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《水力学基础》各章重要知识点
《水力学基础》各章重要知识点一、绪论1.液体的力学特性2.密度与容重，水力计算中的取用值情况3.粘滞性，影响粘性的主要因素4.理想液体与实际液体二、水静力学1.静水压强的特性2.静力学基本方程及各项含意3.压强的单位，相互之间如何换算4.绝对压强与相对压强5.水力意义上的“真空”6.压力式水位计的工作原理7.静水压强分布图、压力体8.静水总压力的计算三、水动力学基本原理1.流线2.过水断面、湿周、水力半径3.流量、断面平均流速4.恒定流与非恒定流、均匀流与非均匀流、渐变流与急变流、5.连线性方程、能量方程式的物理意义及应用6.利用能量方程式分析水流运动的动、势能转换。
7.水力坡度、水面坡度8.均匀流、非均匀渐变流过水断面上z +四、水流型态和水头损失1.水头损失的分类2.雷诺试验，层流与紊流，雷诺数3.紊流的特征4.沿程水头损失的计算5.局部水头损失的计算五、明渠恒定均匀流1.明渠的类型：顺坡、平坡与逆坡明渠；棱柱体明渠与非棱柱体明渠2.明渠均匀流的特性及产生条件3.明渠均匀流的计算公式及水力计算4.明渠均匀流中各水力因素间的变化关系5.水力最佳断面六、明渠恒定非均匀流1.明渠水流的缓流与急流流态及其特征2.佛汝德数3.临界水深及主要影响因素4.临界底坡、缓坡与陡坡p γ=c5.水跌现象与水跃现象6.河渠水面线计算的基本思路7.弯道水流特点七、明渠非恒定渐变流明渠非恒定流的基本特性八、泄水建筑物过水流量的计算1.堰流与闸孔出流的异同点2.堰流的分类3.利用堰闸测流的基本思路。
水力学--主要知识点
第5章 明渠恒定均匀流 （一）明渠恒定均匀流 1. 均匀流特征： （1）水深，底坡沿程不变 （过水断面形状尺寸不变）
（2）断面平均流速沿程不变 （3）三线平行J = Jz= i (总水头线、水面线、渠底) 2. 均匀流形成条件：恒定流，长直棱柱体渠道，正坡渠道，糙率沿程不变
第6章 明渠恒定非均匀流 明渠水流的流态和判别 1.明渠水流三种流态：
其中 z—位置水头，p/ρg—压强水头，z+ p/ρg—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pv, 它们之间的关系为：p= p′-pa pv=│p│（当p＜0时pv存在） 相对压强:p=ρgh 可以是正值，也可以是负值。。 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。 静水总压力的计算 1)平面壁静水总压力
3. 圆管层流流动 (1)断面流速分布特点 ：抛物型分布，不均匀
(2) 沿程阻力系数： 64 层流流动的沿程水头损失Re系数λ只是雷诺数的函数，而且与雷诺数成 反比。 4. 紊流运动特性 紊流的特征—液层间质点混掺，运动要素的脉动 紊流内部存在附加切应力： 紊流边界有三种状态：
紊流中：当Re较小 ＜ 0.3 水力光滑
合力方向：α=arctg Pz
Px
第2章 液体运动的流束理论 1. 流线的特点:反映液体运动趋势的图线
流线的特征:流线不能相交；恒定流流线形状位置不变；恒定流 迹 线和流线重合。
2 .流动的分类:
液
非恒定流 均匀流
流 恒定流
非均匀流 渐变流
水力学基础知识
水力学基础知识
一、基本概念
流体
是液体和气体的总称 是由大量的、 是由大量的、不断地作热运动而且无固定平衡 位置的分子构成的， 位置的分子构成的，它的基本特征是没有一定 的形状和具有流动性
一、基本概念
1 连续介质假设
流体是比分子大很多的，微观上充分大而宏 流体是比分子大很多的， 观上充分小的， 观上充分小的，可以近似地看成是几何上没有 维度的一个点的质点所组成， 维度的一个点的质点所组成，质点之间没有空 连续地充满流体所占有的空间。 隙，连续地充满流体所占有的空间。 将流体的运动作为由无数个流体质点所组成 的连续介质的运动， 的连续介质的运动，它们的物理量在时间或空 间上都是连续的
