水力学概念
水力学基本概念
目录绪论：1第一章：水静力学1第二章：液体运动的流束理论3第三章：液流形态及水头损失3第四章：有压管中的恒定流5第五章：明渠恒定均匀流5第六章：明渠恒定非均匀流6第七章：水跃7第八章：堰流及闸空出流8第九章：泄水建筑物下游的水流衔接与消能9第十一章：明渠非恒定流10第十二章：液体运动的流场理论10第十三章：边界层理论11第十四章：恒定平面势流11第十五章：渗流12第十六章：河渠挟沙水流理论基础12第十七章：高速水流12绪论：1 水力学定义：水力学是研究液体处于平衡状态和机械运动状态下的力学规律，并探讨利用这些规律解决工程实际问题的一门学科。
b5E2RGbCAP2 理想液体：易流动的，绝对不可压缩，不能膨胀，没有粘滞性，也没有表面张力特性的连续介质。
3 粘滞性：当液体处在运动状态时，若液体质点之间存在着相对运动，则质点见要产生内摩擦力抵抗其相对运动，这种性质称为液体的粘滞性。
可视为液体抗剪切变形的特性。
<没有考虑粘滞性是理想液体和实际液体的最主要差别）p1EanqFDPw4 动力粘度：简称粘度，面积为1m2并相距1m的两层流体，以1m/s做相对运动所产生的内摩擦力。
5 连续介质：假设液体是一种连续充满其所占空间毫无空隙的连续体。
6 研究水力学的三种基本方法：理论分析，科学实验，数值计算。
第一章：水静力学要点：<1）静水压强、压强的量测及表示方法；<2）等压面的应用；<3）压力体及曲面上静水总压力的计算方法。
DXDiTa9E3d7 静水压强的两个特性：1）静水压强的方向与受压面垂直并指向受压面2）任一点静水压强的大小和受压面方向无关，或者说作用于同一点上各方向的静水压强大小相等。
RTCrpUDGiT8 等压面：1）在平衡液体中等压面即是等势面2）等压面与质量力正交3）等压面不能相交4）绝对静止等压面是水平面5）两种互不相混的静止液体的分界面必为等压面6）不同液体的交界面也是等压面5PCzVD7HxA9 静水压强的计算公式：p=p0+10 绕中心轴作等角速度旋转的液体：11 绝对压强：以设想没有大气存在的绝对真空状态作为零点计量的压强，称为绝对压强。
水力学基本概念
1目录绪论： (1)第一章：水静力学 (1)第二章：液体运动的流束理论 (1)第三章：液流形态及水头损失 (2)第四章：有压管中的恒定流 .................................................................................................................................... 2 第五章：明渠恒定均匀流 . (3)第六章：明渠恒定非均匀流 (3)第七章：水跃 (3)第八章：堰流及闸空出流 (3)第九章：泄水建筑物下游的水流衔接与消能 (4)第十一章：明渠非恒定流 (4)第十二章：液体运动的流场理论 ............................................................................................................................ 4 第十三章：边界层理论 .. (5)第十四章：恒定平面势流 ........................................................................................................................................ 5 第十五章：渗流........................................................................................................................................................ 5 第十六章：河渠挟沙水流理论基础 ........................................................................................................................ 5 第十七章：高速水流 (5)绪论：1 水力学定义：水力学是研究液体处于平衡状态和机械运动状态下的力学规律，并探讨利用这些规律解决工程实际问题的一门学科。
