水力学知识点
《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。
四川省考研水利工程复习资料水力学重点知识点总结
四川省考研水利工程复习资料水力学重点知识点总结水力学作为水利工程的核心学科，在考研复习中占据着重要地位。
下面，将对四川省考研水利工程复习资料中水力学的重点知识点进行总结，帮助考生更好地备考。
一、水力学基本概念1.1 流体力学基本概念流体：指能够流动的物质，包括气体和液体。
连续介质假设：将流体看作是连续分布的，忽略其内部的微观结构。
质量守恒定律：单位时间内通过单位面积某点的质量是恒定的。
动量守恒定律：单位时间内通过单位面积某点的动量是恒定的。
能量守恒定律：单位时间内通过单位面积某点的能量是恒定的。
1.2 流动的描述与性质流动：介质内部因受到外力而发生的相对运动。
流速：单位时间内通过某一横截面的液体体积与该横截面的面积之比。
流量：单位时间内通过某一横截面的液体体积，也叫单位时间的流入或流出体积。
雷诺数：描述流体的流动状态，是流体惯性力与粘性力比值的量纲。
黏性流体与非黏性流体：黏性流体的流动过程中，分子之间有相互作用力；非黏性流体的流动过程中，分子之间无相互作用力。
二、流体静力学2.1 流体静力学基本方程流体静力学：研究在静止流体中，流体受力和流体静压力的性质和分布规律。
流体静力学方程：描述流体静力学的基本方程，包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
2.2 流体静力学应用大气压力与高度关系：大气压力随着高度的增加而减小，符合指数函数的规律。
大气压力的测定：常用水银柱压力计来测定大气压力。
浮力与浸没：浮力作用在物体上的大小等于物体排开的流体质量。
压力的传递：静水的容器中，液体的压力大小与液体深度和液体密度有关。
三、流体动力学3.1 流体动力学方程流体动力学：研究流体在运动状态下的力学性质和流动规律。
流体动力学方程：包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
3.2 流体动力学应用流动的类型：包括层流和紊流两种类型。
雷诺实验：通过改变流体的速度和管道直径等因素，观察流动状态的转变。
导水管道与水泵：根据流体静力学和流体动力学的原理，设计和使用导水管道和水泵。
水力学复习资料汇总
第零章绪论0.1水力学的任务与研究对象(了解)水力学的任务是研究液体(只要是水)的平衡和机械运动的规律及其实际应用. 水力学研究的基本规律有两大主要组成部分:一是关于液体平衡的规律.它研究液体处于静止或相对平衡状态时,作用于液体上各种力之间的关系,这一部分称为水静力学;二是关于液体运动的规律,它研究液体在运动状态时,作用于液体上的力与运动要素之间的关系,以及液体的运动特性与能量转换等,这部分称为水动力学.0.2液体的粘滞性(理想液体与实际液体最大的差别)粘滞性当液体处于运动状态时,若液体质点之间发生相对运动,则质点间会产生内摩擦力来阻碍其相对运动,液体的这种性质就称为粘滞性,产生的内摩擦力叫做粘滞力.0.3牛顿内摩擦定律当液体做层流运动时，相邻液层之间在单位面积上作用的内摩擦力(或粘滞力)的大小与速度梯度成正比,同时和液体的性质有关.即.0.4牛顿内摩擦定律的另一种表述(了解)P70.5运动粘度系数它是动力黏度系数与液体密度的比值,是表征液体粘滞性大小的物理量.其值是随温度的变化而变化的,即温度越高,其值越小(液体的流动性是随温度的升高而增强的)0.6牛顿内摩擦定律只适用于牛顿流体(符合牛顿内摩擦定律的液体,其特点是温度不变,动力黏度系数就不变P8图0.3)0.7体积压缩率液体体积的相对缩小值与压强的增大值之比.(水的压缩性很小,一般不考虑)0.8表面张力表面张力是指液体自由表面上液体分子由于两侧引力不平衡,使其受到及其微小的拉力(表面张力仅存在于液体表面,液体内部不存在,其值表示为自由面单位长度受到拉力的大小,并且随液体种类和温度的变化而变化,怎样变化)0.9毛细现象在水力学实验中，经常使用盛有水或水银细玻璃管做测压计，由于表面张力的影响使玻璃管中液面和与之向连通容器中的液面不在同一水平面上.这就是物理学中所讲的毛细现象.0.10由实验得知,管的内经越小,毛细管升高值越大,所以实验用的测压管内径不宜太小.P10图0.4,0,50.11连续介质在水力学中,把液体当作连续介质看待,即假设液体是一种连续充满其所占据空间毫无空隙的连续体.(水力学所研究的液体运动是连续介质的连续流动,但实际上,从微观角度来看,液体分子与分子之间是存在空隙的,但水力学研究的是液体的宏观运动,故将液体看作连续接介质)0.12把液体看作连续介质的意义如果我们把液体看作连续介质,则液流中的一切物理量都可以视为空间坐标和时间坐标的连续函数,这样,在研究液体的运动规律时,就可以运用连续函数的分析方法.0.13理想液体所谓理想液体,就是把液体看作绝对不可压缩,不能膨胀,没有粘滞性,没有表面张力的连续介质.0.14表面力和质量力表面力表面力是作用于液体的表面,并于受作用的的表面面积成比例的力.