水力学 讲义1
第一章 绪论
流体力学（水力学）以流体(水)为主要研究对象。流体（气体和液体）区别于固体的主要物理特性是易于流动，不能保持一定的形状。只有运动流体具有抵抗剪切变形的能力，这种抵抗体现在限制剪切变形的速率而不是大小上，这就是流体的粘滞性。此外流体还有可压缩性等其它物理特性。从受力角度看，流体不能承受集中力，只能承受分布力。一般情况下流体可看成是连续介质。流体的上述物理力学特性使流体力学（水力学）成为宏观力学的一个独特分支。
§1—1 流体的流动性及连续介质假设
一. 流体的基本特性 — 流动性的进一步解释
● 流体几乎不能承受拉力，抵抗拉伸变形。
● 流体在静止时不能承受剪切力，抵抗剪切变形——流体只有在运动状态，才能抵抗剪切变形——只要有剪切力的作用，流体就不会静止下来，发生连续变形而流动——作用在流体上的剪切力不论多么微小，只要有足够的时间，便能产生任意大的变形——运动流体抵抗剪切变形的能力（产生剪切应力的大小）体现在变形的速率上，而不是变形的大小（与弹性体的不同之处）。
● 设想放置在敞口容器中初始表面有隆起或凹陷的液体之运动和变形过程可以帮助理解以上论述。
二. 流体质点概念和连续介质假设
● 宏观（流体力学处理问题的尺度）上看,流体质点足够小，只占据一个空间几何点，体积趋于零。
● 微观（分子自由程的尺度）上看，流
体质点是一个足够大的分子团，包含
了足够多的流体分子，以致于对这些
分子行为的统计平均值将是稳定的，
作为表征流体物理特性和运动要素的物理量定义在流体质点上。
● 连续介质假设将流体区域看成由流体质点连续组成，占满空间而没有间隙，其物理特性和运动要素在空间是连续分布的。
● 连续介质假设是近似的、宏观的假设，它为数学工具的应用提供了依据，在其它力学学科也有广泛应用，所以统称为“连续介质力学”。除了个别情形外，连续介质假设是合理的。
● 以密度为例，考察物理量是怎样定义在流体质点上的。若流体微团的体积为?V ，质量为?m ，则流体质点密度为 ρ=→lim ???V m V 0. 其中 ?V →0 的含义应理解为流体微团趋于流体质点。
● 连续介质假设为建立流场的概念奠定了基础：设在t
时刻，有某个流体质点占据了空
间点(x,y,z )，将此流体质点所具有的某种物理量（数量或矢量）定义在该时刻和空间点上，根据连续介质假设，就可形成定义在连续时间和空间域上的（数量或矢量）场。 §1—2 流体的物理性质
一. 流体的粘滞性
● 运动流体具有抵抗剪切变形的能力，这就是粘滞性。值得强调的是，这种抵抗体现在
剪切变形的快慢上。
● 在剪切变形中，流体内部出现成对的切应力，称为内摩擦力，来抵抗相邻两层流体之
间的相对运动。
● 牛顿内摩擦定律 τμ=d d u
y 给
出切应力τ和剪切（角）变形速率d d u
y 的正比例关系，比例
系数μ称为动力粘性系数，是
粘性流体的物理属性。满足牛
顿内摩擦定律的流体称为牛
顿流体，否则称为非牛顿流
体。
● 形成牛顿内摩擦力的物理机理主要有两方面：① 分子间的吸引力；② 分子运动引起
流体层间的动量交换。液体以前一种机理为主，气体则以后一种机理为主。所以随着温度升高，液体的粘性系数下降；气体的粘性系数上升。今后在谈及粘性系数时一定指明当时的温度。
● 运动粘性系数定义为 ρ
μν=
，具有运动学量纲。注意νν空气水>。 二. 理想流体假设
● 理想流体假设是忽略粘性影响的假设，可近似反映粘性作用不大的实际流动，粘性作
用不大是相对于其它因素的作用而言的。
● 忽略粘性影响实际上就是忽略切应力，切应力 y u d d μτ=，μ小、y u d d 小都是切应力小的原因，μ是流体的客观属性，所以往往是在变形速率不大的区域将实际流体简化为理想流体。
● 我们将会看到，是否忽略粘性影响将对流动问题的处理带来很大的区别，理想流体假
设可以大大简化理论分析过程。
三．流体的压缩性
● 流体能承受压力，在受外力压缩变形时，产生内力（弹性力）予以抵抗，并在撤除外
力后恢复原形，流体的这种性质称为压缩性。
● 将相对压缩值 V V /d - 与压强增量 p d 之比值 p p V V d /d d /d ρρκ=-=
称为压缩系数，其
倒数 K p
