水动力学及习题经典讲解
水动力学及习题经典讲解
流线的性质：
a.同一时刻的不同流线，不能相交。因为根据
流线定义， 在交点的液体质点的流速向量 应同时与这两条流线相切，即一个质点有两个 速度向量，这显然矛盾的、不成立的。
b.流线不能是折线，而是一条光滑的曲 线。因为流体是连续介质，各运动要素 是空间的连续函数。
c.流线簇的疏密反映了速度的大小（流 线密集的地方流速大，稀疏的地方流速 小）。因为对不可压缩流体，元流的流 速与其过水断面面积成反比。
2、恒定流和非恒定流 （1）恒定流（steady flow）：又称定常流，是指流场中的空 间点上各水力运动要素均不随时间而变化。
➢ 对于恒定流来说：
三者都等于0。
注意: 严格的恒定流只可能发生在层流，在紊流中，由于流 动的无序，其流速或压强总有脉动，但若取时间平均流速 （时均流速）U(或V)，若其不随时间变化，则认为该紊流 为恒定流。
• 若水箱中的水位就逐渐下降，水箱和管道同一点流体质点的压强和速 度都逐渐减小，流股的形状（虚线）也逐渐向下弯曲。因此，在非恒 定流动中，运动流体中任一点流体质点的流动参数(压强和速度等)随
时间而变化，当地加速度和迁移加速度都不为零。
在水位恒定的情况下：
（1）由于AA′段是等径管，流体流经AA′段不存在
• 流场运动要素是时空（x,y,z,t）的连续函数
p p(x, y, z,t)
u u(x, y, z,t)
v v(x, y, z,t)
w w(x, y, z,t)
x，y，z，t 称为欧拉变数 （量）
z
t 时刻
M （x，y，z） O
x
➢在工程流体力学中多采用欧拉法。
y
u u(x, y, z,t) v v(x, y, z,t) w w(x, y, z,t)
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。
地下水动力学第二章习题
第二章区域地下水流问题总结及习题一．基本概念潜水回水、河渠引渗回水（回灌）、浸润曲线、浸润曲线方程、单宽流量公式、分水岭、分水岭位置表达式二．基本要求掌握有、无入渗补给情况下潜水向河渠的稳定运动特点及相应的浸润曲线方程、分水岭运动规律及位置表达式、山间盆地问题及浸润曲线方程；掌握承压水一维稳定流含水层底板倾斜时水头分布曲线方程的推导；了解地下水向河渠的非稳定流浸润曲线及单宽流量方程；了解相关公式在解决水库区地下水回水、农田灌渠的合理间距计算及灌溉条件下地下水位动态预报等问题方面的应用。
三．习题1.在水平分布的潜水含水层中，沿流向相距1000m打两孔，已知孔1、孔2的水位标高分别为32.5m和25.2m，含水层底板标高平均为12m，含水层的渗透系数为7.5m/d，含水层的宽度为150m。
求含水层的单宽流量和总流量，并绘制水位降落曲线（每隔100m计算一个数值）。
2.在等厚、多层、水平分布的承压含水层中，沿地下水流向打两个钻孔（孔1、孔2）。
已知：孔1，孔2的水位标高分别为119.42m、117.42m，两孔间距为250m，含水层的宽度为80m，各层的含水层厚度和渗透系数自上而下分为M1=4.18m、M2=1.10m、M3=0.70m、M4=5.50m、M5=0.60m、K1=0.002m/d、K2=31.00 m/d、K3=0.04 m/d、K4= 0.98m/d、K5= 2.50m/d，试求含水层的天然流量。
3.宽度为1的带状潜水含水层，位于两条河流之间，含水层底板水平，入渗补给量W=820mm/a，渗透系数K=6m/d，两河间距l=2855m，两河的稳定水位在隔水顶板以上分别为：H1=18.8m，H2=27.4m。
试求：（1）画出潜水面；（2）流入每条河中的流量及潜水位的最大高度；（3）分析该潜水含水层中有无Dupuit假定不成立的区域，为什么？4.在砂砾石潜水含水层中，沿流向打两个钻孔（A和B），孔间距l=577m，已知其水位标高HA=118.16m，HB=115.16m，含水层底板标高为106.57m。
地下水动力学习题及复习资料