质量力质量力是指通过所研究液体的每一部分质量而作用与液体的,其大小和液体的质量成比例的力(质量力又称体积力)课后习题0.2第一章水静力学1.1液体在平衡状态下.没有内摩擦力的存在,因此理想液体和实际液体都是一样的,故在静水中没有区分的必要.1.2静水压力静止(或处于平衡状态)的液体作用在与之接触的表面上的水压力称为静水压力,常以表示.1.3静水压强取微小面积，令作用在上的静水压力为,则面上单位面积上所受的平均静水压力为称为面上的平均静水压强，当无限趋近与一点时，比值的极限值定义为该点的静水压强.1.4静水压强的两个重要特性⑴静水压强的方向与受压面垂直并指向受压面(若不垂直,则必存在一个与液面平行的分力,这样必会破坏液体的平衡状态;静水压强若不指向受压面而是背向受压面,则必会受到拉力,同样不能保持平衡状态)⑵作用在同一点上的静水压强相等(推导过程:在平衡液体内分割出一块无限小的四面体,倾斜面的方向任意选取,为简单起见,建立如图所示的坐标系,让四面体的三个棱边与坐标轴平行,并让轴与重力方向平行,各棱边长为,四面体四个表面上受有周围液体的静水压力,因四个作用面的方向各不相同,如果能够证明微小四面体无限缩小至一点时,四个作用面上的静水压强都相等即可.令为作用在面上的静水压力, 令为作用在面上的静水压力, 令为作用在面上的静水压力, 令为作用在面上的静水压力.又假定作用在四面体上单位质量力在三个坐标方向的投影为,则总质量力在三个坐标方向的投影分别为…因为液体处于平衡状态,由力的平衡条件得:+若…以分别表示四面体四个面的面积,则…将上式都除以,并且有化简可得,上式中分别表示面上的平均静水压强, ,如果微小四面体无限缩小至一点时,均趋近于0,对上式取极限有,同理可证,故作用在同一点上的静水压强相等)1.5等压面在平衡液体中可以找到这样一些点,他们具有相同的静水压力,这些点连成的面称为等压面(对于静止的液体其等压面是水平面,对于处于相对平衡的液体,其等压面与自由液面平行,例如称有液体的圆柱形容器绕桶轴做等角速度旋转,其等压面就是抛物面)1.6等压面的两个性质⑴在平衡液体中等压面即为等势面.⑵等压面与质量力正交.1.7绝对压强和相对压强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.相对压强把当地大气压作为零点剂量的压强,称为相对压强.1.8P29图1.11中各字母表示的含义1.9真空及真空度真空当液体中某点的绝对压强小于当地大气压强，即相对压强为负值时，就称该点存在真空.真空度真空度是指该点绝对压强小于当地大气压强的数值.(例题1.4 1.5 .16) 1.10压强的液柱表示法1.11水头与单位势能1.12液体的平衡微分方程式(欧拉平衡微分方程式)的推导过程P20,以及重力作用下静水压强的基本公式的推导过程P24.1.13压强的测量(各种压差计的计算)计算中找等压面须注意:①若为连续液体，高度相等的面即为等压面.②若为不连续液体(如液体被阀门隔开或者一个水平面穿过了不同介质，则高度相等的面不是等压面③两种液体的接触面是等压面.1.14作用于矩形平面上的静水总压力,为压强分布图面积.(压力中心的位置:当压强为三角形分布时, 压力中心离底部距离为当压强分布为梯形分布时，压力中心离底部距离为)1.15作用于曲面上的静水总压力分为水平方向和竖直方向计算,水平方向方法同作用于矩形平面上的静水总压力(将曲面投影在方向的图形即为矩形，则=为形心点处的压强),竖直方向需画出压力体(压力体包括六个面:曲面本身,自由液面或者其延长面,曲面四个边延长至自由液面的四个面.这里注意自由液面必须是只受到大气压强作用的液面),则,其中为压力体的体积.1.16几种质量力同时作用下的液体平衡1.17作用于物体上的静水总压力,潜体与浮力的平衡及其稳定性第二章液体运动的流束理论2.1描述液体运动的两种方法(拉格朗日法和欧拉法)P632.2流线和迹线迹线某一液体质点在运动过程中,不同时刻所流经的空间点所连成的线称为迹线,即迹线就是液体质点运动时所走过的轨迹线流线它是某一瞬时在流场中绘出的一条曲线,在该曲线上所有点的速度向量都与该曲线相切,所以流线表示除了瞬间的流动方向.流线的基本特性P672.3恒定流与非恒定流恒定流如果在流场中所有的运动要素都不随时间而改变,这种水流称为恒定流(也就是说,在恒定流的情况下,任一空间点上,无论哪个液体质点通过,其运动要素都是不变的.运动要素仅仅是空间坐标的函数,而与时间无关)非恒定流如果在流场中所有的运动要素都是随时间而改变的这种水流称为非恒定流.