du τ =µ dy
2 流体的主要物理性质
粘性
运动粘度（ 运动粘度（Pa.s） ） 动力粘度(m2/s) 动力粘度
ν＝
u
ρ
2 流体的主要物理性质
压缩性和膨胀性 表面张力特性
在液体自由表面的分子作用半径范围内， 在液体自由表面的分子作用半径范围内，由于 分子引力大于斥力， 分子引力大于斥力，在表层沿表面方向产生张 力这种张力称表面张力
流动阻力
沿程阻力和局部阻力
能量损失
沿程损失和局部损失
3 沿程损失与切应力的关系式
均匀流基本方程
hf
τ 0l = γR
τ 0＝γRJ
适用于有压管流、明渠均匀流， 适用于有压管流、明渠均匀流，层流和紊流
3 沿程损失与切应力的关系式
沿程损失的普遍表示公式－ 沿程损失的普遍表示公式－达西公式
τ0 = λ
流束
流管内的流体
2 描述流体运动的基本概念
过流断面
沿流体流动方向，在流束上取一横断面， 沿流体流动方向，在流束上取一横断面，使它 在所有各点上都和流线正交。 在所有各点上都和流线正交。这一横断面称过 流断面。 流断面。
一、基本概念
流体
是液体和气体的总称 是由大量的、 是由大量的、不断地作热运动而且无固定平衡 位置的分子构成的， 位置的分子构成的，它的基本特征是没有一定 的形状和具有流动性
一、基本概念
1 连续介质假设
流体是比分子大很多的，微观上充分大而宏 流体是比分子大很多的， 观上充分小的， 观上充分小的，可以近似地看成是几何上没有 维度的一个点的质点所组成， 维度的一个点的质点所组成，质点之间没有空 连续地充满流体所占有的空间。 隙，连续地充满流体所占有的空间。 将流体的运动作为由无数个流体质点所组成 的连续介质的运动， 的连续介质的运动，它们的物理量在时间或空 间上都是连续的
du τ =µ dy
2 流体的主要物理性质
粘性
运动粘度（ 运动粘度（Pa.s） ） 动力粘度(m2/s) 动力粘度
ν＝
u
ρ
2 流体的主要物理性质
压缩性和膨胀性 表面张力特性
在液体自由表面的分子作用半径范围内， 在液体自由表面的分子作用半径范围内，由于 分子引力大于斥力， 分子引力大于斥力，在表层沿表面方向产生张 力这种张力称表面张力
流动阻力
沿程阻力和局部阻力
能量损失
沿程损失和局部损失
3 沿程损失与切应力的关系式
均匀流基本方程
hf
τ 0l = γR
τ 0＝γRJ
适用于有压管流、明渠均匀流， 适用于有压管流、明渠均匀流，层流和紊流
3 沿程损失与切应力的关系式
沿程损失的普遍表示公式－ 沿程损失的普遍表示公式－达西公式
τ0 = λ
流束
流管内的流体
2 描述流体运动的基本概念
过流断面
沿流体流动方向，在流束上取一横断面， 沿流体流动方向，在流束上取一横断面，使它 在所有各点上都和流线正交。 在所有各点上都和流线正交。这一横断面称过 流断面。 流断面。
绪论第二章水力学基础
绪论第二章水力学基 础
目录
• 水力学基本概念与原理 • 流体静力学原理及应用 • 流体动力学基础知识 • 黏性流体动力学原理 • 管路中水流运动特性分析 • 明渠恒定流与非恒定流研究
01
水力学基本概念与原理
水力学定义及研究对象
水力学定义
水力学是研究液体（主要是水） 在静止和运动状态下的平衡、变 形和流动规律的科学。
拉格朗日法得到的方程是常微分方程， 而欧拉法得到的方程是偏微分方程。
适用范围不同
拉格朗日法适用于质点数量较少、运 动较简单的情况；欧拉法适用于质点 数量较多、运动较复杂的情况。
连续性方程建立及其物理意义
建立过程
基于质量守恒定律，考虑流体微元体中质量的流入流出关系，得到连续性方程。
物理意义
连续性方程反映了流体运动中质量守恒的基本规律，即单位时间内流入和流出流体微元体的质量差等 于微元体内质量的变化率。
静止流体中压强分布规律
01
同一水平面上各点压强相等
在静止流体中，同一水平面上的各点压强相等，这是由于流体静压力是
垂直作用于流体元素上的，水平方向上没有压力差。
