水力学
水力学
1、水力学的研究方法：1、理论分析方法2、实验方法3、数值计算法2、所谓作用在液体上的力，即作用在隔离体上的外力。
按力的物理性质区分可有粘结力、重力、惯性力、弹性力和表面张力等，按力的作用特点区分可有质量力和表面力两类。
3、重力液体的等压面是与重力加速度g互相垂直的曲面。
4、压强的单位有三种表示方法：1、用单位面积上的力表示2、用液柱高度表示3、用工程大气压P a的倍数表示5、绝对压强：以绝对真空作起算零点的压强，以P abs表示6、相对压强：以工程大气压Pa做起算零点的压强，以Pr表示7、真空值：P abs<P a时，P a--P abs即大气压强与绝对压强的差值，称为真空值，以P v表示7、水静力学基本方程的几何意义，水力学意义：Z + p / r = CZ：计算点的位置高度，即计算点距计算基准面的高度；水力学中称为位置水头P / r：称为压强高度，即测压管中水面至计算点的高度；水力学中称为压强水头Z + p / r ：计算点处测压管中水面距计算基准面的高度。
当p=pr时（pr为相对压强），水力学中称为测管水头，当p=p abs时（p abs为绝对压强），水力学中称为静力水头Z + p / r = C：静止液体中各点位置高度与压强高度之和不变。
水力学意义为静止液体中各点测管水头或静力水头相等8、点压强的测量装置：1、测压管2、水银测压计3、低压测压计4、水银压差计5、金属压力表9、描述液体运动的两种方法：1、拉格朗日法2、欧拉法10、流线：同一时刻与流场中各点运动速度矢量相切的曲线11、流谱：一系列流线来描绘流场中的流动状况，由此构成的流线图称为流谱12、流管：在流场中取一封闭的几何曲线，在此曲线上各点作流线则可构成一管状流面13、流股：流管内的液流14、过水断面：垂直于流线簇所取的断面15、恒定流：运动要素不随时间变化的流动。
运动要素随时间变化的流动称为非恒定流。
16、均匀流：流线簇彼此呈平行直线的流动称为均匀流。
水力学知识点总结
水力学知识点总结1. 水的基本性质水是自然界中非常重要的物质，它具有一系列独特的物理、化学性质。
如水的密度、粘度、表面张力等重要性质对水力学研究有着重要的影响。
2. 水动力学水动力学是研究流体的运动规律及其与物体之间的相互作用的科学。
水动力学是水力学的基础，分为静水力学和流体力学。
静水力学研究静止的流体，而流体力学则研究流体的运动。
3. 流体静力学流体静力学是研究静止流体中的压力、浮力和力的平衡问题。
在水力学中，流体静力学主要用于水库、坝体等结构的压力分析。
4. 流体动力学流体动力学是研究流体运动及其产生的压力、阻力以及对物体的作用力。
在水力学中，流体动力学主要应用于河流、渠道等流体动力学性质的研究。
5. 流态力学流体力学是研究流体运动状态与性质的学问。
在水力学中，流态力学主要应用于分析水流的速度、流量、流向、涡流情况等。
6. 水流的稳定性水流的稳定性是水力学中的重要概念，它指的是水体流动时所产生的稳定的流态特性，包括流态的平稳性、安定性和可操作性等。
7. 水力工程水利工程是利用水资源进行灌溉、供水、发电等利用的工程。
水利工程设计要考虑水力学的各种知识，如水流的稳定性、水利工程的结构和设备等方面。
8. 水道工程水道工程是为了改善河流、渠道等水道的通航、排涝等目的的工程项目。
在水道工程设计中，水力学知识对水流速度、水位变化、水力坡等方面有着重要影响。
9. 水电站在水力学中，水电站是一个重要的应用领域。
水力功率的计算、水轮机的设计、水库的水位控制等都需要水力学知识。
10. 河流水文学河流水文学是研究河流的水文特性、水位变化规律、涨落情况等方面的科学。
水文学是水力学中应用最广泛的一个分支，水利工程、水资源评价等方面都需要水文学的知识。
11. 液压机械液压机械是以流体静力学和流体动力学的理论为基础，利用液体作为传动介质的机械装置。
水力学的理论基础对液压机械的设计、制造和使用都有着重要的影响。
12. 水资源评价水力学的知识还被应用于水资源评价领域，通过水文学、水文模型等方法来评价水资源的分布、利用、保护等问题。
水力学常用计算公式
水力学常用计算公式水力学是研究液体流动的力学学科，其中包含了一系列常用的计算公式。
以下是一些水力学常用计算公式的介绍：1.流速计算：流速是流体通过一个截面的体积流量与该截面的面积之比。
常用的流速计算公式有：-海明公式：V=K*R^2/3*S^1/2，其中V表示流速，K为常数，R为液体通过管道、河道等的湿周长度，S为这段的坡度。
-曼宁公式：V=K*R^(2/3)*S^(1/2)，其中V表示流速，K为摩擦系数，R为水流断面湿周和湿径的比值，S为水流的坡度。