注：本章只研究恒定流.2.4流管在水流中任意取一微分面积,通过该面积周界上的每一给点,均可以作一根直线,这样就构成了一个封闭的管状曲面,称为流管.2.5微小流束充满以流管为边界的一束液流称为微小流束(按照流线不能相交的特性,微小流束内的液体不会穿过流管的管壁向外流动,流管外的液体也不会穿过流管的管壁向流束内流动,当水流为恒定流时,微小流束的形状和位置不会随时间而改变,在非恒定流中,微小流束的形状和位置将随时间而改变.微小流束的很横断面积是很小的,一般在其横断面上各点的流速或动水压强可看作是相等的)2.6总流任何一个实际水流都具有一定规模的边界,这种有一定大小尺寸的实际水流称为总流(总流可以看作由无限多个微小流束所组成)2.7过水断面与微小流束或总流的流线成正交的横断面称为过水断面.2.8流量2.9均匀流与非均匀流均匀流当水流的流线为相互平行的直线时,该水流称为均匀流(直径不变的管道中的水流就是均匀流的典型例子)非均匀流若水流的流线不是相互平行的直线时,该水流称为非均匀流.如果流线虽然相互平行但不是直线(如管径不变的弯管中的水流)或者流线虽直线但不相互平行(如管径沿程缓慢均匀扩散或收缩的渐变管中的水流)都属于非均匀流.2.10均匀流的特性⑴均匀流的过水断面为平面,且过水断面的形状和尺寸沿程不变⑵均匀流中,同一流线上不同点的流速相等⑶均匀流过水断面上的动水压强分布规律与静水压分布规律相同2.11均匀流过水断面上的动水压强分布规律与静水压分布规律相同的推导过程2.12渐变流和急变流渐变流当水流的流线虽然不是相互平行的直线,但几乎近于平行直线称为渐变流急变流若水流的流线之间夹角很大或者流线的曲率半径很小,这话水流称为急变流.2.13恒定总流连续性方程的推导P712.14理想液体恒定流微小流束能量方程的推导P722.15实际液体恒定总流的能量方程的推导P782.15恒定总流动量方程的推导P94第三章液流形态及水头损失3.1沿程水头损失和局部水头损失沿程水头损失在固体边界平直且无障碍物的水道中,单位重量的液体自一断面流至另一断面所损失的机械能叫做沿程水头损失,常用表示.局部水头损失当固体边界发生改变或液体遇到障碍物时,由于边界或障碍物的作用使液体质点相对运动加强,内摩擦增加,产生较大的能量损失,这种发生在局部范围之内的能量损失叫做局部水头损失,常用表示.(就液体内部的物理作用来说,水头损失不论其产生的外因如何,都是因为液体内部质点之间有相对运动,因粘滞性的作用产生切应力的结果)当固体边界发生改变或液体遇到障碍物时,为什么会产生局部水头损失(了解)P1203.2影响水头损失的液流边界条件3.2.1横向条件(过水段面积,湿周和水力半径)湿周液流过水断面与固体边界接触的周界线叫做湿周,常用表示.(当过水段面积相等时,周长不一定相等,水与固体边界的接触要长些,故湿周对水损会产生影响,同样,当湿周相等时, 过水段面积不一定相等,通过同样大小的流量水损也不一定相等,故用水力半径来表征过水断面的水力特征)水力半径过水段面积与湿周的比值称为水力半径,即 .3.2.2纵向条件P1233.3均匀流时无局部水头损失，非均匀渐变流时局部水头损失可以忽略不计,非均匀急变流时两种水头损失均有(知道).3.4均匀流沿程水头损失与切应力的关系,以及半径为r处的（圆管中）切应力计算公式的推导P1323.5计算均匀流沿程水头损失的基本公式——达西公式对圆管来说，水力半径 ,故达西公式也可以写做达西公式的推导过程应该不会考3.6层流和紊流层流当留速较小时,各流层的液体质点是有条不紊的运动,互不混杂,这种形态的流动叫层流.紊流当流速较大时,各流层的液体质点形成涡体,在流动过程中,相互混杂,这种形态的流动叫紊流.3.7雷诺试验雷诺试验数据图形(两点三段.两点即上临界流速—水流从层流刚刚进入到紊流状态的速度和下临界流速—水流从紊流刚刚进入到层流状态的速度.三段即层流,过渡区,紊流所对应的曲线段.)P1293.8根据雷诺实验的结果,层流时雷诺试验图形为一条直线,即沿程水损v呈线性的一次方关系,但是由达西公式知与v是平方关系，试解释其原因.P1323.9雷诺数的物理意义(为什么雷诺数可以判别液流形态)P1313.10为什么采用下临界雷诺数而不采用上临界雷诺数来判断水流的型态这是因为经大量试验证明,圆管中下临界雷诺数是一个比较稳定的数值,其值一般维持在2000左右,但上临界雷诺数是一个不稳定数值(一般在12000-2000),在个别情况下也有高达40000-50000.这要看液体的平静程度和来流有扰动而定,凡雷诺数大于下临界雷诺数的,即使液流原为层流,只要有任何微小的扰动就可以是层流变为紊流.在实际工程中扰动总是存在的,所以上下临界雷诺数之间的液流是极不稳定的,都可以看作紊流,因此判别液流型态以下临界雷诺数为标准:实际雷诺数大于下临界雷诺数的是紊流,小于下临界雷诺数的是层流.3.11雷诺实验虽然都是以圆管液流为研究对象,但其结论对其他边界条件下的液流也是适用的.只是边界条件不同,下临界雷诺数的数值不同而已.