==1
κρρd d / 称为体积弹性系数。K 越大，越不易被压缩。
● 液体的K 随温度和压强而变，随温度变化不显著。液体的K 值很大，除非压强变化很
剧烈、很迅速，一般可不考虑压缩性，作不可压缩流体假设，即认为液体的K 值为无穷大，密度为常数。但若考虑水下爆炸、水击问题时，则必须考虑压缩性。
§1—3 作用在流体上的力
● 流体不能承受集中力，只能承受分布力。分布力按表现形式又分为：质量力、表面力。 ● 质量力分布在流体质量（体积）上，是一种远程力。我们定义的质量力为力的质量密
度 f ，即单位质量流体所承受的质量力。
● 设体积为?V 的流体团，其质量为?m ，所受质量力为? F ，则 f F m
V =→lim ???0 这里?V →0的含义，按连续介质假设，即为流体团趋于流体质点。所以质量力是定义在流体质点上的。
● 表面力分布在流体面上，是一种接触力。定义表面力的面积密度，即单位面积上流体
所承受的表面力为应力。
● 设面积为A ?的流体面元，法向为 n ，所受面力为P ?，则应力 A
P p A n ??=→? 0lim 这里0→?A 的含义为面元趋于面元上的某定点，所以应力是定义在流体面上一点处的。同一点处的应力还与作用面的方位有关，所以须将作用面的法向用脚标指明。 ● 应力 p n 是矢量，可向作用面的法向或切向投影，分
解成法应力和切应力。
● 凡谈及应力，应注意明确以下几个要素：① 哪一
点的应力；② 哪个方位作用面上的应力；③ 作用
面的哪一侧流体是研究对象（面力的受体），决定
外法线的指向；④ 应力在哪个方向上的分量。
水力学复习资料重点讲义资料
水力学复习资料 第零章绪论 0.1水力学的任务与研究对象（了解） 水力学的任务是研究液体（只要是水）的平衡和机械运动的规律及 其实际应用.水力学研究的基本规律有两大主要组成部分：一是关于液体平衡的规律?它研究液体处于静止或相对平衡状态时，作用于液体上各种力之间的关系，这一部分称为水静力学；二是关于液体运动的规律，它研究液体在运动状态时，作用于液体上的力与运动要素之间的关系,以及液体的运动特性与能量转换等，这部分称为水动力学. 0.2液体的粘滞性（理想液体与实际液体最大的差别） 粘滞性当液体处于运动状态时，若液体质点之间发生相对运动，则质点间会产生内摩擦力来阻碍其相对运动，液体的这种性质就称为粘滞性，产生的内摩擦力叫做粘滞力. 0.3牛顿内摩擦定律当液体做层流运动时，相邻液层之间在单位面积上作用的内摩擦力（或粘滞力）的大小与速度梯度成正比，同时和液体的性质有关. 即 0.4牛顿内摩擦定律的另一种表述（了解）P7 0.5运动粘度系数它是动力黏度系数与液体密度的比值，是表征液体粘滞性大小的物理量.其值是随温度的变化而变化的，即温度越高, 其值越小（液体的流动性是随温度的升高而增强的）
0.6牛顿内摩擦定律只适用于牛顿流体（符合牛顿内摩擦定律的液体，其特点是温度不变，动力黏度系数就不变P8图0.3） 0.7体积压缩率液体体积的相对缩小值与压强的增大值之比.（水的压缩性很小，一般不考虑） 0.8表面张力表面张力是指液体自由表面上液体分子由于两侧引力不平衡，使其受到及其微小的拉力（表面张力仅存在于液体表面，液体内部不存在，其值表示为自由面单位长度受到拉力的大小，并且随液体种类和温度的变化而变化，怎样变化） 0.9毛细现象在水力学实验中，经常使用盛有水或水银细玻璃管做测压计，由于表面张力的影响使玻璃管中液面和与之向连通容器中的液面不在同一水平面上.这就是物理学中所讲的毛细现象. 0.10由实验得知，管的内经越小，毛细管升高值越大，所以实验用的测压管内径不宜太小.P10图0.4,0,5 0.11连续介质在水力学中，把液体当作连续介质看待，即假设液体是一种连续充满其所占据空间毫无空隙的连续体.（水力学所研究的液体运动是连续介质的连续流动，但实际上，从微观角度来看,液体分子与分子之间是存在空隙的，但水力学研究的是液体的宏观运动，故将液体看作连续接介质） 0.12把液体看作连续介质的意义 如果我们把液体看作连续介质，则液流中的一切物理量都可以视为空间坐标和时间坐标的连续函数，这样，在研究液体的运动规律时，就可以运用连续函数的分析方法.