《地下水动力学》习题集第一章渗流理论基础一、解释术语1. 渗透速度：又称渗透速度、比流量，是渗流在过水断面上的平均流速。
它不代表任何真实水流的速度，只是一种假想速度。
记为v，单位m/d。
2. 实际速度：孔介质中地下水通过空隙面积的平均速度；地下水流通过含水层过水断面的平均流速，其值等于流量除以过水断面上的空隙面积，量纲为L/T。
记为_ u。
3. 水力坡度：在渗流场中，大小等于梯度值，方向沿着等水头面的法线，并指向水头降低方向的矢量。
4. 贮水系数：又称释水系数或储水系数，指面积为一个单位、厚度为含水层全厚度M的含水层柱体中，当水头改变一个单位时弹性释放或贮存的水量，无量纲。
m* = ms M。
5. 贮水率：指当水头下降（或上升）一个单位时，由于含水层内骨架的压缩（或膨胀）和水的膨胀（或压缩）而从单位体积含水层柱体中弹性释放（或贮存）的水量，量纲1/L。
ms = rg (a+nb)。
6. 渗透系数：也称水力传导系数，是表征岩层透水性的参数，影响渗透系数大小的主要是岩石的性质以及渗透液体的物理性质，记为K。
是水力坡度等于1时的渗透速度。
单位：m/d或cm/s。
7. 渗透率：表征岩层渗透性能的参数；渗透率只取决于岩石的性质，而与液体的性质无关，记为k。
单位为cm2或D。
8. 尺度效应：渗透系数与试验范围有关，随着试验范围的增大而增大的现象，K=K(x)。
9. 导水系数：是描述含水层出水能力的参数；水力坡度等于1时，通过整个含水层厚度上的单宽流量；亦即含水层的渗透系数与含水层厚度之积，T=KM。
它是定义在一维或二维流中的水文地质参数。
单位：m2/d。
二、填空题1．地下水动力学是研究地下水在孔隙岩石、裂隙岩石和岩溶岩石中运动规律的科学。
通常把具有连通性的孔隙岩石称为多孔介质，而其中的岩石颗粒称为骨架。
多孔介质的特点是多相性、孔隙性、连通性和压缩性。
2．地下水在多孔介质中存在的主要形式有吸着水、薄膜水、毛管水和重力水，而地下水动力学主要研究重力水的运动规律。
水力学习题答案
第一章 绪论1-1．20℃的水2.5m 3，当温度升至80℃时，其体积增加多少 [解] 温度变化前后质量守恒，即2211V V ρρ= 又20℃时，水的密度31/23.998m kg =ρ 80℃时，水的密度32/83.971m kg =ρ 321125679.2m V V ==∴ρρ 则增加的体积为3120679.0m V V V =-=∆1-2．当空气温度从0℃增加至20℃时，运动粘度ν增加15%，重度γ减少10%，问此时动力粘度μ增加多少（百分数） [解] 原原ρννρμ)1.01()15.01(-+==Θ原原原μρν035.1035.1==035.0035.1=-=-原原原原原μμμμμμΘ此时动力粘度μ增加了%1-3．有一矩形断面的宽渠道，其水流速度分布为μρ/)5.0(002.02y hy g u -=，式中ρ、μ分别为水的密度和动力粘度，h 为水深。
试求m h 5.0=时渠底（y =0）处的切应力。
[解] μρ/)(002.0y h g dydu-=Θ)(002.0y h g dydu-==∴ρμτ 当h =，y =0时)05.0(807.91000002.0-⨯⨯=τPa 807.9=1-4．一底面积为45×50cm 2，高为1cm 的木块，质量为5kg ，沿涂有润滑油的斜面向下作等速运动，木块运动速度u=1m/s ，油层厚1cm ，斜坡角 （见图示），求油的粘度。
[解] 木块重量沿斜坡分力F 与切力T 平衡时，等速下滑yuATmgddsinμθ==001.0145.04.062.22sin8.95sin⨯⨯⨯⨯==δθμuAmgsPa1047.0⋅=μ1-5．已知液体中流速沿y方向分布如图示三种情况，试根据牛顿内摩擦定律yuddμτ=，定性绘出切应力沿y方向的分布图。
[解]1-6．为导线表面红绝缘，将导线从充满绝缘涂料的模具中拉过。
已知导线直径0.9mm，长度20mm，涂料的粘度μ=．s。
水力学各章习题..