例如明渠的雷诺数,其中R为水力半径(知道).3.12紊流的特征P133(4点，后两个特点很重要)3.13粘性底层在紊流中并不是整个液流都是紊流,在紧靠固体边界表面有一层极薄的层流存在该层流层叫粘性底层.3.14沿程阻力系数的变化规律⑴即液体处于层流状态,只与雷诺数有关,而与相对光滑度无关,且⑵即液体处于从层流进入紊流的过渡区,只与雷诺数有关,而与相对光滑度无关.因其范围很窄,实际意义不大.⑶即液流进入紊流状态,这时决定于粘性底层厚度和绝对粗糙度的关系:①当较小时粘性底层较厚,可以淹没,抵消管壁粗糙度对水流的影响,从而只与雷诺数有关,而与相对光滑度无关.②继续增大, 粘性底层厚度相应减薄,一直不能完全淹没, 管壁粗糙度对水流产生影响, 从而既与雷诺数有关,又与相对光滑度有关.③当增大到一定程度时, 粘性底层厚度已经变得很薄,已经不能再抵消管壁粗糙度对水流的影响,这时管壁粗糙度对起主要作用,从而只与相对光滑度有关,而与雷诺数无关.(因这时与v是平方关系,故该区又叫做阻力平方区)3.15谢齐公式和曼宁公式谢齐公式 ,其中J为水力坡度,/l ,R水力半径.曼宁公式 ,其中n为粗糙系数，简称糙率.第四章有压管中的恒定流4.1简单管道简单管道管道直径不变且无分支的管道.4.2自由出流和淹没出流自由出流管道出口水流流入大气,水股四周都受大气压强的作用,称为自由出流淹没出流管道出口如果淹没在水下,则称为淹没出流4.3短管和长管短管管道中若存在较大的局部水头损失,它在总水损中占的比重较大,不能忽略不计的管道称为短管.长管若管道较长,局部水损和流速水头可以忽略不计,这样的管道叫做长管.4.4简单管道的水力计算(以下均属于连续性方程和能量方程的具体应用)总原则首先确定按长管还是短管计算.若按短管计算,则沿程损失,局损和流速水头都要计算;若按长管计算,只需计算沿程损失, 局部水损和流速水头可以忽略不计;在没有把握估计局损的影响程度时,均按短管计算.(先按短管计算,求出具体的沿程损失和局损数值,比较后可确定到底如何计算,若无法确定具体数值一般的,给水管道按长管计算,虹吸管按短管计算,水泵吸水管按短管计算,压水管根据情况而定.4.4.1自由出流和淹没出流的水力计算自由出流上游存在行近流速,即有一个行近水头,列能量方程需计算在内(但其值一般很小,在计算结果以忽略不计,即公式中的).淹没出流上游存在行近流速,即有一个行近水头,列能量方程需计算在内(但其值一般很小,在计算结果时可以忽略不计,即公式中的). 下游也存在一个流速水头,但由于管道的过水断面积很小,而下游过水断面积很大,水流速度在下游已经变得很小,可以忽略,不需计入能量方程.4.4.2几种基本类型4.4.3虹吸管和水泵装置的水力计算4.4.4串联管道整个管道的水头损失等于各支管水损之和.4.4.5并联管道并联管道一般按长管计算,各支管的水损相等(各支管的水损相等,只表明通过每一并联支管的单位重量液体的机械能损失相等;但各支管的长度,直径及粗糙系数可能不同,因此其流量也不同,股通过各并联支管的总机械能损失是不相等的)4.4.6分叉管道在分叉处分为若干个串联管道进行计算.4.5沿程均匀泄流的水力计算本章的水力计算题均是围绕这能量方程来设计的，所以熟练掌握能量方程的应用，加上对各个类型的管道特点的了解，不用背繁琐的公式也可以解决本章的计算题，当然背下来更好第五章明渠恒定均匀流5.1明渠恒定均匀流(知道)明渠恒定均匀流当明渠水流的运动要素不随时间而变化时,称为明渠恒定流.否则称为明渠非恒定流.明渠恒定流中,如果流线是一簇相互平行的直线,则水深,断面平均流速和流速分布沿程不变,称为明渠恒定均流,否则称为明渠恒定非均匀流.(明渠均匀流中,摩阻力与重力沿水流方向的分力相平衡)5.2矩形,梯形横断面水力要素的计算梯形中,为梯形与水平面的夹角.5.3底坡明渠渠底的纵向倾斜程度称为明渠的底坡, 以符号表示.且,其中为渠底线与水平面的夹角.5.4顺坡,水平和逆坡明渠当明渠渠底沿程降低时,称为顺坡明渠;沿程不变时称为水平明渠;沿程升高时称为逆坡明渠.(在水平明渠中,由于故在其流动过程中，只存在摩阻力；在逆坡明渠中，摩阻力与重力沿水流方向的分力方向一致,因此这两种情况都不可能产生明渠均匀流;只有在顺坡渠道中才可能产生明渠均匀流)5.5明渠恒定均匀流的特性及其产生条件5.6明渠均匀流的计算公式(连续性方程和谢齐公式, 谢齐系数采用曼宁公式) 5.7矩形和梯形水力最佳断面的推导过程5.8允许流速不冲允许流速能够避免渠道遭受冲刷的流速.不於流速能够保证水中悬浮的泥沙不淤积在渠槽的流速.5.9明渠均匀流的水力计算第六章明渠恒定非均匀流6.1明渠非均匀渐变流和明渠非均匀急变流(知道)在明渠非均匀流中,若流线是接近于相互平行的直线,或流线间的夹角很小,流线的曲率半径很大,这种水流称为明渠非均匀渐变流.反之为明渠非均匀急变流.(本章着重研究明渠非均匀渐变流的基本特性及其水力要素沿程变化的规律) 6.2正常水深(知道)因明渠非均匀流的水深沿流程是变化的,为了不致引起混乱,把明渠均匀流的水深称为正常水深.