上计算水力学课的心得
上计算水力学课的心得 水利水电学院水力学及河流动力学 胥慧1030201016 摘要：首先通过计算水力学这门课程的学习，联想到不规则的平面图形面积的求解；还简要说明了从中学到的内容，着重说明了离散的有关问题；最后阐述了自己对这门课程的几点意见。 关键词：面积，区域离散，控制方程离散，意见 1、不规则图形面积求解 上计算水力学这门课程时，我突然想起小时候学过对于一个边界形状不规则的平面图形面积问题的求解方法。当时是先把那个不规则的平面图形誊画在一个透明的玻璃板上，再把一张事先做好的1cm×1cm方格纸铺在玻璃板下边，先记录一下不规则图形里显示完整的小方格数目，对于不完整的小方格，正好满半个格算的两个算一个格，大于半个格计一个格，不满半个格的舍去，这样相加在一起就是这个不规则的几何图形的近似面积。同样的办法，再分别用0.5cm×0.5cm 的方格纸和0.1cm×0.1cm的方格纸对不规则图形面积进行计算。结果不言而喻，必然是用0.1cm×0.1cm的方格纸得到的近似解更接近真实解。通过缩短方格纸的边长，来实现接近真实解的方法。用类比的方法学习了计算水力学这门课。2、学到的内容 在以前的学习中我了解到，描述流体流动及传热等物理问题的基本方程为偏微分方程，想要得它们的解析解或者近似解析解，在绝大多数情况下都是非常困难的，甚至是不可能的，就拿我们熟知的Navier-Stokes方程来说，现在能得到的解析的特解也就70个左右。通过学习计算水力学这么课程，我知道对这些问题进行研究，可以借助于现在已经相当成熟的代数方程组求解方法，对于这种方法简单来说就是将连续的偏微分方程组及其定解条件按照某种方法遵循特定的规则在计算区域的离散网格上转化为代数方程组，以得到连续系统的离散数值逼
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
水力学(闻德荪)习题答案第八章
选择题（单选题） 8.1 明渠均匀流只能出现在：（b ） （a ）平坡棱柱形渠道；（b ）顺坡棱柱形渠道；（c ）逆坡棱柱形渠道；（d ）天然河道中。 8.2 水力最优断面是：（c ） （a ）造价最低的渠道断面；（b ）壁面粗糙系数最小的断面；（c ）过水断面积一点，湿周最小的断面；（d ）过水断面积一定，水力半径最小的断面。 8.3 水力最优矩形渠道断面，宽深比/b h 是：（c ） （a ）0.5；（b ）1.0；（c ）2.0；（d ）4.0。 8.4 平坡和逆坡渠道中，断面单位能量沿程的变化：（b ） （a ） de ds >0；（b ）de ds <0；（c ）de ds =0；（d ）都有可能。 8.5 明渠流动为急流时：（a ） （a ）r F >1；（b ）h >c h ；（c ）v 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 塔的水力学计算手册 1.目的与适用范围 (1) 2.塔设备特性 (1) 3.名词术语和定义 (1) 4.浮阀/筛孔板式塔盘的设计 (1) 5.填料塔的设计 (1) 1.目的与适用范围 为提高工艺工程师的设计质量,推广计算机应用而编写本手册。 本手册是针对气液传质塔设备中的普遍性问题而编写。对于某些具体塔设备的数据(比如:某生产流程中针对某塔设备的板效率而采用的计算关联式,或者对于某吸收填料塔的传质单元高度或等板高度而采用的具体计算公式)则未予收入。本设计手册以应用为主，主要是指导性的计算方法和步骤，并配合相应的计算程序，具体公式及理论推阐可参考有关文献。 2.塔设备特性 作为气(汽)、液两相传质用的塔设备，首先必须能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以得到较高的传质分离效率。 此外，塔设备还应具有以下一些特点： (1)当气(汽)、液处理量过大(超过设计值)时，仍不致于发生大量的雾 沫挟带或液泛等影响正常操作的现象。 (2)当操作波动(设计值的50％～120％)较大时，仍能维持在较高的传 质效率下稳定操作，并具有长期连续操作所必须具备的可靠性。 (3)塔压力降尽量小。 (4)结构简单、耗材少、制造和安装容易。 (5)耐腐蚀、不易堵塞。 (6)塔内的滞留液量要小。 3.名词术语和定义 3.1 塔径(tower diameter)，D T 塔筒体内壁直径，见图3.1-(a)。 3.2 板间距(tray spacing)，H T 塔内相邻两层塔盘间的距离，见图3.1-(a)。 3.3 降液管(downcomer)，DC 各层塔盘之间专供液相流体通过的组件，单溢流型塔盘为侧降液管，双溢流型塔盘有侧降液管和中央降液管，三或多溢流型塔盘有侧降液管、偏侧降液管、偏中央降液管及中央降液管。 3.4 降液管顶部宽度(DC top width)，Wd 弓形降液管面积的弦高。掠堰另有算法，见图3.1-(a),-(b)。 3.5 降液管底间隙(DC clearance)，ho 降液管底部边缘至塔盘(或受液盘)之间的距离，见图3.1-(a)。 