2AyIyyCCCDm17.26123212m1121,m2KN84.5832807.9m325.1m22/21432DccccybhIhyPAh解：xcxcApAgh?xPsinddPzAp压力体gV22xPzPPxzPPtan精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 30 页名师总结优秀知
15、识点第三章流体动力学基础1 基本概念：（ 1） 流体质点 (particle)：体积很小的流体微团，流体就是由这种流体微团连续组成的。（ 2） 空间点 : 空间点仅仅是表示空间位置的几何点，并非实际的流体微团。（ 3） 流场：充满运动的连续流体的空间。在流场中， 每个流体质点均有确定的运动要素。（ 4） 当地加速度 （时变加速度） ：在某一空间位置上，流体质点的速度随时间的变化率。迁移加速度（位变加速度）：某一瞬时由于流体质点所在的空间位置的变化而引起的速度变化率。（ 5）恒定流与非恒定流：一时间为标准，各空间点上的运动参数都不随时间变化的流动是恒定流。否则是非恒定流。（ 6）一元流动：运动参
16、数只是一个空间坐标和时间变量的函数。二元流动：运动参数只是两个空间坐标和时间变量的函数。三元流动： 以空间为标准， 各空间点上的运动参数是三个空间坐标和时间的函数。（ 7）流线：某时刻流动方向的曲线，曲线上各质点的速度矢量都与该曲线相切。流线性质（1）流线上各点的切线方向所表示的是在同一时刻流场中这些点上的速度方向，因而流线形状一般都随时间而变。（2）流线一般不相交（特殊情况下亦相交：V=0、速度 =）（3）流线不转折，为光滑曲线。（ 8）迹线：流体质点在一段时间内的运动轨迹。迹线与流线（1）恒定流中，流线与迹线几何一致。异同（ 2）非恒定流中，二者一般重合，个别情况（V=C ）二者仍可重合。
17、（ 9）流管：某时刻，在流场内任意做一封闭曲线，过曲线上各点做流线，所构成的管状曲面。流束：充满流体的流管。（10）过流断面： 在流束上作出的与所有的流线正交的横断面。过流断面有平面也有曲面。（11）元流：过流断面无限小的流束，几何特征与流线相同。总流： 过流断面有限大的流束，有无数的元流构成，断面上各点的运动参数不相同。（12）体积流量：单位时间通过流束某一过流断面的流量以体积计量。重量流量：单位时间通过流束某一过流断面的流量以重量计量。质量流量：单位时间通过流束某一过流断面的流量以质量计量。（13）断面平均流速：流经有效截面的体积流量除以有效截面积而得到的商。（14）均匀流与非均匀流：流线
18、是平行直线的流动是均匀流，否则是非均匀流。均匀流的性质1 流体的迁移加速度为零；2 流线是平行的直线；3 各过流断面上流速分布沿程不变。4 动压强分布规律=静压强分布规律。（15）非均匀渐变流和急变流：非均匀流中，流线曲率很小，流线近似与平行之线的流动是非均匀渐变流，否则是急变流。均匀流的各项性质对渐变流均适用。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 30 页名师总结优秀知识点2 欧拉法（ Euler method）速度场压力场加速度全加速度 当地加速度 迁移加速度如图所示：（1）水从水箱流出， 若水箱无来水补充，水位H 逐渐降
19、低，管轴线上A 质点速度随时间减小，当地加速度为负值，同时管道收缩，指点速度随迁移增大，迁移加速度为正值，故二者加速度都有。（2）若水箱有来水补充，水位H 保持不变， A 质点出的时间不随时间变化，当地加速度 =0，此时只有迁移加速度。3 流量、断面平均流速4 流体连续性方程物理意义： 单位时间内， 流体流经单位体积的流出与流入之差与其内部质量变化的代数和为零。对恒定流对不可压缩流体【例】假设有一不可压缩流体三维流动，其速度分布规律为：U=3 （x+y3) ，V=4y+z2 ，W=x+y+2z 。试分析该流动是否存在。uutua0zuyuxuzyxtzyxudtdxuxx,tzyxudtdyu
20、yy,tzyxudtdzuzz,x,y,z,tppzuuyuuxuutuazzzyzxzzzuuyuuxuutuaxzxyxxxxzuuyuuxuutuayzyyyxyyA B QudAvAAAQAudAvA0zuyuxutzyx0tCt,00zuyuxuzyx精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 30 页名师总结优秀知识点【解】故此流动不连续。不满足连续性方程的流动是不存在的。5 恒定总流连续性方程或物理意义：对于不可压缩流体，断面平均流速与过水断面面积成反比，即流线密集的地方流速大，而流线疏展的地方流速小。适用范围：固定边