并以表示.6.3明渠水流的三种形态一般明渠水流有三种形态,即缓流,临界流和急流.6.4明渠水流三种形态的判别方法(5种:微波波速法,比能曲线法,Fr法,临界水深法,临界底坡法)6.4.1微波波速法微波波速的描述（了解）P216当 v<,水流为缓流,干扰波能向上游传播;v=,水流为临界流,干扰波恰不能向上游传播;v>,水流为急流,干扰波不能向上游传播.要判别流态,必须首先确定微波传播的相对速度,相对速度的推导过程(了解)P217(如图6.3,对平静断面1-1和波峰所在断面2-2列连续性方程和能量方程.1-1断面流速为,2-2断面流速为,最后令即可得出=,这就是矩形明渠静水中微波传播的相对速度公式.如果明渠为任意形状时,则有=.式中为断面平均水深,A为断面面积,B为水面宽度.在实际工程中水流都是流动的,设水流断面平均流速为v，则微波传播的绝对速度应是静水中的相对波速与水流速度的代数和,即,正号为顺水方向,负号为逆水方向)6.4.2 Fr法当 Fr<1,水流为缓流;Fr=1,水流为临界流;Fr>1,水流为急流.对临界流来说,断面平均流速恰好等于微波相对波速,即,该式可改写为,其中称为弗劳德数,用符号Fr表示.弗劳德数的两个物理意义P2186.4.3比能曲线法断面比能把基准面选在渠底,所计算的单位液体所具有的能量称为断面比能,并以表示.则,在实际应用上,因一般坡底较小,,故常采用 .比能曲线当流量Q和过水断面的形状及尺寸一定时, 断面比能仅仅是水深的函数,按照此函数可以绘出断面比能随水深变化的关系曲线,该曲线称为比能曲线.比能曲线上存在可以使断面比能取最小值的K点.K点把曲线分成上下两支,上支即为缓流所对应的曲线,下支即为急流所对应的曲线.(比能曲线见P220图6.5)比能曲线与弗劳德数的联系()及其推导过程(了解)P2216.4.4临界水深法临界水深相应于断面比能最小值的水深称为临界水深,以表示.当 h> ,Fr<1,水流为缓流;h= ,Fr=1,水流为临界流;h< ,Fr>1,水流为急流.临界水深的计算在矩形断面明渠中,临界流的流速水头是临界水深的1/2,而临界水深则是最小断面比能的2/3.（原题）P221（将.对水深h求导，并令其等于0.得,规定对应于临界水深的水利要素以脚标K,则.对于矩形断面明渠, ,代入得 ,即临界流的流速水头是临界水深的1/2.再代入 ,得,即临界水深是最小断面比能的2/3.断面为任意形状时，临界水深的计算(了解)见P222(试算法和图解法)重要例题:例题6.16.4.5临界底坡法(只适用于均匀流)第七章水跃7.1水跃当明渠中的水流又急流状态过渡到缓流状态时，会产生一种水面突然跃起的特殊局部水力现象,即在较短的渠道内水深从小于临界水深急剧的跃到大于临界水深.这种特殊的局部水力现象称为水跃.跃高跃后水深与跃前水深之差跃长跃前断面至跃后断面的水平距离完全水跃有表面旋滚的水跃。
各工种水力学知识点
水力学知识点初级工单位体积液体所具有的质量称为液体的密度。
单位体积液体所具有的重量称为液体的容重。
液体可以承受压力，不能承受拉力，静止的液体还不能承受切力。
静止液体中同一点各方向的压强数值相等。
天然河道中，因降水引发的洪水，水流属于非恒定流。
当河渠底部高程沿水流方向降低时，该河渠称为正坡渠道。
在恒定流条件下，过水断面面积与断面平均流速成反比关系。
在恒定流条件下，过水面积越大，断面平均流速越小。
河渠水流大多为紊流，为克服紊流脉动影响，测流速时应测时均流速。
只有在顺坡明渠中才有可能产生均匀流动。
中级工以国际单位制表示，在一个大气压力及4℃情况下，纯水的密度为1000kg/m 3。
表示压强大小的单位有：帕斯卡（N/m 2）、水柱高、工程大气压。
流量是单位时间通过过水断面的水体体积，一般用Q 表示，单位为m 3/s 。
垂线流速分布的一般规律。
恒定流能量方程式：w h g v g p z g v g p z +++=++222222221111αραρ 。
表明：液体流动总是从单位总机械能大处流向单位总机械能小。
只有在正坡明渠上有可能产生均匀流。
高级工液体的粘滞性是液体运动机械能损失的主要根源。
静力学基本方程式：0p p h γ=+。
表明：液体表面的气体压强将等值地传递到水体中的每一点。
液体中某点绝对压强与相对压强的关系为p p p =-相对压强绝对压强当地大气压流线是某瞬时在流场中画出的一条光滑曲线，其上任何一点流速与该曲线相切。
恒定流的连续性方程：A 1V 1＝A 2V 2 ，体现了液体运动时质量守恒。
表明：在恒定流条件下，过水断面面积与断面平均流速成反比关系。
恒定流能量方程式：w h g v g p z g v g p z +++=++222222221111αραρ 。
表明：液体流动总是从单位总机械能大处流向单位总机械能小。
技师 静力学基本方程式：pz c γ+=，在静止液体中任各点的测压管水头相等。
水力学主要知识点.