3.6 溢流堰高度(weir height)，hw 降液管顶部边缘高出塔板的距离，见图3.1-(a)。 3.7 总的塔盘横截面积(total tower cross-section area)，A T 1 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 （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=1/2 γH 2b ； (2)对曲面BC ，水平分力的压强分布如图所示， c p z =+γ x z P P d y d u μ τ= 1 塔器设计概述 1.1 石油化工装置中塔器占有很大的比重。几乎每种工艺流程都存在蒸馏或吸收等分离单元过程，因此塔器设计至关重要。往往塔器设计的优劣，决定着装置的先进性和经济性，必须给予重视。 1.2 塔器设计与工艺流程设计有着非常密切的关系，亦即塔器的选型和水力学计算与工艺流程的设计计算是结合在一起的。有时塔器设计影响着分离流程和操作条件的选择。例如减小蒸馏塔的回流比，能降低能耗，但塔板数增加，对塔器讲就是减小塔径和增加塔高，其中必有一个最经济条件的选择。又如真空塔或对釜温有要求的蒸馏塔均对压降要求较严，需要选择压降低的板式塔或填料塔，在塔器水力学计算后，压降数据要返回工艺作釜温核算。 1.3 一般工艺流程基本确定后，进行塔器的选型、设计等工作。塔器设计涉及到工艺、化学工程、设备、仪表、配管等专业。化学工程专业的任务及与各专业间关系另有说明。见化学工程专业工作手册H-P0101-96、H-P0301-96。 1.4 随着石油化工和科技的迅猛发展，蒸馏塔从一般的一股进料、二股产品的常规塔发展为多股进料、多侧线，有中间换热的复杂塔。要求塔的生产能力大、效率高、塔板数多，即大塔径、多程数、高效、低压降等，对塔器设计提出了更高的要求，并推动了塔器设计工作的发展。 1.5 近年来电子计算机的普及和发展，为工艺与塔器设计提供了有力的工具。我们可应用PROCESS或PRO/Ⅱ等工艺流程模拟软件进行计算，得到塔的最大和最小汽液负荷、密度等数据，以便进行分段的塔的水力学计算，使工艺和塔的水力学计算能同步进行，并作多方案比较，求得最佳设计。 1.6 设计中主要考虑的问题 1.6.1 确定工艺流程（尤其是分离流程） 通过工艺流程模拟电算，选定最佳切割方案，其中包括多股进料、侧线采出、进料状态和位置等方面的选择。 1.6.2 塔压的设定 大学水力学课件 大学水力学课件 水力学是研究以水为代表的液体的宏观机械运动规律，及其在工程技术中的应用。水力学包括水静力学和水动力学。 水力学课件 【开课单位】环境科学与工程学院【课程模块】学科基础【课程编号】【课程类别】必修 【学时数】48（理论48实践0）【学分数】3 一、课程描述 本课程大纲根据20**年本科人才培养方案进行修订。 （一）教学对象：环境工程专业本科生 （二）教学目标及修读要求 1、教学目标 掌握基本概念。包括：流体的主要物理性质及作用于流体的力，静水压强及其特性，压强的测量与表示方法，恒定一元流，理想液体，微小流束，均匀流与非均匀流，非均匀渐变流与急变流，水头损失，液体运动的两种型态，管道的基本概念，明渠的类型，明渠均匀流，水力最佳断面，允许流速，明渠水流的三种流态，断面比能与临界水深，临界底坡、缓坡与 陡坡，明渠恒定非均匀渐变流，水跃，共轭水深，堰流的类型，闸孔出流。 掌握基本理论。包括：静水压强的基本公式，几种质量力同时作用下的液体平衡，实际液体恒定总流的能量方程及应用，恒定总流的动量方程及应用，量纲分析与π定理，液流型态及水头损失液体运动的两种型态，谢才公式，棱柱体明渠中恒定非均匀渐变流水面曲线分析，棱柱体水平明渠的水跃方程，水跃的能量损失，堰流与闸孔出流。 掌握基本计算。一是建筑物所受的水力荷载，即所承受的静水压力、动水总作用力等的计算；二是建筑物的过水能力计算；三是水流的流动形态及水头损失计算；四是水流的能量消耗计算。 2、修读要求 水力学是力学的一个分支，通过课程学习和训练，使学生掌握水力学基本概念、基本原理、基本技能和方法；培养学生分析解决问题的能力和实验技能，并为学习专业课程和处理工程实际中的技术问题打下基础。通过课堂讲授和讨论、课后辅导、习题和练习、实验和实践教学等教学环节，运用多媒体或实验等直观教学手段，完成教学大纲要求的基本内容。由于水力学是一门技术基础课，应当理论联系实际，但应以分析水流现象，揭示水流运动规律，加强水力学的'基本概念和基本原 水银 题1图 高程为9.14m 时压力表G 的读数。 题型一：曲面上静水总压力的计算问题（注：千万注意方向，绘出压力体） 1、AB 曲面为一圆柱形的四分之一，半径R=0.2m ，宽度（垂直纸面）B=0.8m ，水深H=1.2m ，液体密度3 /850m kg =ρ，AB 曲面左侧受到液体压力。求作用在AB 曲面上的水平分力和铅直分力。（10分） 解：（1）水平分力： RB R H g A h P z c x ?- ==)2 (ργ…….