水力学简单题库及答案
水力学简单题库及答案1. 什么是水力学？水力学是研究液体运动规律的科学，主要研究液体在静止和流动状态下的行为。
2. 水力学中的连续性方程是什么？连续性方程是描述液体质量守恒的方程，表达式为：\[ Q_1 = Q_2 \] 其中 \( Q \) 表示流量，即单位时间内流过某一截面的液体体积。
3. 伯努利方程是什么？伯努利方程是描述理想流体在流动过程中能量守恒的方程，表达式为：\[ P + \frac{1}{2}\rho v^2 + \rho gh = \text{常数} \] 其中 \( P \) 是压力，\( \rho \) 是流体密度，\( v \) 是流速，\( g \) 是重力加速度，\( h \) 是高度。
4. 水头损失有哪些类型？水头损失主要有三种类型：局部损失、沿程损失和入口损失。
5. 什么是雷诺数？雷诺数是一个无量纲数，用于描述流体流动的特性，表达式为：\[ Re = \frac{\rho v L}{\mu} \] 其中 \( \rho \) 是流体密度，\( v \) 是流速，\( L \) 是特征长度，\( \mu \) 是流体的动态粘度。
6. 什么是管道的流量系数？管道的流量系数是一个无量纲系数，用于描述管道在给定的压差下流量的能力，表达式为：\[ C_v = \frac{Q}{\sqrt{\frac{2\Delta P}{\rho}}} \]7. 什么是水力梯度线？水力梯度线是表示管道或渠道中不同位置的水头变化的曲线，通常用于分析管道或渠道的水力特性。
8. 什么是临界流速？临界流速是指流体在管道中流动时，从层流过渡到湍流的临界状态的流速。
9. 什么是水力半径？水力半径是描述管道或渠道截面特性的参数，定义为截面面积与湿周的比值。
10. 什么是水力坡度？水力坡度是表示管道或渠道中水流能量变化的参数，定义为单位长度的水头损失。
11. 如何计算管道的沿程损失？管道的沿程损失可以通过达西-韦斯巴赫公式计算：\[ h_f =\frac{f L Q^2}{2.5 g A^2} \] 其中 \( h_f \) 是沿程水头损失，\( f \) 是摩擦系数，\( L \) 是管道长度，\( Q \) 是流量，\( g \) 是重力加速度，\( A \) 是管道横截面积。
水力学习题及答案
水力学习题及答案水力学习题及答案水力学是研究液体在静力学和动力学条件下的行为的学科。
它在工程学和地质学等领域中具有重要的应用价值。
本文将介绍一些水力学的学习题以及对应的答案，帮助读者更好地理解和掌握水力学的知识。
一、题目：什么是水力学？答案：水力学是研究液体在静力学和动力学条件下的行为的学科。
它主要研究液体的流动、压力、速度、流量等相关性质，并应用于水利工程、环境工程、能源工程等领域。
二、题目：什么是流体静力学？答案：流体静力学是研究静止的液体在重力作用下的平衡状态的学科。
它主要研究液体的压力、压力分布、浮力等性质。
在流体静力学中，根据帕斯卡定律，液体在静止时的压力是均匀的，并且在不同深度处的压力只与液体的密度和深度有关。
三、题目：什么是流体动力学？答案：流体动力学是研究液体在运动状态下的行为的学科。
它主要研究液体的流动速度、流量、压力变化等性质。
在流体动力学中，根据伯努利定律，液体在流动过程中速度增大时，压力会降低；速度减小时，压力会增加。
四、题目：什么是雷诺数？答案：雷诺数是描述流体流动状态的一个无量纲参数，常用符号为Re。
它是由流体的密度、速度、长度和粘度决定的。