水力学主要知识点（水工专业2008）绪 论（一）液体的主要物理性质 1．惯性与重力特性2．粘滞性：液体的粘滞性是液体在流动中产生能量损失的根本原因. 描述液体内部的粘滞力规律的是牛顿内摩擦定律 :注意牛顿内摩擦定律适用范围：1)牛顿流体， 2)层流运动 3．可压缩性。
在研究水击时需要考虑4．表面张力特性。
进行模型试验时需要考虑水力学的两个基本假设：(二)连续介质和理想液体假设1.连续介质：液体是由液体质点组成的连续体,可以用连续函数描述液体运动的物理量. 2．理想液体：忽略粘滞性的液体 （三）作用在液体上的两类作用力第1章水静力学水静力学包括静水压强和静水总压力两部分内容。
通过静水压强和静水总压力的计算，可以求作用在建筑物上的静水荷载。
(一) 静水压强：主要掌握静水压强特性,等压面,水头的概念，以及静水压强的计算和不同表示方法. 1．静水压强的两个特性：（1）静水压强的方向垂直且指向受压面（2）静水压强的大小仅与该点坐标有关，与受压面方向无关，2.等压面与连通器原理：在只受重力作用,连通的同种液体内, 等压面是水平面.(它是静水压强计算和测量的依据）3．重力作用下静水压强基本公式（水静力学基本公式）p=p 0+g ρh 或其中 z —位置水头，p/g ρ—压强水头 （z+p/g ρ）—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p v , 它们之间的关系为：p= p ′-p a p v =│p │（当p ＜0时p v 存在）相对压强:p=g ρh,可以是正值，也可以是负值。
要求掌握绝对压强、相对压强和真空度三者的概念和它们之间的转换关系。
c gpz =+ρd y d u μτ=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。
水力学总结
水力学总结水力学是研究流体力学中水流运动规律的学科，广泛应用于水利工程、环境工程等领域。
本文将对水力学的基本原理和应用进行总结。
一、水力学基本原理首先，要了解水力学，我们需要了解一些基本概念和原理。
核心原理之一是质量守恒定律，即在封闭系统中，质量不会凭空消失，也不会凭空产生。
在水力学中，我们通常研究的是连续介质的流动，因此质量守恒定律在水流运动中起着重要的作用。
其次，动量定理也是水力学中重要的原理之一。
根据牛顿第二定律，物体受到的合外力等于其质量乘以加速度。
在水力学中，我们通常将流体视为连续介质，在分析水流运动过程的时候，需要考虑其加速度、速度以及受力情况。
另外，能量守恒定律也是水力学中的重要原理。
在水力学中，我们通常将流体的能量分为位能、压力能和动能三种形式。
根据能量守恒定律，流体在运动过程中，总能量不会凭空消失，也不会凭空产生，能量只能从一种形式转化为另一种形式。
二、水力学应用水力学在各个领域都有广泛的应用。
以下将列举一些常见的应用领域和具体案例。
1. 水利工程水利工程是水力学应用最广泛的领域之一。
在水利工程中，水力学的主要任务是为水电站、水库和灌溉系统等设计提供理论支持和技术指导。
通过水力学的分析和计算，可以确定合适的水闸、水轮机和水渠等设备的参数，并优化设计方案，提高水利工程的效率和可靠性。
2. 水资源管理水资源是人类赖以生存和发展的重要资源，合理管理和利用水资源对于维护生态平衡和促进经济可持续发展至关重要。
水力学在水资源管理中起着重要作用，通过对水流动特性的研究和分析，可以制定科学的水资源利用方案，合理分配水资源，提高水资源利用效率。
3. 污水处理随着城市化进程的加快和工业生产的不断发展，污水处理成为一项紧迫的任务。
水力学在污水处理中的应用主要包括污水的输送、调蓄和处理等方面。
通过对污水流动的分析和研究，可以优化设计污水处理设备，提高处理效果，减少环境污染。
4. 自然灾害预防水力学在自然灾害预防中也发挥着重要的作用。
水力学复习资料
呈单一的降落曲线。 实用堰流：th 宽顶堰流： 水流在重力作用下自由跌落。 h䁥 h䁥h由于堰坎加厚，水舌下缘与堰顶呈面接触，水舌受到堰顶的约束和顶托。
向的约束，过水断面减小，流速增大，由于动能增加，势能剑侠，再加上水流进入堰顶时的局部损失， 所以进口出出现跌落。
缓流:水流断面平均流速小于微波相对速度，Fr 小于 1，水深大于临界水深。 临界流:干扰波恰不能向上传播，Fr 等于 1，水深等于临界水深。 判断方法①当 v＜vw，水流为缓流，干扰波能向上游传播 当 v＝vw，水流为临界流，干扰波恰不能向上游传播 当 v＞vw，水流为急流，干扰波不能向上游传播 ②当 Fr＜1，水流为缓流 当 Fr＝1，水流为临界流 当 Fr＞1，水流为急流 ③当 dh ＞ ，水流为缓流
第三章 液体运动的流束理论
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 恒定流：如果在流场中任何空间点上所有的运动要素都不随时间而改变，这种水流称为恒定流。 非恒定流： 如果流场中任何空间点上有任何一个运动要素是随时间而变化的， 这种水流称为恒定流。 流线：某一瞬时在流场中绘出的一条曲线，在该曲线上所有各点的速度向量都与该曲线相切。 迹线：某一液体质点在运动过程中，不同时刻所流经的空间点所连成的线称为迹线。 恒定流时流线的形状和位置不随时间改变；恒定流时液体质点运动的迹线与流线相重合。 均匀流：当水流的流线为相互平行 的直线 时，该水流称为均匀流。 ．．．． ．． 非均匀流：若水流的流线不是相互平行的直线该水流称为非均匀流。 均匀流特性：①过水断面的形状和尺寸沿程不变②断面平均流速相等③均匀流过水断面上的动水压强 分布规律与静水压强分布规律相同，即在同一断面上各点测压管水头为一常数。 渐变流：水流的流线的曲率半径很大，过水断面上动水压强的分布规律可近似看作与静水压强分布规 律相同。 急变流：若水流的流线之间夹角很大或者流线的曲率半径很小，这种水流称为急变流。