第1章绪论一、选择题1．按连续介质的概念，流体质点是指（）A .流体的分子； B. 流体内的固体颗粒；C . 无大小的几何点；D. 几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微元体。
2．作用在流体的质量力包括（）A. 压力；B. 摩擦力；C. 重力；D. 惯性力。
3．单位质量力的国际单位是：（）A . N ；B. m/s；C. N/kg；D. m/s2。
4．与牛顿内摩擦定律直接有关系的因素是（）Ａ. 切应力和压强； B. 切应力和剪切变形速率；C. 切应力和剪切变形。
5．水的粘性随温度的升高而（）A . 增大；B. 减小；C. 不变；D，无关。
6．气体的粘性随温度的升高而（）A. 增大；Ｂ. 减小；Ｃ. 不变；D，无关。
7．流体的运动粘度υ的国际单位是（）Ａ. m2/s ；B. N/m2；C. kg/m ；D. N·s/ｍ28．理想流体的特征是（）Ａ. 粘度是常数；B. 不可压缩；C. 无粘性； D. 符合pV=RT。
9．当水的压强增加１个大气压时，水的密度增大约为（）Ａ. 200001；Ｂ. 100001；Ｃ. 40001。
10．水力学中，单位质量力是指作用在（）Ａ. 单位面积液体上的质量力；Ｂ. 单位体积液体上的质量力；Ｃ. 单位质量液体上的质量力；Ｄ. 单位重量液体上的质量力。
11．以下关于流体粘性的说法中不正确的是（）Ａ. 粘性是流体的固有属性；Ｂ. 粘性是在运动状态下流体具有抵抗剪切变形速率能力的量度Ｃ. 流体的粘性具有传递运动和阻滞运动的双重作用；Ｄ. 流体的粘性随温度的升高而增大。
12．已知液体中的流速分布µ－y Ａ.τ＝０；Ｂ.τ＝常数； Ｃ. τ＝ky 13 Ａ. 液体微团比液体质点大；Ｂ. Ｃ. 14．液体的汽化压强随温度升高而（ Ａ. 增大； Ｂ. 减小；Ｃ. 不变；15．水力学研究中，为简化分析推理， Ａ. 牛顿液体模型； Ｂ. 体模型；Ｅ. 连续介质模型。
地下水动力学习题及答案培训讲学
习题二 裘布依微分方程的应用1．在均质、各向同性的岩层中，地下水为稳定的二维流动，且无入渗、无蒸发(W=0)。
试判断下列两图(习题6—1图a 、b)的水头线形状是否正确?并用裘布依微分方程()dH dH q Kh Q KA dS dS =-=-或证明。
2．以下各图(习题6—2图)所示的含水层均为无入渗、无蒸发(W=0)的二维稳定流动。
岩层为均质各向同性。
试根据裘布依微分方程和水流连续性原理证明两钻孔间的水头线形状．并诈确地绘在图卜(标明是凹形、凸形或直线)。
3．如习题6—3图a 、b 所示为均质、各向同性的承压含水层，厚度沿流向变化(见习题6—3图a 中的l 、3、5段分别为等厚含水层，且1、5段的厚度相等)，地下水为稳定的二维流动。
试应用习题6—2相同的原理，正确地画出承压含水层的水头线，并标明形状(凹形、凸形或直线)。
习题三 均匀稳定入渗的潜水二维流动1．某水库区经过水文地质工作后，得到如习题7—1图所示的水文地质剖面图(均质、稳定的二维流)，已知河l 水位H 1=40m,河2水位H 2=35 m ，水平隔水底板的标高Z=20m ，孔3的水位H 3=41.28m 。
河间地段长度l=1 000m ，孔3至河l 距离l 1=l00m 。
(1)如在河1修建水库并蓄水至库水位H ，1=5000 m ，该水库是否会向邻谷渗漏?(渗透系数K 值和入渗强度W 未知，假定大气降水入渗强度是均匀和稳定的)(2)若K=10 m ／d ，问水库与地下水问的补给量为多少?(3)若入渗停止，水库是否会渗漏?若渗漏，求其渗漏量。
2．习题7一l图所示的河间地块，河l蓄水后H，1远大于河2水位H2.有人说：该河问地块若无人渗补给，水库一定向河2渗漏；但若有入渗补给，则水库就不会向河2渗漏，你认为这句话正确吗?3．习题7—1图条件下，若存在分水岭，试说明分水岭处断面的水力特征(水力梯度，通过该断面的流量等)。