02
压强随深度增加而增大
在重力作用下，静止流体中的压强随深度的增加而增大。这是由于流体
柱的重量随深度的增加而增大，导致下方流体元素受到的压强增大。
04
黏性流体动力学原理
牛顿内摩擦定律及黏度概念
牛顿内摩擦定律
阐述流体内部相邻两层间内摩擦力与速 度梯度成正比的定律，即黏性流体的内 摩擦力大小与流体的性质有关，与相邻 两流层间的速度差和接触面积成正比， 而与接触面上的压力无关。
VSቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
黏度概念
衡量流体黏性大小的物理量，表示流体流 动时分子间内摩擦阻力的大小。黏度越大 ，流体流动时内摩擦力越大，流动阻力也 越大。
目录
• 水力学基本概念与原理 • 流体静力学原理及应用 • 流体动力学基础知识 • 黏性流体动力学原理 • 管路中水流运动特性分析 • 明渠恒定流与非恒定流研究
01
水力学基本概念与原理
水力学定义及研究对象
水力学定义
水力学是研究液体（主要是水） 在静止和运动状态下的平衡、变 形和流动规律的科学。
拉格朗日法得到的方程是常微分方程， 而欧拉法得到的方程是偏微分方程。
适用范围不同
拉格朗日法适用于质点数量较少、运 动较简单的情况；欧拉法适用于质点 数量较多、运动较复杂的情况。
连续性方程建立及其物理意义
建立过程
基于质量守恒定律，考虑流体微元体中质量的流入流出关系，得到连续性方程。
物理意义
连续性方程反映了流体运动中质量守恒的基本规律，即单位时间内流入和流出流体微元体的质量差等 于微元体内质量的变化率。
静止流体中压强分布规律
01
同一水平面上各点压强相等
在静止流体中，同一水平面上的各点压强相等，这是由于流体静压力是
垂直作用于流体元素上的，水平方向上没有压力差。
02
压强随深度增加而增大
在重力作用下，静止流体中的压强随深度的增加而增大。这是由于流体
柱的重量随深度的增加而增大，导致下方流体元素受到的压强增大。
04
黏性流体动力学原理
牛顿内摩擦定律及黏度概念
牛顿内摩擦定律
阐述流体内部相邻两层间内摩擦力与速 度梯度成正比的定律，即黏性流体的内 摩擦力大小与流体的性质有关，与相邻 两流层间的速度差和接触面积成正比， 而与接触面上的压力无关。
VSቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
黏度概念
衡量流体黏性大小的物理量，表示流体流 动时分子间内摩擦阻力的大小。黏度越大 ，流体流动时内摩擦力越大，流动阻力也 越大。
水力学基础知识.
（四）膨胀性
水的体积随水温升高而增大的性质为
水的膨胀性。
根据试验，10-20℃的水在常压下，水
温升高1℃，体积增加万分之一点五，
其体积变化较小。
（五）溶解性 溶质在水中的扩散称为溶解。物质能否在水 中溶解，与物质分子的极性有关。凡是由 极性分子或与水分子结构相似的分子组成 的物质均易溶于水，如食盐、糖等。与水 分子极性不同的物质不易溶于水或者不溶 于水，如：汽油、煤油、柴油等。
用水可以扑灭易溶于水的固体物质火灾； 用水可以扑救比水重且不溶于水的可燃液 体； 也可以稀释溶于水的可燃液体，使火灾得
到控制或扑灭。
（六）水的导电性
水的导电性能与水的密度、射流形式等有关。
水中含有杂质越多，电阻率越小，导电性
能越大。纯净水电阻率很大，为不良导体。
天然水源一般都含有各种杂质，因而被称
(三）水的冰点
纯净的水温度下降到0℃时，开始凝结成冰。 水结成冰时，释放出溶解热335KJ/L。水结成
冰，由液体状态变成固体状态，水分子间 距离增大，因而体积随之扩大。
因此，对消防给水管道和储水容器在冬季进行 保温，防止结冰，以免水结成冰时体积扩大， 致使消防设备损坏。
处于流动状态的水不易结冰，因为水的部 分动能转化为热能。因此，为了不使水带 内结冰，在冬季火场上，当消防队员需要 转移阵地时，不要关闭水枪。若需要关闭
时，应关小射流，使水仍处于流动状态。