(3分) N 1.14668.02.0)2 2 .02.1(8.9850=??- ??=，方向向右（2分）。 （2）铅直分力：绘如图所示的压力体，则 B R R R H g V P z ??? ? ????+-==4)(2πργ……….（3分） 1.15428.04 2.014.32.0)2.02.1(8.98502=???? ? ?????+?-??=，方向向下（2分） 。 l d Q h G B A 空 气 石 油 甘 油 7.623.66 1.52 9.14m 1 1 2．有一圆滚门，长度l=10m ，直径D=4.2m ，上游水深H1=4.2m ，下游水深H2=2.1m ，求作用于圆滚门上的水平和铅直分压力。 解题思路：（1）水平分力： l H H p p p x )(2 12 22121-=-=γ 方向水平向右。 （2）作压力体，如图，则 l D Al V p z 4 432 πγγγ? === 方向垂直向上。 3.如图示，一半球形闸门，已知球门的半径m R 1= ，上下游水位差m H 1= ，试求闸门受到的水平分力和竖直分力的 大小和方向。 解： (1)水平分力： ()2R R H A h P c πγγ?+===左,2R R A h P c πγγ?='=右 右左P P P x -= kN R H 79.30114.31807.92=???=?=πγ， 方向水平向右。 （２）垂直分力： V P z γ=，由于左、右两侧液体对曲面所形成的压力体均为半球面，且两侧方向相反，因而垂直方向总的压力为0。 4、密闭盛水容器，已知h 1=60cm,h 2=100cm ，水银测压计读值cm h 25=?。试求半径R=0.5m 的半球盖AB 所受总压力的水平分力和铅垂分力。 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》学习指南 中央广播电视大学水利水电工程专业(专科) 同学们，你们好！这学期我们学习的水力学是水利水电工程专业重要的技术基础课程。通过本课程的学习，要求大家掌握水流运动的基本概念、基本理论和分析方法，；能够分析水利工程中一般的水流现象；学会常见的工程水力计算。 今天直播课堂的任务是给大家进行一个回顾性总结，使同学们在复习水力学时，了解重点和难点，同时全面系统的复习总结课程内容，达到考核要求。 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 c p z =+γ dy du μ τ= 计算水力学基础 李占松编著 郑州大学水利与环境学院 内容简介 本讲义是编者根据多年的教学实践，并参考《微机计算水力学》（杨景芳编著，大连理工大学出版社出版，1991年5月第1版）等类似教材，取其精华，编写而成的。目的是使读者掌握通过计算机解水力学问题的方法，为解决更复杂的实际工程问题打下牢固的计算基础。书中内容包括：数值计算基础，偏微分方程式的差分解法，有限单元法；用这些方法解有压管流、明渠流、闸孔出流、堰流、消能、地下水的渗流及平面势流等计算问题。讲义中的用FORTRAN77算法语言编写的计算程序，几乎包括了全部水力学的主要计算问题。另外，结合讲授对象的实际情况，也提供了用VB算法语言编写的计算程序。 VB程序编程人员的话 为了更好地促进水利水电工程建筑专业的同学学好《微机计算水力学》这门学科，编程员借暑假休息的时间，利用我们专业目前所学的VB中的算法语言部分对水力学常见的计算题型编制成常用程序。希望大家能借此资料更好地学习《微机计算水力学》这门课程。本程序着重程序的可读性，不苛求程序的过分技巧。对水力学中常用的计算题型，用我们现在所学的VB语言编制而成。由于编程员能力有限，程序中缺点和错误在所难免，望老师和同学及时给予批评指正。 VB程序编程人员：黄渝桂曹命凯 前言 ----计算水力学的形成与发展 计算水力学作为一门新学科，形成于20世纪60年代中期。水力学问题中有比较复杂的紊流、分离、气穴、水击等流动现象，并存在各种界面形式，如自由水面、分层流、交界面等。 由各种流动现象而建立的数学模型（由微分方程表示的定解问题），例如连续方程、动量方程等组成的控制微分方程组，多具有非线性和非恒定性，只有少数特定条件下的问题，可根据求解问题的特性对方程和边界条件作相应简化，而得到其解析解。因此长期以来，水力学的发展只得主要藉助于物理模型试验。 随着电子计算机和现代计算技术的发展，数值计算已逐渐成为一个重要的研究手段，发展至今，已广泛应用与水利、航运、海洋、流体机械与流体工程等各种技术科学领域。 计算水力学的特点是适应性强、应用面广。首先流动问题的控制方程一般是非线性的，自变量多，计算域的几何形状任意，边界条件复杂，对这些无法求得解析解的问题，用数值解则能很好的满足工程需要；其次可利用计算机进行各种数值试验，例如，可选择不同的流动参数进行试验，可进行物理方程中各项的有效性和敏感性试验，以便进行各种近似处理等。它不受物理模型试验模型律的限制，比较省时省钱，有较多的灵活性。 