水力学考试重点总结

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水力学总结
概念
1粘性；粘滞性是流体固有的物理属性，当液体处于运动状态时，若液体质点之间存在相对运动则质点之间要产生内摩擦力，抵抗其相对运动，这种性质称为液体的粘滞性，其中的内摩擦力称为粘滞力。

2质量力；作用于隔离体内每一个液体质点上的力，其大小与受作用的液体的质量成正比，与加速度有关。

在均质液体中，质量力也必然与受作用的液体的体积成比例，所以又称为体积力。

最常见的质量力包括重力、惯性力。

3表面力；作用于隔离体表面上的力，并与受作用的液体表面积成比例。

4牛顿内摩擦定律（公式）；液体的内摩擦力与其速度梯度du成正比，与液层的接触面积A成正比，与流体的性质有关，而与接触面的压力无关。

液体的粘滞性是液
体发生机械能损失的根源。

内摩擦力：T=μA du切应力：t=μdu
5静水压强；静水压力除以接触面积称为静水压强。

6静水压强特性；第一特性：压强方向与作用面内法线方向重合。

第二特性：静止液体中任一点静水压强的大小与作用面的方向无关，或者说，作用于同一点各方向的静水压强大小相等。

7静水压强基本方程(两种形式)；;Z+p/r=C
8Z+p/r=C公式中各项的几何意义及能量意义；几何意义：z—位置水头（计算点位置高度）、p/γ—压强水头（压强高度或测压管高度）、z+p/γ—测压管水头、z＋p/γ＝C—静止液体中各点位置高度与压强高度之和不变。

能量意义：z—单位势能、p/γ—单位压能、z+p/γ—单位全势能、z＋p/γ＝C—静止液体中各点单位质量液体的全势能守恒。

9绝对压强、相对压强、真空度；绝对压强：以毫无一点气体存在的绝对真空为零点起算的压强，称为绝对压强pabs相对压强：以同高程大气压强pa为零点起算的压强，称为相对压强。

p＝p’－pa。

p为正值称为正压，p为负值称为负压，负压的绝对值称为真空度pv＝－p
10描述液体运动的两种方法(各自的概念)；拉格朗日法定义：把流场中的液体看做是由无数连续质点所组成的质点系，追踪研究每一质点的运动轨迹并加以数学描述，从而求得整个液体运动规律的方法。

欧拉法定义：直接从流场中每一固定空间点的流速分布入手，建立速度、加速度等运动要素的数学表达式，来获得整个流场的运动特性。

11欧拉法中加速度场的公式；
12恒定流；均匀流；一元、二元、三元流动；恒定流：流场中所有空间点上一切运动要素不随时间改变，这种流动称为恒定流。

均匀流：各流线为平行直线的流动称为均匀流。

运动要素是一个坐标的函数，称为一元流。

运动要素是两个坐标的函数，称为二元流。

运动要素是三个坐标的函数，称为三元流。

13流线的定义与特性；定义：流线是同一时刻由液流中许多质点组成的线,线上任
一点的流速方向与该线在该点相切.流线上任一点的切线方向就代表该点的流速方向,则整个液流的瞬时流线图就形象地描绘出该瞬时整个液流的运动趋势.
流线特性：(1)流线不能相交或转折，否则在交点或转折处必然存在两个切线方向，即同一质点同时具有两个运动方向，这显然是不可能的，因此流线只能是互不相交的光滑曲线
(2)流线只能是一条光滑曲线。

(液体为连续介质）
(3)流线分布的疏密程度反映了该时刻流场中各点的速度大小。

流线越密，流速越大；流线越疏，流速越小
14过流断面；过流断面是与所有流线均正交的横截面。

15恒定元流能量方程（伯努利方程）及各项几何与能量意义；z—断面相对于选定基准面的高度，水力学中称为位置水头，表示单位重量液体的位置势能，简称位能。

—断面压强作用使液体沿测压管所能上升的高度，水力学中称压强水头，表示压力作功所能提供的单位能量，简称压能。

—不计射流本身重量和空气阻力时，以断面流速u为初速的铅直上升射流所能达到的高度，水力学中称流速水头，表示单位重量液体动能。

16液体流动过程中能量损失的两种方式；沿程水头损失和局部水头损失由于沿程阻力做功所引起的水头损失，称为沿程水头损失。

hf局部水头损失：由于局部阻力产生的相应的能量缺失称为局部水头缺失。

17液体流动的两种流态，用什么方式判别；流态的判别准则——临界雷诺数临界流速与管径d和流体密度ρ成反比，与流体的动力粘度μ成正比。

层流：Re＝υd/ν<ReK＝2300
紊流：Re＝υd/ν>ReK＝2300——特征长度d,只适用于圆管流。

18水力半径；水力半径R：过流断面面积A与湿周X的比值
19上、下临界流速；
20孔口出流，管嘴出流，有压管流；孔口出流：容器壁上开孔，液体经孔口流出的水力现象称为孔口出流。