用水均衡法推导出计算分水岭位置的公式。
水动力学及习题经典讲解
§3.1 流体运动的描述方法
✓ 研究流体流动的两种方法：拉格朗日法和欧拉法
• 拉格朗日法 ——以研究单个液体质点的运动过程作为 基础，综合所有质点的运动，构成整个液体的运动。
• 拉格朗日方法（lagrangian method）是以流场中每一流 体质点作为描述对象的方法，它以流体个别质点随时 间的运动为基础，通过综合足够多的质点（即质点系 ）运动求得整个流动。——质点系法
流线能反映瞬时的流动方向 流线不能相交，不能为折线。
流线的性质：
a.同一时刻的不同流线，不能相交。因为根据
流线定义， 在交点的液体质点的流速向量 应同时与这两条流线相切，即一个质点有两个 速度向量，这显然矛盾的、不成立的。
b.流线不能是折线，而是一条光滑的曲 线。因为流体是连续介质，各运动要素 是空间的连续函数。
• 若水箱中的水位就逐渐下降，水箱和管道同一点流体质点的压强和速 度都逐渐减小，流股的形状（虚线）也逐渐向下弯曲。因此，在非恒 定流动中，运动流体中任一点流体质点的流动参数(压强和速度等)随
时间而变化，当地加速度和迁移加速度都不为零。
在水位恒定的情况下：
（1）由于AA′段是等径管，流体流经AA′段不存在
• 加速度分量可写为
➢ 由于流体质点的运动轨迹非常复杂，而实用上也无 须知道个别质点的运动情况，所以除了少数情况（如 波浪运动）外，在工程流体力学中很少采用拉格朗日 法。
• 欧拉法（Euler method）是以流体质点流经流场中各空间点 的运动即以流场作为描述对象研究流动的方法——流场法。
• 它不直接追究质点的运动过程，而是以充满运动液体质点的 空间——流场为对象。
时变加速度和位变加速度。
（2）由于BB′段之间是变径管，流体流经BB′段不
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
由于流体质点的运动轨迹非常复杂，而实用上也无 须知道个别质点的运动情况，所以除了少数情况（如 波浪运动）外，在工程流体力学中很少采用拉格朗日 法。
在的空间位置坐标，称为拉格朗日变
（t0）
量。
O M （a，b，c）
x
uxu(a,b,c,t) t
vyv(a,b,c,t) t
y
液体质点在任意时刻的速度。
wzw(a,b,c,t) t
其u 中 u x,v ： u y,w u z
• 加速度分量可写为
u 2x(a,b ,c,t) axax(a,b ,c,t) t t2
• 拉格朗日方法是跟随流体质点的研究方法，它关注的 是每个质点的具体历程。
x x(a,b,c,t) 空间坐标： y y ( a , b , c , t )
z z(a,b,c,t)
若给定a，b，c，即为某一质点的运 动轨迹线方程。
z (t)
其中：a，b，c为t=t0起始时刻质点所
M/（x，y，z）
（3）注意 a.在非恒定流情况下，流线的位置随时间而 变；流线与迹线不重合。 b.在恒定流情况下，流线的位置不随时间而 变，且与迹线重合。
c.在非恒定流情况下，位变加速度（迁移加 速度）与时变加速度（局地加速度）都不为 零。 d.在恒定流情况下，时变加速度（局地加速 度）为零，位变加速度（迁移加速度）可以 不为零。
水动力学及习题
本章主要介绍与液体运动有关的基本概念及液体运 动所遵循的普遍规律并建立相应的方程式。
主要内容包括： 描述液体运动的两种方法 欧拉法的若干基本概念 恒定一元流的连续性方程式 实际液体恒定总流的能量方程式 能量方程式的应用举例 实际液体恒定总流的动量方程式 恒定总流动量方程式的应用举例
§3.1 流体运动的描述方法
研究流体流动的两种方法：拉格朗日法和欧拉法