但数值计算一是依赖于基本方程的可靠性，且最终结果不能提供任何形式的解析表达式，只是有限个离散点上的数值解，并有一定的计算误差；二是它不像物理模型试验一开始就能给出流动现象并定性地描述，却往往需要由原体观测或物理实验提供某些流动参数，并对建立的数学模型验证；三是程序的编制及资料的收集、整理与正确利用，在很大程度上依赖于经验与技巧。 所以计算水力学有自己的原理方法和特点，数值计算与理论分析观测和试验相互联系、促进又不能相互代替，已成为目前解决复杂水流问题的主要手段之一，尤其是在研究流动过程物理机制时，更需要三者有机结合而互相取长补短。 近三、四十年来，计算水力学有很大的发展，替代了经典水力学中的一些近似计算法和图解法。例如水面曲线计算；管网和渠系的过水或输沙（排污）能力的计算；有水轮机负荷改变时水力震荡系统的稳定性计算研究；流体机械过流部件的流道计算以及优化设计，还有洪水波、河口潮流计算，以及各种流动条件下，不同排放形式的污染物混合计算等。 上世纪70年代中期已从针对个别工程问题建立的单一数学模型，开始建立对整个流域洪泛区已建或规划中的水利水电工程进行系统模拟的系统模型。理论课题的研究中，对扩散问题、传热问题、边界层问题、漩涡运动、紊流等问题的研究也有了很大的发展，并已开始计算非恒定的三维紊流问题。 由于离散的基本原理不同，计算水力学可分为两个分支：一是有限差分法，在此基础上发展的有有限分析法；二是有限单元法，在此基础上提出了边界元法和混合元法，另外还有迎风有限元法等。 第二章 流体静力学 本章研究流体平衡规律，由平衡条件求静压分布，并求静水总压力。 静止是相对于坐标系而言的，不论相对于惯性系或非惯性系静止的情况，流体质点之间肯定没有相对运动，这意味着粘性将不起作用，所以本章的讨论不须区分流体是实际（粘性）流体或理想流体。 §2—1 流体静压强及其特性 ● 静止流体的应力只有法向分量（因无相对运动），而且沿内法线方向（流体不能受拉），称为静压强。 ● 静压强p 仅取决于场点的空间位置，而与 作用面的方位无关。对如图以M 为顶点的 小四面体，写出平衡方程，再令小四面体 趋于M 点，注意到质量力比起面力为高阶 无穷小，即得证。 ● 静止流体的应力状态只须用一个静压强数量场p=p (x,y,z )来描述，任意一点、任意方位 上的应力为： p pn n =-. §2—2 流体的平衡微分方程 ● 在直角坐标系中，取体积微元六面体，建立流 体的平衡微分方程： X p x -=10ρ??； Y p y -=10ρ??； Z p z -=10ρ??. 合并表示成矢量形式 f p -?=10ρ. X,Y,Z 是质量力 f 的三个分量，?p 是静压强场的梯度：?=++p p x i p y j p z k ?????? . 流体的平衡微分方程实质上表明了质量力和压差力之间的平衡。 ● 把 k z j y i x ??????++≡? 称为哈米尔顿算子,它同时具有矢量和微分（对跟随其后的变量）运算的功能。用它来表达梯度，非常简洁，并便于记忆。 ● ?p 的三个分量是压强在三个坐标轴方向的方向导数，它反映了数量场),,(z y x p 在空间上的不均匀性。流体的平衡微分方程实质上表明了质量力和压差力之间的平衡，压强对流体受力的影响是通过压差来体现的。 §2—3 重力作用下的液体平衡 一. 重力作用下的平衡方程 ● 重力 f gk =-（z 轴垂直向上），液体（看成不可压缩流体）的平衡微分方程具体化为：γρ??-=-== g z p z p d d . 其解为：z p gz p p γρ-=-=00. 有时令 h z =-（向下为正），则 五、作图题(在题图上绘出正确答案) 1.定性绘出图示棱柱形明渠的水面曲线，并注明曲线名称。(各渠段均充分长，各段糙率相同) (5分) 2、定性绘出图示管道（短管）的总水头线和测压管水头线。 3、定性绘出图示棱柱形明渠的水面曲线，并注明曲线名称。(各渠段均充分长，各段糙率相同,末端有一跌坎) (5分) 4、定性绘出图示曲面AＢＣ上水平方向的分力 和铅垂方向压力体。(5分) 6AB 上水平分力的压强分布图和垂直分力的压力体图。 A B 7、定性绘出图示棱柱形明渠的水面曲线，并注明曲线名称。(各渠段均充分长，各段糙率相同) K K i < i 1 k i >i 2 k 六、根据题目要求解答下列各题 1、图示圆弧形闸门AB(1/4圆), A 点以上的水深H ＝1.2m ，闸门宽B =4m ，圆弧形闸门半径R =1m ，水面均为大气压强。确定圆弧形闸门AB 上作用的静水总压力及作用方向。 解：水平分力 P x =p c ×A x = 铅垂分力 P y =γ×V=, 静水总压力 P 2 = P x 2 + P y 2, P=, tan = P y /P x = ∴ =49° 合力作用线通过圆弧形闸门的圆心。 2、图示一跨河倒虹吸圆管，管径d ＝0.8m ，长 l =50 m ，两个 30。 折角、进口和出口的局部水头损失系数分别为 ζ1=，ζ2=，ζ3=，沿程水头损失系数λ=，上下游水位差 H =3m 。若上下游流速水头忽略不计，求通过倒虹吸管的流量Q 。 