21、界内的不可压缩流体，包括恒定流、非恒定流、理想流体、实际流体。6 流体的运动微分方程无粘性流体运动微分方程或粘性流体运动微分方程NS 方程拉普拉斯算子7 元流的伯努利方程伯努利方程公式说明：（1）适用条件理想流体恒定流动质量力只受重力不可压流体沿流线或微小流束。（2）此公式就是无粘性流体的伯努利方程各项意义（1）物理意义比位能比压能比动能（2）几何意义09zwyvxu2zw4yv3xudtduxpXx1dtduypYy1dtduzpZz1zuuyuuxuutuxpYyzyyyxy11xxxxxyzuuuupXuuuxtxyzzuuyuuxuutuxpZzzzyzxz1gupzgupz22222
22、22111cgupz22pgu22pgu22精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 30 页名师总结优秀知识点位置水头压强水头流速水头物理三项之和：单位重量流体的机械能守恒。几何三项之和：总水头相等，为水平线粘性流体元流的伯努利方程公式说明：（ 1）实际液体具有粘滞性，由于内摩擦阻力的影响，液体流动时，其能量将沿程不断消耗，总水头线因此沿程下降，固有H1H 2 （2）上式即恒定流、不可压缩实际液体动能量方程，又称实际液体元流伯努利方程。粘性流体总流的伯努利方程（1）势能积分： z 比位能（位置水头）比压能（压强水头，测压管高度
23、）（2）动能积分：比势能（测压管水头）总比能（总水头）比动能（流速水头）（3）损失积分：平均比能损失（水头损失） ,单位重流体克服流动阻力所做的功。气流的伯努利方程动能修正系数动量修正系数沿程有能量输入或输出的伯努利方程+Hm单位重量流体通过流体机械获得的机械能（水泵的扬程）-Hm单位重量流体给予流体机械的机械能（水轮机的作用水头）沿程有汇流或分流的伯努利方程212222211122whgupzgupz2122222211112gV2gVwhpzpzgQgvgvAgvudAgugA222222gQhgdQhwQw,21Lw2121ddhdLdhLhiwwapvpzzgvp2)()(222212
24、211所具有的位能：位压：单位体积气体离：沿浮力方向升高的距：有效浮力：全压动能所：动压：单位体积气体所具有的压能：静压：单位体积气体)()()()(2具有的2121222zzgzzgvpvpaawmhgvgpzHgvgpz222222221111212222211122whgvgpzgvgpz312333211122whgvgpzgvgpzAdAvu33dAv2u2A精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 30 页名师总结优秀知识点8 水头线：总流沿程能量变化的几何表示。水力坡降：单位长度上的水头损失9 总流的动量方程第四章
25、 流动阻力和水头损失1 基本概念（1）水头损失：总流单位重量流体平均的机械能损失。（2）沿程水头损失：有沿程阻力做功而引起的水头损失hf。（3）局部水头损失：有局部阻力引起的水头损失hj。总水头损失：（气体）压强损失：水头损失的一般表达式：1.沿程阻力沿程损失(长度损失、摩擦损失) 达西公式 沿程摩阻系数（沿程阻力系数）d 管径v 断面平均流速g 重力加速度2.局部阻力局部损失局部阻力系数v 对应的断面平均速度（3）层流：流体质点作规则运动，各层质点间相互不掺混。紊流：流体质点的运动轨迹极不规则，质点间相互掺混。层流与紊流的判别：)()()(112211221122zzzyyyxxxvvQFv
26、vQFvvQF)(1122vvQdtdKFjcjbjafcdfbcfabjfwhhhhhhhhhjfwpppwwghpffghpjjghpgvdlhf2222vdlpfgvhj2222vpjcv1 1 2 2 3 3 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 30 页名师总结优秀知识点上临界流速由层流转化为紊流时的流速称为上临界流速。下临界流速由紊流转化为层流时的流速称为下临界流速。把下临界流速做为流态转变的临界流速vcv层流vcv紊流vcv临界流（4）雷诺数圆管流雷诺数临界雷诺数雷诺数非圆管道雷诺数：R水力半径A过流断面面积湿