• 拉格朗日法 ——以研究单个液体质点的运动过程作为 基础，综合所有质点的运动，构成整个液体的运动。
• 拉格朗日方法（lagrangian method）是以流场中每一流 体质点作为描述对象的方法，它以流体个别质点随时 间的运动为基础，通过综合足够多的质点（即质点系） 运动求得整个流动。——质点系法
ax
dux(x, y, z,t) dt
ay
dv(x, y,z,t) dt
az
dw变数， ？ 若t 为常数， x，y，z为变数， ？ 若针对一个具体的质点，x，y ，z ，t均为
变数，且有 x（t），y （t） ，z （t） ，
质点通过流场中任意点的加速度
！流线能反映瞬时的流动方向 流线不能相交，不能为折线。
流线的性质：
a.同一时刻的不同流线，不能相交。因为根据
流线定义， 在交点的液体质点的流速向量 应同时与这两条流线相切，即一个质点有两个 速度向量，这显然矛盾的、不成立的。
b.流线不能是折线，而是一条光滑的曲 线。因为流体是连续介质，各运动要素 是空间的连续函数。
• 欧拉法（Euler method）是以流体质点流经流场中各空间点 的运动即以流场作为描述对象研究流动的方法——流场法。
• 它不直接追究质点的运动过程，而是以充满运动液体质点的 空间——流场为对象。
• 研究各时刻质点在流场中的变化规律。将个别流体质点运动 过程置之不理，而固守于流场各空间点。通过观察在流动空 间中的每一个空间点上运动要素随时间的变化，把足够多的 空间点综合起来而得出的整个流体的运动情况。
• 流场运动要素是时空（x,y,z,t）的连续函数
pp(x,y,z,t)
uu(x,y,z,t)
vv(x,y,z,t)
ww(x,y,z,t)
x，y，z，t 称为欧拉变数 （量）
z
t 时刻
M （x，y，z） O
x
在工程流体力学中多采用欧拉法。
y
u u(x, y, z,t) v v(x, y, z,t) w w(x, y, z,t)
欧拉加速度 质点的加速度（流速对时间求导）由两部分组成： （1）时变加速度（当地加速度）（local acceleration）——流 动过程中流体由于速度随时间变化而引起的加速度； （2）位变加速度（迁移加速度）（connective acceleration）— —流动过程中流体由于速度随位置变化而引起的加速度。 由于位置又是时间t的函数，所以流速是t的复合函数，对流速 求导可得加速度:
a xd d u t u t u xd d x t u yd d y t u zd d z tut uuxvu ywuz
ay vtu xvv yvw vz az w tu w xv w yw w z
c.流线簇的疏密反映了速度的大小（流 线密集的地方流速大，稀疏的地方流速 小）。因为对不可压缩流体，元流的流 速与其过水断面面积成反比。
2、恒定流和非恒定流 （1）恒定流（steady flow）：又称定常流，是指流场中的空 间点上各水力运动要素均不随时间而变化。
对于恒定流来说：
三者都等于0。
等号右边第一项是时变加速度（局地加速度）；后三项 是位变加速度（迁移加速度）。
为什么？
§3.2 流体流动的基本概念 1、迹线与流线
迹线(path line)某一质点在某一时段内的运动 轨迹线。图中烟火的轨迹为迹线。
流线（stream line）是表示某一瞬时流场中各 空间点上流体质点的流动趋势的曲线，曲线上 任一点的切线方向与该点的流速方向重合。图 为流线谱中显示的流线形状。
注意: 严格的恒定流只可能发生在层流，在紊流中，由于流 动的无序，其流速或压强总有脉动，但若取时间平均流速 （时均流速）U(或V)，若其不随时间变化，则认为该紊流 为恒定流。
（2）非恒定流（unsteady flow）：又称非定常流，是指流 场中的流体流动空间点上各水力运动要素中，只要有任何一 个随时间的变化而变化的流动。