当雷诺数小于一定的临界值时，流动是层流的；当雷诺数大于临界值时，流动是湍流的。
雷诺数的大小决定了流体流动的稳定性和混合程度。
五、题目：什么是流量？答案：流量是单位时间内通过某一截面的液体体积。
在水力学中，常用符号为Q，单位为立方米/秒。
流量的大小取决于液体的速度和截面的面积。
根据连续性方程，流体在管道中的截面面积减小时，流速会增加，从而使流量保持不变。
六、题目：什么是水头？答案：水头是描述液体能量的一个物理量。
在水力学中，常用符号为H，单位为米。
水头由压力头、速度头和位能头组成。
压力头是由液体的压力引起的能量；速度头是由液体的速度引起的能量；位能头是由液体的位置高度引起的能量。
根据伯努利定律，水头在流动过程中保持不变。
七、题目：什么是水力坡度？答案：水力坡度是河流或管道中水面高程的变化率。
水利计算的知识点总结
水利计算的知识点总结一、水力学基础知识1. 水力学概念水力学是研究水在不同情况下的流动规律和力学特性的科学。
水利计算涉及到的很多问题都与水的流动有关，因此水力学是水利计算的基础知识之一。
2. 流速和流量水流的速度和流量是水利计算中最基本的概念。
流速是指单位时间内水流过的距离，通常用米/秒来表示；流量是指单位时间内通过某一横截面的水量，通常用立方米/秒来表示。
3. 流态和水力势流态是指水流的状态，包括层流和湍流两种状态。
层流是指水流的速度分布均匀，流线平行；湍流是指水流的速度分布不均匀，有涡流和湍流。
水力势是指水流动能的高度，是水压的势函数。
4. 雨量计算雨量是指雨水的量，对于水利计算来说，雨量的准确测定非常重要。
雨量计算是通过采用不同的方法对降雨量进行测定和计算。
5. 水力计算公式水力计算公式是用来计算涉水工程中各种水力参数的公式，包括流速公式、流量公式、水压公式等。
6. 泵站水泵选择和计算泵站水泵选择和计算是用来确定泵站所需要的水泵数量、型号、流量和扬程等参数的计算。
二、水库调度和灌溉计算1. 水库调度水库调度是指根据水库存水量和需水量等因素来确定水库的放水量和放水时间。
水库调度计算需要考虑到水库的地理位置、地形地貌、水文特征和气象条件等因素。
2. 灌溉计算灌溉计算是指通过计算确定灌溉水的需水量、供水量、灌溉周期、灌溉面积等参数。
灌溉计算需要考虑到土壤的类型、植物的种类和生长周期、气候条件等因素。
三、排水和防洪计算1. 排水计算排水计算是通过计算确定排水系统的设计和运行参数，包括排水管道的尺寸、坡度、流速、流量等。
2. 防洪计算防洪计算是通过对河流、湖泊等水体的水位、流量等数据进行分析和计算，确定防洪措施和防洪工程的设计参数。
四、水力工程设计和管理1. 水力工程设计水力工程设计是指根据水利工程的需要，进行水利计算并确定工程建设的设计参数，包括设计流量、设计水位、设计堰高等。
2. 水力工程管理水力工程管理是指对水利工程的建设、维护、运行和管理进行计划和执行，并通过水利计算来进行监测和评估。
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
水力学ppt课件
在流体中注入染色剂，形成的染色 质点在流动过程中描绘出的曲线。 染色线可以直观地显示流动状况。
一维流动和二维流动特点分析
一维流动
流动参数仅沿一个坐标方向变化，其 他两个坐标方向上的变化可忽略不计 。一维流动具有简单的流动特性和明 确的数学描述。
二维流动
流动参数沿两个坐标方向变化，另一 个坐标方向上的变化可忽略不计。二 维流动比一维流动复杂，但仍可采用 适当的数学方法进行描述和分析。
经验总结
结合实例分析，总结泄水建筑物设计的经验和教训，提出改进和优化 建议。
谢谢聆听
水力学ppt课件
目录
• 水力学基本概念与原理 • 流体静力学分析 • 流体动力学基础知识 • 管内流动与损失计算 • 明渠恒定均匀流与非均匀流分析 • 堰流、闸孔出流和泄水建筑物设计
原理
01 水力学基本概念与原理
水力学定义及研究对象
水力学的定义