27、周，过流断面上流体与固体接触的周界（周长）圆管满流以水力半径R 为特征长度， 相应的临界雷诺数（5）沿程水头损失与剪应力的关系圆管均匀流水头损失与剪应力的关系（均匀流动方程式）R水力半径J水力坡度适用条件：明渠均匀流，相同结果。注意（平均剪应力）层流和紊流都适用。圆管过流断面上剪应力分布圆管均匀流过流断面上剪应力呈直线分布，管轴处0r，0; 管壁处rr0，0，剪应力达最大值。壁剪切速度2300ecR临界流紊流层流层流紊流层流紊流2300eR2300eR2300eRvc,cvvcvvcvdvdvRccecvdReAR4412dddR575vRRRec层流575ecR紊流575ecR575ecRg
28、RlgAlhf00gRJlgRhf0ARlhfJ000rrgvdlhf22gvdlhJf212Jrg2080v精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 30 页名师总结优秀知识点（ 壁剪切速度）（沿程摩阻系数与壁面剪应力的关系）（6） 圆管中的层流流速分布过流断面上流速分布解析式（抛物线方程）当 r=0 时管轴处的最大流速流量平均流速最大流速与平均流速的关系动能修正系数动量修正系数沿程水头损失的计算圆管层流摩阻系数（通用公式）说明：在圆管层流中，只与Re有关。（7）紊流运动流体由层流转变为紊流的两个必备条件：A 流体中形成涡体B
29、 涡体脱离原流层进入临层（Re达到一定值） 。紊流的剪应力粘性剪应力二者之和即为剪应力紊流附加剪应力半经验理论混和长度k卡门常数。 k=0.360.435 壁剪切速度壁面附近紊流流速分布公式粘性底层粘性底层：圆管作紊流运动时，靠近管壁处存在着一薄层，该层内流速梯度较大，粘性影响不可忽略，紊流附加切应力可以忽略，速度近似呈线性分布，这一薄层就称为粘性底层。粘性底层流速分布粘性底层中，流速按线性分布，在壁面上流速为 0. 粘性底层厚度紊流核心：粘性底层之外的液流统称为紊流核心。（8）紊流沿程水头损失尼古拉磁实验0*v8*vv)(4220rrgJu20max4rgJu408rgJudAQAugJQA
30、Qvrr820202maxuv233AdAvuA33. 122AAdAvugvdlhf22?eR64gvdlRhef2642?yudd1222ddyuluuyx21222ddyuluuyxyl0*vcyvuln1*yvvu*6.11v精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 30 页名师总结优秀知识点区，层流区区，层流转变为紊流的过渡区区，紊流光滑区区，紊流过渡区区，紊流粗糙区流速分布紊流光滑区紊流粗糙区紊流流速分布指数形式（umax管轴处的最大流量r0圆管半径n 指数，随雷诺数的变化而变化）的半经验公式光滑区沿程摩阻系数尼古拉
31、兹光滑管公式粗糙区沿程摩阻系数尼古拉兹粗糙管公式沿程摩阻系数的经验公式谢才公式：其中曼宁公式v 断面平均流速R 水力半径J 水力坡度C 谢才系数非圆管沿程损失当量直径de：把水力半径相等的圆管直径。当量直径是水力半径的4 倍 de=4R 圆。同理当量相对粗糙ks/de R水力半径A过流断面面积适用范围：长狭缝，狭环形不适用。层流不适用（9）局部水头损失公式：局部水头损失系数v-对应的断面平均流速突然扩大管动量方程将上式的hj中的，全部等于 0 则可得包达公式：V1A1=v2A2 (Re)f(Re)f(Re)f)(Re,dkfs)(dkfs5 .5lg75. 5*yvvu48.8lg75.5*s
32、kyvunryuu)(0max51.2Relg21skd7.3lg21RJCRJgv8gC86/11RnC28CglhRCRJCvfRClvhf22RJACAvQgldvhef22gvhj22)(F1212vvQgvgvgpzgpzhj22)()(2222112211gvgvAAhj22)1(21121221gvgvAAhj22)1(222222122211)1(AAgvvhj2)(2212122) 1(AA精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 30 页名师总结优秀知识点自由出流淹没出流突然缩小管管道入口损失系数（10）边界
