大连理工大学水力学第三章习题课ppt课件-精选文档

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水力学ppt课件

C
5
§1.1.2 液体平衡微分方程及综合式
一.平衡微分方程的形式：
X
1
p x
0
Y
1
p y
0
Z
1
p z
0
➢该式称液体平衡微分
方程（欧拉平衡微分方程）。
二.平衡微分方程的物理意义：
➢液体的平衡微分方程实质上表明了单位质量力和单位
.
6
表面力之间的平衡。
三.液体平衡微分方程的积分：
z p C
p1p2 z1z2 z1z2 p1p2
Z0
Z
Z1
Z2
pp0 h
表面压强p0可向液体内. 部各方向传递-帕斯卡定
p h 8
二. 水静力学的基本概念
1. 等压面
• 静止液体，P=const，为等压面。
由平衡方程综合式 d p(X dYxd Z y)dz
可得等压面方程为
Xd Y xd Z yd 0 z
➢测量的压强较大时，采用重度大的液体作为
量测介质；
•A点压强：
pAhAmhp
pAmhphA
.
28
3.压差计（比压计）
➢用于测量任意两点的测压管水头差或
压强差；
p A ( z A h p ) p B z B m h p
(zAp A) hp(zBp B)m hp
ΔZ
(zApA)(zBpB)
.
2
1.12 模型试验与量纲分析
1.1 水静力学
内容：研究液体静止状态下的平衡规律及实际应用.
静止液体：du/dy=0, =0, 只存在p.
具体： 1.静水压强及特性；
2.液体平衡微分方程及综合式；

水力学课件

§2.6 作用于曲面上的静水总压力
实际工程中有许多受压面都是曲面，如弧形闸门，拱坝的挡水面等，而以母线水平的二向曲面最为多见，且较为简单，因此，我们首先分析作用在二向曲面上的静水总压力的大小、方向和作用点。所得结论也可推广于三向曲面。
一、静水总压力大小
作用于曲面上的静水总压力P由水平分力Px和垂直分力Pz组成；
欧拉法把运动要素表示成空间坐标x、y、z和t的函数。
如：任一空间液体质点速度u在x、y、z方向的分量可以表示
成：
uuyx
Байду номын сангаас
ux (x, uy (x,
y, z,t) y, z,t)
uz uz (x, y, z,t)
x,y,z,t称为欧拉变数。
欧拉法
若t为常数，就描述了任意时刻各空间的流速组成的流速场；如x、y、 z是常数、t为变量，就描述了该空间上流速随时间的变化规律。
浮体的稳定性
由以上讨论知，要使船舶行驶是安全的，必须使其保持稳定平衡，也就是说，重心C必须在定倾中心M点以下，即 m﹥e（或定倾高度m-e是正值）。
当船体倾角小于15°时：
m I0 V
I 0 ——浮面面积对其纵轴惯性矩；
V——船体的排水体积。
浮轴
稳定性概念稳定性
第三章液体一元恒定总流基本原理
§3.1概述
在自然界和工程实践中，液体常处于运动
状态，尽管液体的运动状态十分复杂，但液体运动仍然遵循物体机械运动的普遍规律。
运动要素：表征液体运动的物理量称为运动
要素，如速度、加速度、动水压强等。水动力学的基本任务就是研究这些运动要
素随时间和空间的变化规律。
§3.2 描述液体运动的两种方法

水力学课件第三章_水动力学基础PPT资料66页

为了摆脱粘性在分析实际液体运动时在数学上的某些困难，我们先以忽略粘性的理想液体为研究对象，然后在此基础上进一步研究实际液体（修正）。
§3—1 描述液体运动的两种方法
1．拉格朗日法拉格朗日法着眼于液体各质点的运动情况，追踪每一质点，研究各质点的运动历程，通过综合足够多质点的运动情况来获得整个液体运动的规律。
(4) 过水断面与元流或总流所有流
3．流量与断面平均流速
(1)流量Q：单位时间内通过过水断面的液体体积。总流的流量等于所有元流的流量之和(m3/s,l3/s)。
Q v ud
v
Q
ud
(2)断面平均流速 v：假想均匀分布在过水断面上的流速。
4．均匀流与非均匀流若液流中同一流线上各质点的流速矢量沿程不变，这
pA
zA
pB
zB
pC
zC
C
pA ? pB ? pC ?Leabharlann §3—3 恒定总流的连续性方程
考虑到： (1)在恒定流条件下，元流的形状与位置不随时间改变； (2)不可能有液体经元流侧面流进或流出； (3)液流为连续介质，元流内部不存在空隙。
根据质量守恒原理，对不可压缩液体：
对于总流
引入断面平均流速后得
非均匀流中，流线多为彼此不平行的曲线，按流线图形沿流程变化的缓急程度，又可将非均匀流分为渐变流和急变流两类。
渐变流(又称缓变流)：指各流线接近于平行直线的流动，即渐变流各流线之间的夹角很小，流线的曲率半径 R 很大。
否则称为急变流。渐变流的极限情况是流线为平行直线的均匀流．
渐变流过水断面具有的两个性质：
活学活用
恒定渐变流中，同一过水断面上的动水压强近似按地静水压强分布恒定均匀流中，同一过水断面上的动水压强精确地按静水压强分布