研究液体在静止和运动状态下的 力学规律及其应用的科学。
非均匀流现象描述
在明渠中，若水流运动要素沿程发生变化，则称为非均匀流。非均匀流可表现为水面波动、流速分布不均等现象 。
分类方法
根据非均匀流产生的原因和表现形式，可将其分为渐变流和急变流两类。渐变流是指水流要素沿程逐渐变化，而 急变流则是指水流要素在较短时间内发生显著变化。
明渠恒定非均匀流水面曲线变化规律探讨
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。
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
。
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。
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水力学概念
第一章 绪论
1、流体的流动性：流体在微笑建立作用下，连续变形的特性，乘坐流动性
2、连续介质（假设）模型：把流体当做是由密集指点构成的、内部无间隙的连续体来研究，这就是连续介质假设。
3、流体的黏性：是流体的内摩擦特性。
4、粘性系数μ：是比例系数，成为动力黏度，简称黏度，单位“Pa.s ”。
动力黏度是流体黏性大小的度量，值越大，流体越黏，流动性越差。
液体温度越大，黏度越小。
5、运动粘性系数ν：黏度μ和密度经常以比的形式出现，将其定义为流体的动力黏度。
6、牛顿内摩擦定律：
7、表面力：表面力是通过直接接触，作用在所取流体表面上的力，简称面力
8、质量力：是作用在所取流体体积内每个质点上的力，因力的大小与流体的质量成比例，故称质量力。
第二章 流体静力学
1、静水压强的特性：（1）应力的方向延作用面的内法线方向；（2）静压强的大小与作用面方位无关。
2、绝对压强：绝对压强是以无气体分子存在的完全真空为基准起算的压强，以符号Pabs 表示。
3、相对压强：相对压强是以当地大气压为基准起算的压强，以符号P 表示。
绝对压强和相对压强之间相差一个当地大气压。
4、真空度：党绝对压强小于当地大气压，相对压强便是负值，又称负压，这种状态用真空度来度量。
5、液体静力学基本方程的物理意义是单位重量的液体具有的，相对于基准面的重力势能，简称位能。
6、测压管高度：当测点的绝对大气压强大于当地大气压强时，在该点接一根竖直向上的开口玻璃管，这样的玻璃管乘坐测压管，液体延测压管上升的高度，成为测压管高度或压强水头。
7、测压管水头：是单位重量液体具有的总势能。
8、等压面：压强相等的空间点构成的面。
9、等压面的性质：（1）等压面与质量力正交（2）两液体的交界面是等压面
10、水平面是等压面的条件
（1）质量力只有重力（2）连同的同一种流体（3）流体是静止的。
第三章 流体运动学
1、流体运动的描述（1）拉格朗日法：将流体的运动看作是无数个质点运动的总和，以个别指点作为观察对象加以描述，将各个质点的运动汇总起来，就得到整个流动。
（2）欧拉法是以流动空间作为观察对象，观察不同时刻各空间点上流体的质点的运动参数，将各时刻的情况汇总起来，就描述了整个运动。
2、恒定流和非恒定流：以时间为标准，若各空间点上的流动参数（速度、压强、密度等）皆不随时间变化，这样的流动是恒定流，反之为非恒定流。
3、均匀流与非均匀流：若质点的迁移加速度为零，流动是均匀流，反之为非均匀流。
dy du μτ
4、流线与迹线：（1）流线是速度场的矢量线，它是某一确定时刻，在速度场中绘出的空间曲线，线上所有的质点在该时刻的速度矢量都与曲线相切。
（2）流体质点在某一时段的运动轨迹称为迹线。
5、流管：在流场中任取不与流线重合的封闭曲线，过曲线上各点作流线，所构成的管状表面称为流管。
流束：充满流体的流管成为流束。
元流：元流是过流断面无限小的流束，几何特征与流线相同。
(断面上各点的运动参数：位置高度Z、流速、压强均相等)总流：总流是过流断面为有限大小的流束，是由无数元流构成的，断面上各点的流动参数一般情况下不相同。