2.流量计算：流量指的是单位时间内流经其中一截面的液体体积，常用的流量计算公式有：-面积乘以流速：Q=A*V，其中Q表示流量，A为液体流动截面的面积，V为流速。
-引伯定理：Q=Cd*A*dH^1/2，其中Q表示流量，Cd为管道或孔洞的流量系数，A为流动截面的面积，dH为压力差。
3.湿周计算：湿周是液体通过管道、河道等截面时湿润的周边长度，常用的湿周计算公式有：-圆形截面的湿周：P=π*D，其中P表示湿周，π为圆周率，D为圆的直径。
-矩形截面的湿周：P=2*(L+H)，其中P表示湿周，L为矩形的长，H 为矩形的高。
-圆形管道的湿周：P=π*D，其中P表示湿周，π为圆周率，D为管道的直径。
4.重力控制流量计算：重力控制流量是指由重力作用下，液体流经管道、河道等截面时的流量。
-拉金方程：v=C*(2g*H)^1/2，其中v表示流速，C为拉金系数，g为重力加速度，H为压力头。
5.水头计算：水头是流体流动过程中的压力能。
常用的水头计算公式有：-静水头：H=h+P/ρg+V^2/2g，其中H表示总水头，h为液面高度，P 为压力，ρ为液体密度，g为重力加速度，V为速度。
-压力头：P/ρg，其中P为压力，ρ为液体密度，g为重力加速度。
-速度头：V^2/2g，其中V为速度，g为重力加速度。
以上只是水力学中一些常用的计算公式，还有很多其他的公式在不同的具体问题中也会使用到。
生活中的水力学原理
生活中的水力学原理
生活中常见的水力学原理包括：
1. 流体静力学：涉及静止液体的压力和密度分布。
例如，一个水桶中的水在底部会受到更高的压力，因为上面的水柱会给予更大的压力。
2. 流体动力学：涉及流体的运动和速度分布。
例如，当你打开水龙头时，水从水管中流出，并具有特定的速度和压力。
3. 流体的连续性方程：涉及流体在管道或河流中的流动。
根据该原理，狭窄的管道中的流体速度会增加，而宽阔的管道中的流体速度会减小。
4. 波动理论：涉及波浪的传播和干涉现象。
例如，当你扔一块石头进入水中时，会产生水波，并通过波幅和频率来描述。
5. 流体阻力：涉及流体运动时产生的阻力。
例如，当你在游泳时，水对你的身体施加阻力，需要你用力划动才能前进。
这些水力学原理在我们日常生活中起着重要作用，涉及到我们使用水的各个方面，包括自来水供应、建筑工程、水流测量、渠道工程等。
水力学教学大纲
水力学教学大纲
一、课程概述
水力学是土木工程中的一门重要学科，主要研究水的运动规律
及其对各种工程结构和自然环境的影响。
本课程旨在通过系统地介
绍水力学的基本理论、计算方法和实践应用，培养学生在工程实践
中运用水力学理论进行分析和设计的能力。
二、教学目标
1. 理解水的运动规律及其在工程中的应用。
2. 熟悉水力学基本概念和影响水流的因素。
3. 能够应用水力学理论解决工程实际问题。
4. 培养学生分析和解决水力学问题的能力。
三、教学内容
1. 水力学基础知识
- 水流基本性质：流速、流量、压力等概念及其测量方法。
- 流动方程：连续性方程、动量方程和能量方程的推导和应用。
- 流动状态：定常流动和非定常流动的概念和分析方法。
2. 水力学实验室
- 水流测量实验：流量计测量、流速测量和压力测量实验。
- 进水和排水实验：水泵、水坝和排水管道等实验。
- 水力力学实验：水力学模型的设计、搭建和测试。
3. 水理计算方法
- 水流管道计算：水流压力和流量的计算方法。
- 水流阻力计算：临界流速、流态转变和水流阻力公式的应用。
- 水尺控制计算：水流调节和水位控制的计算方法。
4. 应用案例分析
- 水力工程案例：水电站、水坝和水渠工程的水力学问题分析。
- 自然界水力学现象：洪水、地下水流和波浪等自然界中的水
力学问题。
- 环境水力学：水资源利用和环境保护中的水力学应用。
四、教学方法。
水力学主要知识点课件
水洞实验的主要设备包括水洞、水泵、压力计、速度测量仪等。
实验步骤
首先，开启水泵，使水流通过水洞并测量相关参数；然后，根据 测量结果计算水流的动力学特性和水力性能。
压力管实验基础
实验原理
压力管实验是通过测量压力管中的压力、流量等参数，研究水流 的压力变化和能量损失。
实验设备
压力管实验的主要设备包括压力管、水泵、流量计、压力计等。
实验设备
水槽实验的主要设备包括水槽、水泵、流量计、压力计、速度测量 仪等。
实验步骤
首先，将水槽中的水抽至一定高度，然后开启水泵，使水流通过实验 设备并测量相关参数；最后，根据测量结果计算水力学参数。
水洞实验基础
实验原理
水洞实验是通过测量水洞中的水流状态、压力等参数，研究水流 的动力学特性和水力性能。
现代水力学