33、层概念与绕流阻力边界层：全部摩擦损失都发生在紧靠固体边界的薄层内，这一薄层就是边界层。绕流阻力：流体作用于绕流物体上，平行于来流方向的力。绕流阻力包括摩擦阻力和压差阻力两部分。绕流阻力系数CD 主要取决于雷诺数，并和物体的形状、表面的粗糙情况，以及来流的紊动强度有关。卡门涡街： Re90，旋涡交替脱落，形成卡门涡街压差阻力：物体绕流，除了沿物体表面的摩擦阻力耗能，还有尾流旋涡耗能，使得尾流区物体表面的压强低于来流的压强，而迎流面的压强大于来流的压强，这两部分的压强差，造成作用于物体上的压差阻力。第5章 孔口、管嘴出流和有压管流1 孔口出流：容器壁上开孔，水经孔口流出的水力现象。孔口出流只有局部
34、水头损失。小孔口出流大孔口出流自由出流：水由孔口流入大气中。收缩断面流速孔口流量（大小孔口均适用）收缩系数其中：作用水头，若00v，则=H 孔口的局部水头损失系数孔口的流速系数孔口流量系数薄壁小孔口的各项系数收 缩 系数损 失 系数流 速 系数流 量 系数0.640.060.970.62淹没出流：谁由孔口直接流入另一部分水体中。收缩断面流速孔口流量H0 作用水头，若00v则 H0=H1-H2 注意：自由出流的水头H 使水面至孔口形心的深度，而1/12AA00/21AA0.1)1(5.012AA5.0pfDDDAUCDD220duRe0dH10dH1002gHvc02QAgHcAAH0H002g
35、Hvc02QAgH精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 30 页名师总结优秀知识点淹没出流的水头H 是上下游水头的高差。淹没出流孔口断面的各点水头相等，所以淹没出流无大小孔口之分。孔口的变水头出流（非恒定流）：孔口出流时，容器内水位随时间变化，导致孔口的流量随时间变化的流动。H1 降至 H2 所需时间若将水放空H2=0 则V 容器放空的体积Qmax出流时的最大流量注：容器放空，放空时间是水位不下降时放空所需时间的两倍2 管嘴出流：在孔口处对接一个34 倍孔径长度的短管，水体通过短管并在出口断面满管流出的水力现象。管嘴出口流速
36、管嘴流量H0 作用水头若 V0=0 ，则 H0=H 流量系数Un=1.32U, 可见在相同的作用水头下，同样面积的管嘴出流能力是孔口过流能力的1.32 倍。收缩断面的真空度流体经圆柱形管嘴或扩张管嘴时，由于惯性作用，在管中某处形成收缩断面，产生环行真空，从而增加了水流的抽吸力，使其出流量比孔口有所增加。圆柱形外管嘴的正常工作条件作用水头工作条件管度嘴长3 有压管流：流体沿管道满管流动的水力现象。短管：水头损失中， 沿程水头损失和局部水头损失都占相当比重，二者都不可忽略的管道。流速流量虹吸管正常工作条件最大真空度最大安装高度)(2221HHgAFtmax22211QVgHAFHt0n2gHv0n
37、2gHAQ5 .0n82.01nnn002n2275.011HHgpcvomH0.920Hdl)43(gHdllgHv21221210021212214gHdlldvAQmhHdlldlhvCh5.871212111smaxvCvhHdlldlhzzh21211112max1精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 30 页名师总结优秀知识点长管：水头损失以沿程水头损失为主，局部水头损失和流速水头的总和同沿程水头损失相比很小，忽略不计仍能满足工程要求的管道。（全部作用水头都消耗在沿程水头损失）简单管道：沿程直径和流量都不变的管道
38、。比阻（单位： s2/m6 阻抗（单位： s2/m5）串连管道：由直径不同的管段顺序连接起来的管道。串联管道的水头线是一条折线。（）并联管道：在两节点之间，并联两根以上管段的管道。（并联管路）（总管路）4 有压管道中的水击水击： 再有压管道中， 由于某种原因使水流速度突然发生变化，同时引起压强大幅度波动的现象。水击条件：管道内水流速度突然变化。水击发生的内在原因：水本身具有惯性和压缩性. 直接水击间接水击水击波的传播速度相长：在一个周期内，水击波由阀门传到进口，再由进口传至阀门，共往返两次往返一次所需要的时间cl4t称为相或相长。水击波传播过呈第一阶段：增压波从阀门向管道进口传播，处于增压状态