管嘴出流:在孔口接一段长为3~4倍孔口直径的短管，液体经短管并在出口断面满管流出的水力现象称为管嘴出流。

有压管流：水沿管道满管流动的水力现象称为有压管流。

21短管、长管；在有压管路中，水头损失包括沿程损失和局部损失，如果局部损失占有相当比例，计算时不能忽略，这样的管路称为短管。

在有压管路中，如果局部水头损失仅占沿程水头损失的5%-10%以下，则在计算中可以将局部水头损失和流速水头忽略不计，从而使计算大大简化，这样的管路称为长管。

22明渠流动；明渠流动:是指在河、渠等水道中流动，具有自由表面的水流，
23明渠均匀流的条件与特征；明渠流动具有自由表面，表面上各点受大气压强作用，其相对压强为零水力特征
1、明渠均匀流断面平均流速、水深沿程不变。

2、明渠均匀流总水头线、测压管水头线（水面线)与渠道底线互相平行。

也就是说，其水力坡度J,测压管坡度JP和底坡i彼此相等，即J＝JP＝I
24堰流的有哪几种类型，如何分类；堰流：无压缓流经障壁溢流时，上游发生壅水，然后水面降落，这一水流现象称为堰流。

堰流分类
按δ/H比值范围分：堰顶溢流的水流情况，随堰顶厚度δ与堰上水头H的比值不同而异，按δ/H比值范围分为三种类型：（1）薄壁堰δ/H<0.67堰前来流由于受堰壁阻挡，底部水流因惯性作用上弯，当水舌回落到堰顶高度时，距离上游壁面约0.67H。

堰壁厚δ/H<0.67时，过堰水流和堰壁只有一条边线接触，堰顶厚度对水流无影响，故称为薄壁堰。

薄壁堰主要用作测量流量的设备。

（2）实用堰0.67<δ/H<2.5堰顶厚度大于薄壁堰，堰顶厚对水流有一定的影响，但堰上水面仍一次连续降低，这样的堰型称为实用堰。

实用堰的剖面有曲线型和折线型两种。

水利工程中的大、中型溢流坝一般都采用曲线型实用堰，小型工程常采用折线型实用堰。

（3）宽顶
堰2.5<δ/H<10顶厚度较大，与堰上水头的比值超过2.5，堰顶厚对水流有显著影响，在堰坎进口水面发生降落，堰上水流接近水平流动，至堰坎出口水面二次降落与下游水流衔接，这种堰型称为宽顶堰。

工程上还有许多流动，如泄水闸门开启至门下缘离开水面时的闸孔出流、小桥孔过流、无压短涵管过流等，也都属于宽顶堰流。

专业词汇翻译
水力学Hydraulics静水压强Hydrostatic pressure过水断
面flow cross section
压强水头pressure head位置水头elevation head总水头total head水头损
失head loss
部分公式
1牛顿内摩擦力计算：例1-1，1-2，练1-9，1-11内摩擦力：T=μA du切应力：
t=μdu
2静水压强计算：例2-3，练2-8
3静水总压力及作用点计算：例2-4，2-5，练2-14，2-15Jx为受压面面积A对Ox
轴的惯性矩：
根据惯性矩的平行移轴定理：Jx=JC＋yC2A，Jc是静水总压力对于通过受压面形心并且与x轴平行的轴的转动惯量。

所以压力作用点的坐标为
4欧拉法中加速度场求解(判定几元流，恒定流，均匀流)：练3-1
5流线方程：练3-3流线微分方程式：
6恒定总流能量方程、连续性方程、动量方程应用：例3-9，3-10，练3-27，3-28，3-29
Q＝υ1A1＝υ2A2＝常数——恒定总流连续性方程总流的连续性方程可写为：Q1＝Q2＋Q3
恒定总流动量方程：
7雷诺数计算，判断流态，计算下临界流速，例4-1，练4-2非圆管流动雷诺数计算：水力半径R：过流断面面积A与湿周X的比值
圆管：R=A/X=d/4
矩形过流断面水力半径：R=ab/2(a+b)
矩形渠道水力半径：R=bh/(b+2h)
当其他条件(v,l)相同时,水力半径相等，可认为水头损失相等。

这时水力半径和非圆管相等的圆管直径就成为非圆管的当量直径。

所以非圆管的当量直径d=4R。

非圆管流动状态的判定可以利用
来判定。