20世纪中叶至今，水力学 研究领域不断扩大，涉及 水资源的开发、利用、保 护和管理等方面。
水力学的研究对象和任务
研究对象
水流的运动规律、水与边界的相 互作用以及水对物体的作用力等。
研究任务
为水利工程、土木工程、环境工 程等领域的实际应用提供理论支 持和设计依据。
水力学的应用领域
土木工程
实验步骤
首先，开启水泵，使水流通过压力管并测量相关参数；然后，根据 测量结果计算水流的压力变化和能量损失。
THANKS。
桥梁、隧道、港口、机场等工 程设施的水力学问题分析和设 计。
自然地理
研究地球上水的循环、河流、 湖泊和海洋的动力学特征。
水利工程
水库、水电站、堤防等水利设 施的设计、建设和运行管理。
环境工程
水污染控制、水资源保护、城 市排水和洪水控制等环境水力 学问题。
水力学重点
复习总结（标红或划线的需记住）0 绪论一、概念1、水力学：用实验和分析的方法，研究液体机械运动（平衡和运动）规律及其实际应用的一门科学。
2、密度和容重：ρ=V M γ=V Mgγ=ρg 纯净水1个标准大气压下，1atm 4℃时密度最大 ρ水=1000kg /m 3 γ水=9.80kN/m 3ρ水银=13.6×103 kg /m 3（1atm20℃） 1N=1kg m/s 2容重γ的概念一般新教材中多已不引用，但工程中仍采用，本教案中仍采用，3、粘滞性：液体质点抵抗相对运动的性质。
粘滞性是液体内摩擦力存在的表现，是液体运动中能量产生损失的根本原因。
4、理想液体：不考虑粘滞性、压缩性、热涨性、表面张力性质的液体称为理想液体。
τ=ηdydu 或T=ηAdyduη动粘 [ML -1T -1] Pa.s (帕.秒) 1 Pa=1N/m 2 1N=1kg ²m/s 2ν运粘 [L 2T -1] m 2/sν=η/ρ水的经验公式：ν=2000221.00337.0101775.0tt ++公式中ν单位为cm 2/s ，t 为水温℃。
5、连续介质模型：假定液体质点毫无空隙地充满所占空间，描述液体运动物理量（质量、速度、压力等）是时间和空间的连续函数，因而可用连续函数的分析方法来研究，这种假定对解决一般工程实际问题是有足够的精度的。
6、压缩性 一般不考虑热膨胀性 流动性二、 问题1、 牛顿内摩擦定律简单应用；2、 作用于液体上的力：质量力、表面力；3、 水力学研究方法：理论分析、科学试验、数值模拟4、 水力学应用（水利工程）：1）确定水力荷载2）确定水工建筑物过水能力（管、渠、闸、堰 ） 3）分析水流流动形态4）确定水流能量消耗和利用 5）水工建筑物水力设计1 水静力学一、概念1、静水压强：p =AP A ∆∆→∆0lim=dAdP2、等压面：均质连通液体中，压强各点相等的点构成的面称为等压面。
水 力 学 绪论
模型试验
当实际水流运动复杂，而理论分析困 难，无法解决实际工程的水力学问题时采 用。
指在实验室内，以水力相似理论为指 导，把实际工程缩小为模型，在模型上预 演相应的水流运动，得出模型水流的规律 性，再把模型试验成果按照相似关系换算 为原型的成果以满足工程设计的需要。
系统试验
在实验室内，小规模的造成某种水 流运动，用已进行系统的实验观测，从 中找到规律。
水
力
学
的
主
要
任 务
3.分析水流流动的形态。譬如修建一栏 河坝形成水库，需要计算上游河道中水
面的壅水长度，从而计算淹没范围，这
些都需要掌握水流的运动规律。
4.水能利用和消能问题。
水 力
供水系统中
学 的水箱、水塔
的 主 要
都建的很高， 根据能量方程
任 将位能或压能
务 转化为动能。
当水流从泄水孔泄到下游时，由于具
液体中的一切物理量都可以视为空 间坐标和时间的连续函数，因此可采用 连续函数的分析方法。
长期的生产和科学实验证明：利 用连续介质假定所得出的有关液体运 动规律的基本理论与客观实际是十分 符合的。
§0.3 液体的主要物理性质
➢ 惯性、质量与密度 ➢ 万有引力特性、重力与容重 ➢ 粘滞性 ➢ 压缩性 ➢ 表面张力
du dy
称为流速梯度，
是单位面积上的内摩擦力（切应力）。
作层流运动的液体，相互邻近层间单位面积
上所作用的内摩擦力（或粘滞力），与流速梯 度成正比，同时与液体的性质有关。
d tan( d ) dudt
dy
du d
dy dt
d
dt
液体的粘滞切应力与剪切变形速度成正比。
粘度
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五思考题
5—] 试定性分所收缩系数的大小对孔口、管嘴出流流速和流量的影响。
5—2 等径孔口和管嘴，在相同作用水头下、两者的出口流速和流量有什么关系?