2024版水力学ppt课件

结果分析
根据计算结果，分析管道的水力性能是否满足设计要求，提出改进建议。
21
减少流动损失措施探讨
优化管道设计
通过合理布置管道走向、减少弯头数量、选用合适的管径等措施
降低沿程损失和局部损失。
采用高效节能设备
选用低阻力阀门、高效水泵等设备降低流动损失。
2024/1/25
加强管道维护管理
定期清洗管道内壁、更换损坏的管道附件等措施保持管道畅通，减少流动阻力。
03
特性比较
恒定流具有稳定的流动特性，便于分析和计算；非恒定流的流动特性复杂多变，需要采用动态分析方法。
15
流线、迹线和染色线概念辨析
流线
在某一瞬时，流场中每一点都与速度矢量相切的曲线。流线反映了该瞬时流场中速度的分布状况。
2024/1/25
迹线
某一质点在流动过程中不同时刻所在位置的连线。迹线反映了该质点在流动过程中的运动轨迹。
判别方法
通过计算雷诺数Re来判断流动类型。当Re小于临界雷诺数Rec时，流动为层流；当 Re大于Rec时，流动为湍流。
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恒定流与非恒定流特性比较
01
恒定流
流场中各点的流速、压强等流动参数不随时间变化，即流动处于稳定状态。
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02
非恒定流
流场中各点的流速、压强等流动参数随时间变化，即流动处于不稳定状态。
7
02 流体静力学分析
2024/1/25
8
静止液体中压强分布规律
液体内部压强随深度的增加而增大。
液体的压强与液体的密度和深度有关，密度越大、深度越深，压强越大。
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在同一深度，液体向各个方向的压强相等。

水力学经典教学课件PPT(83张)

水面激起一微小波动，波高h，波以速度vw从右向左
传播。观察微波传播：波形所到之处将带动水流运动，流速随时间变化，是非恒定流，但可化为恒定流。
vw
∆h
h
• 选动坐标随波峰运动，假想随波前进来观察渠中水流相对于动坐标系波静止渠中原静止水
体以波速vw从左向右流动，整个水体等速度
向右运动，水流为恒定流，水深沿程变化，是非均匀流。
临
界
流

v c, 急流

一般断面渠道静水中波速c为
c gA/B gh
• 将一块石子投入静水中，水面以投石点为中心产生一系列同心圆，其以一定速度离开中心向
四周扩散
vw
vw’
• 将石子投入等速运动的水流中，则波传播速度是水流流速与波速向量和。当水流流速小于波速（v < vw）时，微波向下游传播的绝对速度为（v + vw），向上游传播的绝对 v
vw+ v
• 当水流的流速等于波速（v= vw）时，微波向
下游传播的绝对速度是 2 vw。
2 vw
• 当水流流速大于波速（v > vw）时，微波只向投石点下游传播，对上游的流动没有影响。
vw + v
• 一平底矩形断面水渠，水体静止，水深为h，水中有
一个直立的平板。用直立平板向左拨动一下，板左边
弗劳德（Froude）数的物理意义：
v
v2
Fr 2
gh 2gh
表示过水断面单位重量液体平均动能与平均势能之比的二倍开平方，Fr愈大，意味着水流的平均动能所占的比例愈大。
[Fr]