H R O B R 测压管水头 总水头线 v 0=0 v 0=0 解： 按短管计算，取下游水面为基准面，对上下游渠道内的计算断面建立能量方程 g v R l h H w 2) 4(2 ∑+==ξλ 计算圆管道断面的水力半径和局部水头损失系数 9.10.15.022.0 , m 2.04/=++?==== ∑ξχ d A R 将参数代入上式计算，可以求解得到 /s m 091.2 , m /s 16.4 3===∴ vA Q v 即倒虹吸管内通过的流量为2.091m 3 /s 。 3、某水平管路直径d 1=7.5cm ，末端连接一渐缩喷嘴通大气(如题图)，喷嘴出口直径d 2=2.0cm 。用压力表测得管路与喷嘴接头处的压强p =49kN m 2 ，管路内流速v 1=0.706m/s 。求水流对喷嘴的水平作用力F (可 取动量校正系数为1) 解：列喷嘴进口断面1—1和喷嘴出口断面2—2的连续方程： 得喷嘴流量和出口流速为： s m 00314.03 11==A v Q s m 9.92 2== A Q v 对于喷嘴建立x 方向的动量方程 )(1211x x v v Q R A p -=-ρβ 8.187)(3233=--=v v Q A p R ρN 水流对喷嘴冲击力:F 与R , 等值反向。 4、有一矩形断面混凝土渡槽，糙率n =，底宽b ＝1.5m ，槽长L ＝120m 。进口处槽底高程Z 1=52.16m ， 出口槽底高程Z 2＝52.04m ，当槽中均匀流水深h 0=1.7m 时，试求渡槽底坡i 和通过的流量Q 。 解： i=（Z 1-Z 2）/L = 55.2==bh A m 2 d 1 v 1 P x 2 2 1 1 R 1、理想液体是（） A.没有切应力又不变形的液体； B.没有切应力但可变形的一种假想液体； C.切应力与剪切变形率成直线关系的液体； D.有切应力而不变形的液体。 2、选择下列正确的等压面: A. A ? A B. B ? B C. C ? C D. D ? D 1、理想液体是（） A.没有切应力又不变形的液体； B.没有切应力但可变形的一种假想液体； C.切应力与剪切变形率成直线关系的液体； D.有切应力而不变形的液体。 2、选择下列正确的等压面: A. A ? A B. B ? B C. C ? C D. D ? D 3、平衡液体中的等压面必为( ) A.水平面； B.斜平面； C. 旋转抛物面； D.与质量力相正交的面。 4、欧拉液体平衡微分方程( ) A. 只适用于静止液体； B. 只适用于相对平衡液体； C. 不适用于理想液体； D. 理想液体和实际液体均适用 5、恒定总流的能量方程z1 + p1／g + v12／2g = z2 +p2／g + v22／2g +h w1- 2 ， 式中各项代表( ) A. 单位体积液体所具有的能量； B.单位质量液体所具有的能量； C.单位重量液体所具有的能量； D.以上答案都不对。 6、在明渠恒定均匀流过水断面上1、2两点安装两根测压管，如图所示，则两测压管高度h1与h2的关系为( ) A. h1＞h2 B.h1＜h2 C. h1 = h2 D.无法确定 7、图示水流通过渐缩管流出，若容器水位保持不变，则管内水流属( ) A. 恒定均匀流 B. 非恒定均匀流 C. 恒定非均匀流 D.非恒定非均匀流 8、均匀流的总水头线与测压管水头线的关系是（） A. 互相平行的直线； B.互相平行的曲线； C. 互不平行的直线； D. 互不平行的曲线。 9、按普朗特动量传递理论，紊流的断面流速分布规律符合（） A. 对数分布； B. 椭圆分布； C. 抛物线分布； D.直线分布。 10、圆管均匀层流与圆管均匀紊流的（） A.断面流速分布规律相同； B.断面上切应力分布规律相同； C.断面上压强平均值相同； D.水力坡度相同。 11、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( ) A. 压力体相同，且压力相等； B. 压力体相同，但压力不相等； C. 压力体不同，压力不相等； D.压力体不同，但压力相等。 12、对管径沿程变化的管道( ) A.测压管水头线可以上升也可以下降 B.测压管水头线总是与总水头线相平行 C.测压管水头线沿程永远不会上升 D.测压管水头线不可能低于管轴线 13、液体运动总是从( ) A.高处向低处流动； B.单位总机械能大处向单位机械能小处流动； C.压力大处向压力小处流动； D.流速大处向流速小处流动。 14、如图断面突然缩小管道通过粘性恒定流，管路装有U形管水银差计，判定压差计中水银液面为( ) A. A高于B； B. A低于B； C.A、B齐平； D. 不能确定高低。 15、谢才系数C 与沿程水头损失系数λ的关系为() 一、流体的主要性质：①惯性（质量密度）②万有引力（重量和容重）③粘滞性④压 缩性 二、表面力：作用在液体的表面上，并与受作用的的液体表面积成比例的力。 三、质量力：作用在液体的每一个质点上，并与受作用的液体质量成比例的力。 