6、过流断面：在流束上做出的与流线正交的横断面是过流断面。
流量：单位时间内通过某一过流断面的流体量称为该断面的流量。
断面平均流速：设想过流断面上流速均匀分布，通过的流量与实际流量相同，该流速定义为该断面的平均流速。
第四章流体动力学基础
1、渐变流、急变流：流线近于平行直线的流动定义为渐变流，反之为急变流。
2、元流的能量方程，满足条件：不可压缩，恒定流动，延流管。
物理意义：三项分别为位能、压能和动能，其综合为机械能。
几何意义：测压管水头和速度水头的和为总水头。
3、总流的伯努利方程，适用条件：恒定流动、质量力只有重力、不可压缩流体、所取过流断面皆为渐变流断面、两断面之间无分流和汇流。
物理意义：前两项为过流断面上单位重量流体平均势能，后者为过流断面上单位重量流体的平均动能，三项之和是过流断面上单位重量流体的平均机械能，能量守恒原理的总流表达式。
几何意义：第一项为位置高度或高度水头；第二项为测压管高度或压强水头；第三项为平均流速高度或速度水头。
4、动能修正系数：为修正以断面平均速度计算的功能，与实际动能的差值而引入的修正系数。
5、恒定总流的动量方程，使用条件：恒定流、过流断面为渐变流断面、不可压缩流体。
动量修正系数：为修正以断面平均速度计算的动量与实际动量差值而引入的修正系数。
物理意义：方程表明，作用于控制体内流体上的外力，等于控制体净流出的动量。
可用于解决的问题：求总流与边界面之间的相互作用力问题，以及因水头损失难以确定、运用伯努利方程受到限制的问题，适用于动量方程求解。
6、控制体：以过流断面及总流的侧表面围成的空间
第六章流动阻力及水头损失
1、水头损失：总流单位重量流体平均机械能损失成为水头损失。
产生原因：实际流体具有黏性，在通道内流动时，流体内部流层之间存在相对运动和流动阻力。
流动阻力做工，使流体的一部分机械能不可逆转地转化为热能散发，造成机械能的损失。
2、延程水头损失：流体在等直径的流管中流动的水头损失就是延程水头损失。
3、局部水头损失：发生在管道入口、异径管、弯管、三通、阀门等各处管件处的水头损失，都是局部水头损失。
4、水头线：总流沿程能量变化的几何图示
5、总水头线：沿程各断面总水头的连线。
特点：粘性流体的总水头线沿程
单调下降。
6、测压管水头线：沿程各断面测压管水头的连线。
特点：此线沿程可升、可降、也可不变。
7、粘性流体的两种流态：层流：玻璃管中的水，一层套着一层呈层状运动，隔层纸地安互补掺混；紊流：指点的运动轨迹极不规则，隔层纸地安相互掺混。
8、临界雷诺数：不随管径大小和流体物性变化的无量纲数。
9、雷诺数的物理意义：是以宏观特征量表征的、质点惯性力与粘性力之比。
10、圆管中层流流速呈抛物线分布，是圆管层流的重要特征之一
11、圆管中紊流呈对数分布
12、管壁相对粗糙：绝对粗糙与直径之比。
13、管道内紧靠管壁存在粘性剪应力起控制作用的薄层，成为黏性底层。
14、尼古拉兹实验，阻力系数分5区：层流、层流向紊流过度、紊流光滑区、紊流过渡区、紊流粗糙区。
15、当量粗糙：把直径相同、紊流粗糙区λ值相等的人工粗糙管的粗糙突起高度ks定义为改棺材工业管道的当量粗糙。
16、水力半径：引用一个综合反映断面大小和几何形状对流动影响的特征长度，代替圆管雷诺数中的直径。
17、非圆管断面的当量直径：吧水力半径相等的圆管定义为非圆管的当量直径。
第七章孔口、管嘴出流和有压管流
1、短管和长管：工程上为了简化计算，按两类水头损失在全部损失中站比重不同，将管道分为短管和长管。
2、串联管道：有直径不同的管段顺序连接起来的管道
3、并联管道：在两节点之间，并联两根以上管段的管道。
4、孔口出流：容器壁上开孔，流体经流孔流出的水力现象。
5、薄壁孔口：孔口出流时，水流与孔壁仅在一条轴线上接触，壁厚对出流无影响的孔口。
6、薄壁小孔口：孔口断面上各点水头相等。
7、管嘴出流正常工作条件：作用水头小于等于9m；管嘴长度l=（3-4）d。