水力学知识点
知识点 第0章 绪论1. 连续介质2.实际流体模型由质点组成的连续体,具有：易流动性、粘滞性、不可压缩性、不计表面张力的性质.3.粘滞性：牛顿内摩擦定律 dydu μτ= 4.理想流体模型：不考虑粘滞性。
5.作用在液体上的力：质量力、表面力例：1.在静水中取一六面体，分析其所受的外力：作用在该六面体上的力有 （ ）（a ）切向力、正压力 (b) 正压力(c) 正压力、重力 (d) 正压力、切向力、重力2.在明渠均匀流中取一六面体，其所受的外力：作用在该六面体上有 （ ）（a ）切向力、正压力 (b) 正压力(c) 正压力、重力 (d) 正压力、切向力、重力3. 理想流体与实际流体的区别仅在于，理想流体具有不可压缩性。
（ ）第1章 水静力学1.静压强的特性(1)垂直指向受压面。
(2)在同一点各方向的静压强大小与受压面方位无关. 2.等压面：等压面是水平面的条件 3.水静力学基本方程2. 基本概念位置水头、压强水头、测压管水头 、绝对压强、相对压强、真空压强。
C gpz =+ρghp p ρ+=03. 静压强分布图 5.点压强的计算利用：等压面、静压强基本方程。
解题思路：① 找等压面② 找已知点压强③利用静压强基本方程推求。
6 作用在平面上的静水总压力图解法：Ω=b P解析法：A gh Pc ρ= 7. 作用在曲面上的静水总压力关键：压力体画法以曲面为底面，向自由液面（自由液面延长面）投影，曲面、铅锤面、自由液面所包围的水体为压力体。
压力体与水在同一侧为实压力体，铅锤分力方向向下。
反之，为虚压力体，铅锤分力方向向上。
例 1. 流体内部某点存在真空，是指 （ ）（a ）该点的绝对压强为正值 （b ）该点的相对压强为正值 （c ）该点的绝对压强为负值 （d ）该点的相对压强为负值2. 流体内部某点压强为2个大气压，用液柱高度为 （ ）a) 10米水柱 b) 22米水柱 c)20米水柱 d)25米水柱3. 无论流体作何种运动，流体内任何一个水平面都是等压面。
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。
水力学知识点
知识点 第0章 绪论1. 连续介质2.实际流体模型由质点组成的连续体,具有：易流动性、粘滞性、不可压缩性、不计表面张力的性质.3.粘滞性：牛顿内摩擦定律 dydu μτ= 4.理想流体模型：不考虑粘滞性。
5.作用在液体上的力：质量力、表面力例：1.在静水中取一六面体，分析其所受的外力：作用在该六面体上的力有 （ ）（a ）切向力、正压力 (b) 正压力(c) 正压力、重力 (d) 正压力、切向力、重力2.在明渠均匀流中取一六面体，其所受的外力：作用在该六面体上有 （ ）（a ）切向力、正压力 (b) 正压力(c) 正压力、重力 (d) 正压力、切向力、重力3. 理想流体与实际流体的区别仅在于，理想流体具有不可压缩性。
（ ）第1章 水静力学1.静压强的特性(1)垂直指向受压面。
(2)在同一点各方向的静压强大小与受压面方位无关. 2.等压面：等压面是水平面的条件 3.水静力学基本方程2. 基本概念位置水头、压强水头、测压管水头 、绝对压强、相对压强、真空压强。
C gpz =+ρghp p ρ+=03. 静压强分布图 5.点压强的计算利用：等压面、静压强基本方程。
解题思路：① 找等压面② 找已知点压强③利用静压强基本方程推求。
6 作用在平面上的静水总压力图解法：Ω=b P解析法：A gh Pc ρ= 7. 作用在曲面上的静水总压力关键：压力体画法以曲面为底面，向自由液面（自由液面延长面）投影，曲面、铅锤面、自由液面所包围的水体为压力体。
压力体与水在同一侧为实压力体，铅锤分力方向向下。
反之，为虚压力体，铅锤分力方向向上。
例 1. 流体内部某点存在真空，是指 （ ）（a ）该点的绝对压强为正值 （b ）该点的相对压强为正值 （c ）该点的绝对压强为负值 （d ）该点的相对压强为负值2. 流体内部某点压强为2个大气压，用液柱高度为 （ ）a) 10米水柱 b) 22米水柱 c)20米水柱 d)25米水柱3. 无论流体作何种运动，流体内任何一个水平面都是等压面。
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1 知识点 第0章 绪论 1. 连续介质 2.实际流体模型 由质点组成的连续体,具有：易流动性、粘滞性、不可压缩性、不计表面张力的性质.
3.粘滞性：牛顿内摩擦定律 dydu 4.理想流体模型：不考虑粘滞性。 5.作用在液体上的力：质量力、表面力 例：1.在静水中取一六面体，分析其所受的外力：作用在该六面体上的力有 （ ）
（a）切向力、正压力 (b) 正压力 (c) 正压力、重力 (d) 正压力、切向力、重力 2.在明渠均匀流中取一六面体，其所受的外力：作用在该六面体上有 （ ） （a）切向力、正压力 (b) 正压力 (c) 正压力、重力 (d) 正压力、切向力、重力 3. 理想流体与实际流体的区别仅在于，理想流体具有不可压缩性。 （ ） 第1章 水静力学 1.静压强的特性 (1)垂直指向受压面。 (2)在同一点各方向的静压强大小与受压面方位无关. 2.等压面：等压面是水平面的条件 3.水静力学基本方程
2. 基本概念 位置水头、压强水头、测压管水头 、绝对压强、相对压强、真空压强。
Cgpzghpp
0 2
3. 静压强分布图 5.点压强的计算 利用：等压面、静压强基本方程。 解题思路：① 找等压面 ② 找已知点压强 ③利用静压强基本方程推求。
6 作用在平面上的静水总压力
图解法：bP
解析法：AghPc AyIyycccD 7. 作用在曲面上的静水总压力 关键：压力体画法 以曲面为底面，向自由液面（自由液面延长面）投影，曲面、铅锤面、自由液面所包围的水体为压力体。压力体与水在同一侧为实压力体，铅锤分力方向向下。反之，为虚压力体，铅锤分力方向向上。