[惯性力] [重力]
表示水流的惯性力与重力两种作用的对比关系。急流时，惯性对水流起主导作用；缓流时，重力对水流起主导作用。

流体力学水利学第三章水动力学复习资料课件PPT

t = t0 ＝给定时刻，（x，y，z）＝变数
（x，y，z）＝给定点，t ＝变数
同一时刻，不同空间点上液体质点的流速分布，即流场。
不同液体质点通过给定空间点的流速变化
2.液体质点运动描述 1）质点运动速度
u=ux+uy+uz
z
ux= ux( x,y,z,t )
uy= uy( x,y,z,t ) uz
F pdA p dpdA gdAdz
2、微分流段质量与加速度的乘积 Ma dAds du
dt
F Ma 即pdA p dpdA gdAdz dAds du dt
对于恒定元流，u us
du dt
du ds ds dt
u du ds
d u2
ds
2
pdA p dpdA gdAdz dAds du
3、流动稳定性演示
恒定流—运动要素不随时间变化
v=v(x,y,z,), p=p(x,y,z)
3、流动稳定性演示
非恒定流—运动要素随时间变化
v=v(x,y,z,t), p=p(x,y,z,t)
三、均匀流与非均匀流
1、均匀流（Uniform flow）
（1）定义：流线为相互平行直线的水流或流线上的速度矢量都相同。
二、恒定流与非恒定流
1、恒定流（Steady flow）
所有运动要素≠f(t)-----不随时间变化 u=u(x,y,z), p=p(x,y,z)
ux/t= uy/t= uz/t=p/t=0
2、非恒定流（Unsteady flow）
任一运动要素=f(t)-----随时间变化 u=u(x,y,z,t)或 p=p(x,y,z,t)
因此，该方法在工程上很少采用, 但这个方法在波浪运动中、PIV水流量测等问题研究中多用这个方法。

水力学课件doc资料

水力学
第
第三章液体一元恒定总流基本原理
三
章
液体一元恒定总流基本原理
水力学
第三
3.1 概述
章本章重点：
液
体 1.描述液体运动的两种方法
一
元恒
2.描述液体运动的一些基本概念
定
总流
3.一元恒定总流的三大方程的实际应用
基
本原
连续性方程、能量方程、动量方程
理
水力学
第
三 3.2
质点在空间的位置坐标( x, y, z )
章表示为质点起始坐标（a, b, c）和时间t的函数。
液
体
x = x ( a ,b, c, t )
一元
y = y ( a, b, c, t )
恒定
z = z ( a, b, c, t )
总
流基
式中a, b, c, t 称为拉格朗日变数。
本
原
理
水力学
水力学
第三章
液体一元恒定总流基本原理
水力学
第三章
下列是管道过水断面流速分布及断面平均流速分布图液体一元恒定总流基本原理
水力学
第三章下列是管道过水断面流速分布及断面平均流速分布图
液体一元恒定总流基本原理
水力学
第均匀流、非均匀流
三章
➢ 各点的运动要素不随时间变化的流动
液
随时间变化的流动
体
一
元
恒
定
总
流
基
本
原
理
恒定流非恒定流
水力学
第三

大连理工流体力学

基本概念或结论：
绝对压－以绝对零压（绝对真空）为起点
所计算的压强。相对压强（表压）
－以大气压为起点所计算的压强。真空度
－大气压与绝对压之差。
基本概念或结论：
静止态不可压缩流体内部任一处流体的 “位势能”与“压强势能”可以相互转换，但“总势能”不变。
压强随深度作线性增加。压强可传递，内部压强随自由表面上压
流体的易流动性
定义：流体是能流动的物质。力学特征：施与微小剪切力就能使流
体发生连续变形。
易流动性是流体的特性之一。分子结构特点及分子间作用力小决定了它的这一特性。
流体的压缩性
➢ 流体在一定温度下，体积随压强增大而缩小的特性称为流体的压缩性。
➢ 一定温度下,压强越高，气体体积压缩系数越小；随着压强的增大，气体的可压缩性减弱。
本章主要介绍流体动力学的基本知识，推导出流体动力学中的几个重要的基本方程：连续性方程、柏努利方程、动量方程和能量方程等，这些方程是分析流体流动问题的基础。
第四章流体动力学分析基础
4.1系统与控制体
控制体－流场中某个确定的空间区域，其界面为控制面，其大小形状可任意选定。控制体一经选定，其位置就相对固定了下来。
化与控制体内流体参数变化之间关系。
系统与控制体的对比与关联
系统系统
系控统制体系统
系统位置随运动而改变，可能与控制位置重叠
第四章流体动力学分析基础
4.2雷诺运输定理
雷诺运输方程－揭示系统内流体参数变化与控制体内流体参数变化之间关系。
系统与控制体的对比与关联
系统系统
系控统制体系统
流体力学总复习
第一章流体及其物理性质
重点内容：流体的易流动性、压缩性、粘滞性；