二、水的主要物理性质
密度和容重
水的导电性
溶解性 黏滞性 膨胀性 压缩性
（一）密度和容重
液体单位体积内所具有的质量称为密度， 液体单位体积内所具有的重量为容重(也指 作用在单位体积上的重力)。 不同液体的密度和容重各不相同、同一种 液体的密度和容重又随温度和压强而变化。
水力学主要知识点课件
实验设备
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 主要知识点
（一）水头损失的计算方法
1.总水头损失： 沿程水头损失： 达西公式 圆管
l 2 hf 4R 2g
hw= ∑hf + ∑hj
l 2 hf d 2g
λ—沿程水头损失系数 R—水力半径 R A 圆管 R d 4 局部水头损失 ζ—局部水头损失系数
V2 hj 2g
3.恒定总流动量方程 F Q
2 2 1
∑Fx=ρQ（β2 v 2x-β1 v 1x）
投影形式
∑Fy=ρQ（β2 v 2y -β1 v 1y）
∑Fz=ρQ（β2 v 2z -β1 v 1z）
β—动量修正系数，一般取β=1.0
式中：∑Fx、∑Fy、∑Fz是作用在控制体上所有外力沿各坐标轴分量的合力，
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pv, 它们之间的关系为：p= p′-pa 相对压强:p=ρgh 可以是正值，也可以是负值。。 pv=│p│（当p＜0时pv存在）
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
的几何关系求断面平均流速。
恒定流
非均匀流
2 p1 1v12 p2 2v2 2.恒定总流能量方程 z1 g 2 g z2 g 2 g hw
hw J= l —水力坡度 ，表示单用最广泛的方程，能量方程中的最后一项hw是单位 重量液体从1断面流到2断面的平均水头损失 （1）能量方程应用条件： 恒定流，只有重力作用，不可压缩渐变流断面，无流量和能量 的出入 （2）能量方程应用注意事项: 三选：选择统一基准面便于计算p 选典型点计算测压管水头 : z g 选计算断面使未知量尽可能少 （ 压强计算采用统一标准） （3）能量方程的应用： 它经常与连续方程联解求 ：断面平均流速，管道压强，作用水头等。 文丘里流量计是利用能量方程确定管道流量的仪器。 毕托管则是利用能量方程确定明渠（水槽）流速的仪器。 当需要求解水流与固体边界之间的作用力时，必须要用到动量方程，
0B 水力学基础知识
（图3-8）
48
水力学与桥涵水文
水力学基础知识
7 水动力学三大方程
恒定流连续性方程——质量守恒
恒定流能量方程——能量守恒 恒定流动量方程——动量守恒
水动力学的任务——建立三大方程，求解 p、v、R ， 即压强、流速及液流对边壁的作用力
水力学与桥涵水文
水力学基础知识
B.恒定流能量方程
元流方程推导过程
27
（图3-2）
水力学与桥涵水文
水力学基础知识
6 欧拉法的有关概念
过水断面——垂直于流线簇所取的断面。
过水断面特性：
1. 沿过水断面方向流速为零。 2. 流线不平行时，过水断面为曲面。（如图c） 3. 流线平行时，过水断面为平面。（如图3d）
28
水力学与桥涵水文
水力学基础知识
水力学与桥涵水文
水力学基础知识
A.恒定流连续性方程
按质量守恒原理
应有 dm1＝dm2 对于不可压缩流
体ρ1=ρ2 ，有：
u1dA1 u2dA2
45
水力学与桥涵水文
水力学基础知识
A.恒定流连续性方程
总流连续性方程
单一水道
m dm
A
对于总流，有：
A
udA Q vA
水力学与桥涵水文
水力学基础知识
A. 恒定流连续性方程
元流连续性方程
流入断面的水力要 素为 dA1、u1、ρ1 流出断面的水力要 素为 dA2、u2、ρ2 则：流入、流出质 量为
dm1 ρ1dQdt ρ1u1dA1dt dm2 ρ2 dQdt ρ2u2 dA2 dt
44
在常压下，水的值与温度t的关系式为：