5—3 相同作用水头下，孔口或管嘴的自由出流和淹没出流有什么异同？
5 4 为什么淹没出流时孔口没有大小孔之分?
5—5 短管和长管有何区别？
5—6 分析相同作用水头下，短管自由出流和淹没出流时管中流最关系和相应点的压强关系。
5—7 如图5—25所示的两根相同短管1．2，若上游水位恒定．下游水位分别为A．B，问在这三种情况下两管中的流量关系怎件？
5—8 则分析两根并联管道水力坡度相等的条件及流量相等的条件。
5—9 如图5—26所示，水箱水位恒定，正常工作时流量分别为Q1、Q2、Q3，若关小阀门K，试问Q 2，Q2，Q3将如何变化?
5—10 试问管网的控制点足否地势最高或离水源最远?
习题
5—1容器器壁上开有直径为20 mm的圆形孔口，在恒定作用水头H=0.8m作用下，测
得流量为0.772L/s ，试求孔口的流量系数。
5—2 如图5—27所示平底驳船．船舷高度h=1m 。
船自重
9.81KN ，船身水平截面积为82
m ,现船底高一破孔直径为100
Mm,孔口流量系数为0.60。
问多长时间后船将沉没(不计舱壁
厚度)
5—3 如图5-28所示，为使水均匀进入沉淀池，在池子进口设穿口强。
穿口强上开有边长为80mm 的方形孔14个，总流量为110/L S ，不计墙后及孔间相互影响，若流量系数为0.62，求穿孔墙前后的水位差。
5-4如图5-29所示，水库有三个水平底孔放水。
孔口直径d=0.2m ，三个孔上水深分别为2.2m 、2.4m 和2.6m ，流量系数为0.060。
试求总泄流量。
（不计底板厚度）
5-5 作用水头恒为2m ，直径20mm 的薄壁小孔口，流量系数为0.62；相同条件下在孔口处接一圆柱形外伸管嘴，管嘴直径为29mm ，流量系数为0.82，试求孔口流量H Q ，管嘴流量V Q 及自有出流时管嘴内的真空度v
P 。
5-6 某管嘴作用水头2.8m，管嘴直径0.5m，泄水流量为1.368H3m，试求该管嘴的流量系数。
5-7某管嘴作用水头6m，出流流量123/
m s，已知流量系数为0.98，求管嘴直径。
5-8 如图5-30 所示水箱，用薄隔板分成A、B两室，隔板上开一直径40mm的孔口；在B室底部设一圆柱形外管嘴，直径为30mm。
已知h=0.5m，H=3m，水流为恒定出流，管嘴流量系数为0.82，孔口流量系数为0.62.试求AB两室的水位差H
∆及水箱出流流量Q。
5-9 如图5-31 所示，水箱向水池供水。
已知管径d=100mm，管长L=80m，两个闸阀
全开ζ
阀=0.12，四个相同的0
90弯头，ζ
弯
=-0.48，水箱进口ζe=0.5，管道沿程阻力系
数0.03
λ=，水塔作用水头H=2.6m，水池有效容积103m。
求恒定供水时充满水池所需时间。
5-10 如图5-32所示，长1L =20m ，直径1d =100mm 的管道，将水自水库引至水池。
再用长2L =100m ，直径2d =50mm 的管道使水自水池自有出流。
已知H=10m,闸门局部阻力系数ζ阀=3，两进口ζ进=0.5，进入水池的管道局部阻力系数ζ=1.0，两根管道沿程阻力系数均为0.03.试求恒定流时流量Q 及水池与水库的水位差H。