例 1. 流体内部某点存在真空，是指 （ ） （a）该点的绝对压强为正值 （b）该点的相对压强为正值 （c）该点的绝对压强为负值 （d）该点的相对压强为负值 2. 流体内部某点压强为2个大气压，用液柱高度为 （ ） a) 10米水柱 b) 22米水柱 c)20米水柱 d)25米水柱 3. 无论流体作何种运动，流体内任何一个水平面都是等压面。 （ ）
第2章 液体运动的流束理论 1.描述流体运动的两种方法：拉格朗日(Lagrange)法、欧拉(Euler)法 3
2.基本概念 迹线和流线、流管、元流、总流和过水断面、流量和断面平均流速、一元流、二元流和三元流、恒定流与非恒定流、均匀流与非均匀流；渐变流、急变流。 3.不可压缩均质流体连续性方程
0zuyux
uzyx
4.恒定总流连续方程：2211
vAvA
5.理想流体元流的能量方程
gugpzgugpz2222222111
6.实际流体元流的能量方程 '2222211122whgugpzgugpz
7.实际流体恒定总流能量方程 21222222111122whgvgpzgvgpz
21222222111122whgvgpzHgvgpz
能量方程应用注意事项（三选） （1）基准面：（可任选，以方便为原则） （2）过流断面：（必须是均匀流或渐变流断面，中间可为急变流） （3）计算点：（可任选，以方便为原则） 8.恒定总流动量方程
FvvQ)(1122
分量形式： xxxFvvQ)(2122 4
yyyFvvQ)(2122
zzzFvvQ)(2122 9. 动量方程应用注意事项 （1）选择脱离体（控制面） （2）建立坐标系 （3）全面分析外力 （4）动量方程为矢量式，流速、力均有方向。 （5）方程左边为所取流段的动量的变化率，一定是流出的动量减去流入的动量。 10. 三大方程联合应用
（1） （2） 11.定理 对于任一物理过程，存在有n个物理量，总可以写成函数 0),,(321nqqqqf
若选择其中m个物理量作为基本量，（流体力学中一般3m，一个几何量，一个运动量，一个动力量），其他的物理量可以用这3个基本量表示，写为无量
纲的式，共写出)3(n个有效 式，
3214
4qqq
q 5
此物理过程可写为：0)....,(654nF 通过量纲和谐原理建立其物理量之间的关系，此乃定理。 例.1. 在水箱上接出一条等直径圆管，末端设有阀门已控制流量，若水箱内水面
不随时间变化、当阀门开度一定时，管中水流为 （ ） (a)恒定均匀流 （b）恒定非均匀流 （c）非恒定均匀流 （d）非恒定非均匀流 2. 恒定流一定是均匀流。 （ ） 3.在恒定流情况下，流线与迹线重合。 （ ） 第3章 液流型态与水头损失 1.液体流动的两种型态 层流：流体质点互不掺混，做有条不紊的规则运动。 紊流：流体质点互相掺混，形成涡体，做杂乱无章的运动。 1. 流态的判别 — 雷诺数
管流：vdRe 非圆管或明渠水流：vRRe 2000Rec 500Rec
2.水头损失
达西公式：gvdlhf22 3.均匀流基本公式固体边界：gRJ0 流体内部：JgR' 4.圆管过水断面上切应力的分布
00r
r
2. 圆管中的层流运动 切应力：dydu
断面流速分布： )(4220rrgJu 6
最大流速：（管轴线上） 20max4rgJu 断面平均流速： max20218urgJv
gvdlhf3Re642 令 Re64 gvdlhf32 6.紊流的特征 紊流中运动要素的脉动
瞬时流速：')(xxxuutu
时均流速： ')(1xxxxuudttuTu
脉动流速：xxxuuu' 7.紊流附加切应力 21
22)(dyduldydu
8.紊流流速分布
cyvuln1
对数曲线分布，流速分布均匀化了。此即0.1，0.1的原因。 9.粘流底层 7
受粘滞力作用，有一极薄层流体附在管壁上不流动；在靠近固体边界附近的液层做层流运动，称之为粘性底层。粘性底层的厚度用表示。粘性底层的厚度不是一成不变的，与直径、雷诺数、粗糙度有关。 10. 紊流分区绝对粗糙度 K 粘性底层 紊流流核 （1）水力光滑区 4.0K （2）过渡粗糙区 64.0K （3）粗糙区（阻力平方区）6K
11.尼古拉兹实验 I区，Re<2300，层流区 λ=f (Re)， II区，Re=2300~4000， 层流到紊流过渡区λ= f (Re,K/d)
III区，1054000，紊流水力光滑 区 λ=f (Re). 8
IV区，过渡粗糙区，λ=f (Re、K/d). V区，粗糙管，λ=f (K/d). ‘阻力平方区’。
12. 局部损失计算公式： gvhj22 突然放大局部损失计算公式的推导。
gvvhj2)(221
gvgvAAhgvgvAAhjj22)1(22)1(22222212
21121221
212222111AAAA1)()(
等直径圆管中紊流的过流断面流速分布是 （ ） (a)呈抛物线分布 (b) 呈对数线分布 (c)呈椭圆曲线分布 (d) 呈双线分布 2. 壁面粗糙的管道一定是水力粗糙管。 （ ） 3. 在进行水力计算时，短管是指管道几何长度较短的管道。 （ ） 4. 临界雷诺数的大小仅与流体的流速有关，与流体的性质无关。 （ ） 5. 圆管中层流与紊流，其断面流速分布有什么不同？试根据尼古拉兹试验,说明紊流各区沿程阻力系数与Re和dK的关系？ 7. 层流与紊流的内部切应力有何不同？ 第4章 有压管中的恒定流 1.孔口分类： （1）大孔口与小孔口 （大孔口10dH；小孔口10dH） （2）薄壁孔口与厚壁孔口 9
（3）自由出流与淹没出流 （4）恒定出流与非恒定出流 2.薄壁小孔口恒定出流
流量公式：02gHAQ 3.管嘴出流
流量公式：02gHAQn 32.1
n，
收缩断面压强：075.0Hpc 管嘴工作条件：(a)dl)4~3(；(b)mH90(水柱) 4.短管的水力计算
流量公式：