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3.17 如题图所示的串联管路，已知H＝2m，各管段长度为l1=l2=l3=1m，各管段管径分别为d1=60mm，d2=30mm，d3=40mm，管轴线与水平面夹角α =15o,假设不计管中水头损失，试求：（1）管中流量Q；（2）绘制整个管路的测压管水头线。
H
α
l1,d1 A l2,d2 B
2 p v 0 1 1 z ( H 3 l sin 15 ) 2 . 23 ( m) 1 2 g
p 2 6 .0 (m) z2
p3 z3 0(m)
3.18 如题图所示为一水电站压力管道的渐变段，已知直径d1=1.5m，d2=1m，渐变段开始断面的相对压强p1=4pa，pa为大气压强，管中通过的流量Q=1.8m3/s，不计水头损失，试求渐变段支座所受的轴向力。
Q
d1
d2
题3－18图
Q
d 1
d 2
x
2 2 0 p / v / 2 g 0 p / v / 2 g 1 1 2 2
v Q / A 1 . 8 /( 0 . 25 1 . 5 ) v Q / A 1 . 8 /( 0 . 25 1 . 0 )
题3－17图
l3,d3 C Q D
（1）管中流量Q；
H
α
l1,d1 A l2,d2 B
题3－17图
l3,d3 C Q D
2 v ( H 3 l sin 15 ) 0 0 0 0 3 2 g 0
0 v 2 g ( H 3 l sin 15 ) 7 . 377 ( m / s ) 3
2 1 1
P P R Q ( v v ) 1 2 x 2 1

2
2
2
P 1 p 1A 1
P 2 p 2A 2
3.19 如题图所示为一平面上的弯管，已知直径dA=25cm，dB=20cm，A-A断面的相对压强pA=17.66N/cm2，管中流量 Q=0.12m3/s，转角θ =60o，不计水头损失，试求弯管所受的作用力。
（1）流量系数μ ；
Q A2 gH 0
0.61
（2）流速系数φ ；
vc 2gH 0
2 y( 1 /2 )gt
x vct
v 6 .062 m/s 0.968 c
（3）收缩系数ε； 0 .63 （4）阻力系数ξ 。
1 1
0.067
3.12 水箱保持水位不变，其侧壁有一薄壁小孔口，直径d=2cm,水头H=2m，试求：（1）孔口的泄流量Q0；
（3）管嘴内的真空度hv。
h 0 .75 H v 0
h 1 .5 ( m 水柱，已知上游水位高程为35m，挑流鼻坎高程为20m，挑射角θ =30o，水流经过坝面的水头损失为0.1(v2/2g)，溢流单宽流量q=25m2/s，试求：（1）鼻坎断面的流速v；（2）鼻坎断面的水深h。
35m
hv θ
题3－16图
35m
hv θ
题3－16图
q vh
2 2 v v ( 20 h cos 30 ) 0 0 . 1 35 0 0 2 g 2 g 0
3 v 0 1 . 1 15 v q cos 30 0 2 g
v 15 . 6 m / s
h ＝ 1 .6 m
习题课
3.11 水流经过水箱侧壁的孔口流入大气中，已知孔口的直径d=10mm，水头H=2m，孔口的泄流量Q=0.3L/s，射流某一断面的中心坐标x=3m,y=1.2m，试求：（1）流量系数μ ；
（2）流速系数φ ；
（3）收缩系数ε；
H
ddc x y
y x
（4）阻力系数ξ 。
题 3－ 11图
2 Q A v ( 1 / 4 ) d v 9 . 27 ( L / s ) 3 3 3 3

（2）绘制整个管路的测压管水头线
Q A v A v 1 1 2 2
13 . 115 m/s v 3 . 279 m /s v 2 1
2 2 2 v / 2 g 0 . 549 m v g 2 . 777 m v / 2 g 8 . 776 m 1 3 /2 2
A vA dA A y B x vB
题 3－ 19图 θ
B dB
A vA dA A y B x vB
题 3－ 19图 θ
B dB
P P cos R Q ( v cos v ) A B x B A
P sin R Q ( v sin 0 ) B y B

H d
（2）在孔口处接一圆柱形外伸管嘴时的流量Qn；
（3）管嘴内的真空度hv。
题 3 － 1 2 图
（1）孔口的泄流量Q0；
Q A 2gH 0 0
0 .62
Q 1 . 22 L /s 0
（2）在孔口处接一圆柱形外伸管嘴时的流量Qn；
Q 1 . 32 A2 gH n 0
Q 1 . 61 L /s n
2 v Q / A 1 . 8 /( 0 . 25 0 . 25 ) A A
2 B B
v Q / A 1 . 8 /( 0 . 25 0 . 2 )
2 2 0 p / v / 2 g 0 p / v / 2 g A A B B

3.20 有一在水平面上如图所示的分叉管，其管径如图中所注，已知两管的出口流速均为v2=v3=10m/s，不计管中的水头损失，试求水流对此分叉管作用力的大小和方向。
v1
15cm
10cm
30
v2
大气
7.5cm
v3
大气
题3－20图
v1
15cm
10cm
30
v2
大气
7.5cm
v3
大气
题3－20图
0 P R Q v cos 30 Q v Q v 1 x 3 3 2 2 1 1

0 R Q v sin 30 y 33
3 3 Q v A 0 . 0442 ( m / s ) Q v A 0 . 0785 ( m / s ) 3 33 2 22