四、静水压强：把静置液体作用在受压面单位面积上的静水压力，称为静水压强。 五、静水压强的特性：（1）静水压强的方向垂直并指向受压面（2）静水压强的大小与 作用面的方位无关 六、等压面：由压强相等的空间点构成的面积称为等压面。 七、等压面的两个性质：①在平行液体中，等压面为等势面②等压面垂直质量力 八、描述液体运动的两种方法：（1）拉格朗日法：把每一个质点作为研究对象，观察 其运动的轨迹、速度和加速度，掌握其运动状况，综合所有质点的运动情况就可 得到这个液体的运动规律，（2）欧拉法：以考察不同液体质点通过固定的空间点 的运动情况来了解这个运动空间内的流动情况，既着眼于研究各运动要素的分布 场，又叫流场法。 九、流管：在水流中，任取一条与流线重合的微小封闭曲线，通过曲线上每一点做一 条流线，这些流线成一个封闭的管状表面，称为流管 十、元流：充满以流管为边界的水流称为元流。 十一、非恒定流：液体运动区域内每个点处的动水压强和流速随时间而改变，也就是说他们不仅同坐标有关，而且同时间有关。 十二、恒定流：当运动液体在任意空间点处的动水压强和流速，均不随时间而改变时，称为恒定流。 十三、均匀流：组成总流的各个流线或元流为互相平行的直线时，这种水流称为均匀流。十四、均匀流的特性： （1）均匀流的过水断面为平面，其形状和尺寸均沿程不变。 （2）均匀流中，同一流线上不同点的流速都相等，，因此各过水断面上的流速分布相同，断面平均流速相等。 （3）均匀流过水断面上的动水压强分布规律与静水压强分布规律相同，既在同一过水断面上各点的测压管水头为一常输。 十四、非均匀流：水流的流线与流线之间不是互相平行的直线时，该水流称为非均匀流 十五、渐变流：水流的流线虽然不是相互平行的直线，但其流线间夹角甚小，或流线虽然平行，但并非直线，而其曲率半径甚大。既水流的流线近似于平行直线时。 十六、急变流：当水流流线间夹角很大或流线的曲率半径很小时称为急变流 十七、有压流：液体沿程整个周界都与固体壁面接触，而无自由表面的流动称为有压流 十八、无压流：若液体沿程一部分周界与固体壁面接触，另一部分与空气接触，具有自由 表面的流动。 十九、雷诺数的物理意义：水流的惯性力与粘滞力之比。 二十、形成紊流的条件（1）液体中有涡体形成（2）涡体必须脱离流层而冲入相邻流层，具体说，就是雷诺数要达到一定的数值。 二十一、自由出流：管道中出水水流直接流入大气中的出流。 二十二、淹没出流：出流则是管道出水口水流淹没在水下的出流。 二十三、长管：指水头损失以沿程损失为主、局部损失和流速水头在总损失中所占的比重很小的管道。 二十四、短管：局部损失和流速水头在总损失中所占的比重较大、计算时不能忽略的管道。二十五、边坡系数m：边坡上高差为1m的两点之间的水平距离。 二十六、棱柱体渠道：渠身长直，底坡、横断面的形状及尺寸都沿程保持不变的。 27、非棱柱体渠道：明渠的断面形状和尺寸筑成沿程改变的。 28、明渠均匀流满足的条件： （1）水流必须为恒定流（2）流量应沿程保持不变，并且没有水流的汇入和分出（3）渠道应是底坡沿程不变的、长而直的正坡棱柱体渠道。 29、缓流：由于底坡平缓，因而流速减小，遇到渠底有阻水的障碍物时，在障碍物处水面产生跌落，而在其上游则被壅高，并一直影响到上游较远处，这种水流状态称为、、 30、急流：波速小于水流的断面平均流速，则干扰波就不能向上游传播，而只能向下游传播，这种水流称为、、 31、断面比能E s与单位总能量的区别： （1）断面比能与单位总能量的基准面选择不同，两者相差一个渠底位置高度Z0 （2）水流在流动过程中，为了克服阻力要消耗一部分能量，所以水流的单位总能量沿流程总是不断减小，既dE/ds<0 32、临界底坡：将均匀水深h0恰好等于临界水深hk时，其相应的底坡称为、、、、 33、ii k为缓坡i=i k为临界坡 34、水跃：在较短渠（河）段内水深从小于临界水深急剧的跃升到大于临界水深的特殊局 部水力现象 35、水跃产生的条件：水流由急流向缓流过渡，长发生在溢流堰，闸门，陡槽等泄水建筑 物的下游。 36、闸孔出流：水流受到闸门或胸墙的控制，闸前水位壅高，水流由闸门底缘与闸底之间 的孔口流出，过水断面手闸门开启尺寸的限制，其水面是不连续的，这种水流 现象称为、、 37、堰流：水流由于受到堰坎或两侧边墙的束窄阻碍，上游水位壅高，水流经过溢流堰顶 下泄，其溢流水面上缘不受任何约束，而成为光滑连续的自由降落水面，这种 水流现象称为、、 38、堰流分类： （1）薄壁堰流：（）/H<0.67 （2）实用堰流：0.67<=()/H<2.5 （3）宽顶堰流：2.5<=( )/H<10 39、明渠水流的三种流态：缓流急流临界流 40、明渠水流的判别方法：①波速②弗劳德数③临界水流④均匀流 41、作用于流体上的两种力：①质量力②表面力 42、运动液体的分类：恒定流均匀流有压流 43、圆管层流：①速度分布：抛物线②断面平均流速：最大流速(参考)水力学计算说明书
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