39、。第二阶段：减压波从管道进口向阀门处传播，恢复原来状态。第三阶段：减压波从阀门向管道进口传播，处于减压状态。第四阶段：增压波从管道进口向阀门传播，重复上述四个阶段。QalgvdlhHf222528dgaalS528dga28Cg26/1)1(8Rng3/128Rgn33.523.10dna321ffffihhhhH21111Qlahf22222Qlahf23333Qlahf22SQalQH22iiiiiQSQlaH1iiiQqQ432fffhhhH并432QQQQ并244233222QSQSQS54321(fffffhhhhhH），或或51QQQQ并clTz2dEKvcvp1143500clT
40、z2zTTcvp0dEKcc10精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 30 页名师总结优秀知识点防止水击危害的措施（1）限制流速（2）控制阀门关闭或开启时间（3）缩短管道长度、采用弹性模量较小材质的管道（4）设置安全阀，进行水击过载保护第 6 章 明渠流动1 明渠流动：水流的部分周界与大气接触，具有自由表面的流动。无压流. 明渠流动特点：1）明渠流有自由面, 随时空变化 ,呈现各种水面形态。而有压管流无自由液面2）明渠底坡的改变对断面的流速和水深有直接影响3）明渠局部的边界的变化，会造成水深在很长的流程上发生变化2 底坡：底
41、线沿流程单位长度的降低值，用i 表示。3棱柱形渠道与非棱柱形渠道棱柱形渠道：断面形状尺寸沿程不变的长直渠道。24 明渠均匀流：流线为平行直线的明渠水流。条件 1 ）自由表面2）等深3）等速特征：1）.明渠均匀流为匀速流、等深流，只可能发生在棱柱形渠道中sindldzitgdldzix0i0i0i渠底上升负坡或逆坡时当渠底水平平坡时当渠底下降正坡或顺坡时当;0,0;0,0;0,0idzidzidz非棱柱形渠道：断面形状及尺寸沿程变化的渠道。hfAshfA,精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 30 页名师总结优秀知识点2）.明
42、渠均匀流只可能发生在顺坡的棱柱形渠道中3）. 明确均匀流只可能发生在坡度、粗糙系数不变的顺坡的棱柱形渠道中4 ）.明渠均匀流具有渠道底坡线/水面线（测压管水头线）/总水头线过流断面的几何要素b底宽；h水深；m边坡系数m=cot。 m 越大，边坡越缓； m 越小，边坡越陡；m=0 时是矩形断面。 m 根据边坡岩土性质及设计范围来选定。导出量：B水面宽，B=b+2mh A过水断面面积，A=(b+mh)h 过水断面湿周R水力半径明渠均匀流基本公式流速：流量：C 谢才系数，按曼宁公式计算n 粗糙系数，见表4-3。明渠均匀流水力计算水力计算任务则是：给定 Q、b、h、i 中三个，求解另一个1） 验算渠道
43、的输水能力RiACQ2）决定渠道底坡KQ22i3）设计渠道断面（宽深比为2）水力最优断面和设计流速（1）水力最优断面：设计的过水断面形式能使渠道通过的流量为最大。当 Q = 一定，要求： A Amin 当 A = 一定，要求：Q Qmax 要在给定的过水断面积上使通过的流量为最大，过水断面的湿周就必须为最小。最佳断面形状：半圆形工程中接近圆形断面形状的为梯形断面例子：边坡系数m 已知，由于面积A 给定， b 和 h 相互关联，b=A/h mh，所以61Rn1Cb B h 2m1h2bARRiCRJCviKRiACAvQK 流量模数RAcKnihbmfRiACQ,03. 221356111iAn
44、RiARnRiACQ梯形断面的湿周=b+2h21m=212mhmhhA精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 30 页名师总结优秀知识点在水力最优条件下应有：得到水力最优的梯形断面的宽深比条件4 无压圆管均匀流无压圆管：圆形断面不满管流的长管道。无压圆管均匀流的特征J=Jp=i； Q=AC（Ri）?无压圆管均匀流，流速和流量分别在水流为满管流之前，达到其最大值过流断面的几何要素d-直径h-水深-充满度水深为 h 水深与直径的比值=h/d -充满角-充满度与充满的关系角导出量：过水面积：湿周：水力半径：无压圆管的水力计算无压圆管
45、的水力计算1）验算无压管道的输水能力，即已知d、 i、n 求 Q 2) 确定无压管道坡度i，即已知 d、 Q、n 求 i。这类计算在工程上有应用价值，如排水管或下水道为避免沉积淤塞，要求有一定的“自清”速度，就必须要求有一定的坡度。3) 求水深，已知d、Q、i、n 求 (即求 h) 4) 求管直径，已知Q、 i、n 求 d；运用公式：输水性能最优充满度水力最优充满度：无压圆管，在漫流前（hd） ，输水能力达到最大值，相应的充满度。5 明渠流动状态特征： v、h 沿程改变，水面线一般为曲线J Jp i明渠非均匀流的两种流动型态缓流： 若障碍物对水流的干扰可向上游传播，则为缓流。急流： 若障碍物对
46、水流的干扰只能向下游传播，不能向上游传播，则为急流。断面单位能量： 基准面选在过流断面最低处时，流体所具有的机械能。临界水深hc 对应断面单位能量最小的水深。012212222mmhbmmhAdhdmmhbh212精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 30 页名师总结优秀知识点hc 的求解方法：对矩形断面临界底坡ic 正常水深恰好等于临界水深时的渠底坡度。判别流动型态的标准缓流： Frh c；i ic；v v c；v 1；h ic；v v c；v c ；临界流： Fr= 1；h =h c；i = ic；v = v c；v =
47、 c ；6 水跃和水跌水跃：明渠流从急流状态过度到缓流状态时，水面突然跃起的局部水力现象。水跌： 在渠道中，水流由缓流向急流过渡时水面突然跌落的水力现象。第 7 章 堰流1 堰流及其特性堰： 在明渠缓流中设置障壁，它即能壅高渠中的水位，又能自然溢流，一种既可蓄又可泄的溢流设施。堰流：水经过堰顶溢流的水力现象。堰的分类2 宽顶堰溢流水力现象分析：（1）当时，堰顶水面只有一次跌落，堰坎末端偏上游处的水深为临界水深h c 。（2 当时，堰顶水面出现两次跌落，在最大跌落处形成收缩断面，其水深为： h c（ 0.8 0.92） h c 基本公式：ccccBCgxi2精选学习资料 - - - - - -
48、- - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 30 页名师总结优秀知识点自由式无侧收缩宽顶堰流量公式：取1-1，2-2 断面写能量方程堰上水头收缩水深流速流量其中m堰流量系数。一般m 值在 0.32-0.38 之间流量系数的计算：直角进口圆弧进口淹没影响淹没溢流的充分条件：堰上水流由急流变为缓流淹没系数随淹没程度hs/H0 的增大而减小。侧收缩的影响有侧收缩非淹没式宽顶堰有 侧 收缩 淹 没式 宽 顶堰侧 收 缩 系 数3 薄壁堰和实用堰溢流薄壁堰精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 30 页名师总结
49、优秀知识点m0 是计入行近流速水头影响的流量系数，由试验测得，巴赞经验公式：公式适用范围：b=0.22.0m，P=0.240.75m，H=0.051.24m ，式中 H、P 均以 m 计。有侧收缩、自由式、水舌下通风的矩形正堰：巴赞修正公式：三角形薄壁堰三角堰的流量计算公式梯形堰的流量计算公式实用溢流堰主要用于蓄水或挡水，其剖面可设计成曲线型，折线型。分类：计算式自由式无侧收缩：有侧收缩：淹没式：2 为侧收缩系数，初步估算时常取=0.85-0.95。第 8 章 渗流1 概述（1）渗流流体在多孔介质中的流动。（2）多孔介质由固体骨架分隔成大量密集成群的微小空隙所构成的物质。（3）地下水流动水在土
50、壤或岩石的空隙中流动,称地下水流动。2 渗流模型精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页，共 30 页名师总结优秀知识点渗流模型是渗流区域(流体和孔隙所占据的空间)的边界条件保持不变,略去全部土颗粒,认为渗流区连续充满流体,而流量与实际渗流相同,压强和渗流阻力也与实际渗流相同的替代流场. 渗流模型应遵循的原则：渗 流 速 度n 土壤孔隙率；实 际 速 度渗流的分类不计流速水头2 渗流的阻力定律水头损失水力坡度基本关系式达西定律k渗透系数。表示土壤在透水方面的物理性质对均质土壤，均匀渗流，点流速非均匀、非恒定渗流（1）对于恒定、 均匀