考研水力學(xué)復(fù)習(xí)要點(diǎn)

1、one緒 論1、水力學(xué)的任務(wù):一、研究液體（主要是水）的平衡。二、液體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及其實(shí)際應(yīng)用。2、液體的主要物理性質(zhì)：2.1、慣性、質(zhì)量與密度 慣性力：當(dāng)液體受外力作用使運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，由于液體的慣性引起對(duì)外界抵抗的反作用力。 fm*a 單位：n 量綱：mlt-2 密度：是指單位體積液體所含有的質(zhì)量。國(guó)際單位：kg/m3 量綱：ml-3 一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，溫度為4，蒸餾水密度為1000 kg/m3 。 2.2萬(wàn)有引力特性與重力 萬(wàn)有引力：是指任何物體之間相互具有吸引力的性質(zhì)，其吸引力稱(chēng)為萬(wàn)有引力。重力：地球?qū)ξ矬w的引力稱(chēng)為重力，或稱(chēng)為重量。2.3粘滯性與粘滯系數(shù) 當(dāng)液體處在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，

2、若液體質(zhì)點(diǎn)之間存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則質(zhì)點(diǎn)間要產(chǎn)生內(nèi)摩擦力抵抗其相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這種性質(zhì)稱(chēng)為液體的粘滯性，此內(nèi)摩擦力又稱(chēng)為粘滯力。 牛頓內(nèi)摩擦定律： ：流速梯度。 ：剪切變形速度。動(dòng)力粘滯系數(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)粘度，隨液體種類(lèi)不同而異的比例系數(shù)。國(guó)際單位 ：牛頓秒米2牛頓內(nèi)摩擦定律：作層流運(yùn)動(dòng)的液體，相鄰液層間單位面積上所作用的內(nèi)摩擦力（或粘滯力），與流速梯度成正比，同時(shí)與液體的性質(zhì)有關(guān)。牛頓內(nèi)磨擦定律適用條件：只能適用于牛頓流體。2.4壓縮性及壓縮率2.5 表面張力 表面張力僅在自由表面存在，液體內(nèi)部并不存在。大小：用表面張力系數(shù) 來(lái)度量。單位：牛頓米（n/m）。3、連續(xù)介質(zhì)和理想液體、實(shí)際液體的概念3.1連續(xù)介質(zhì)

3、： 即假設(shè)液體是一種連續(xù)充滿(mǎn)其所占據(jù)空間毫無(wú)空隙的連續(xù)體。3.2理想液體：就是把水看作絕對(duì)不可壓縮、不能膨脹、沒(méi)有粘滯性、沒(méi)有表面張力的連續(xù)介質(zhì)。3.3有沒(méi)有考慮粘滯性：是理想液體和實(shí)際液體的最主要差別。4、作用于液體上的力4.1表面力：作用于液體的表面，并與受作用的表面面積成比例的力。例如摩擦力、水壓力。4.2質(zhì)量力：是指通過(guò)所研究液體的每一部分質(zhì)量而作用于液體的、其大小與液體的質(zhì)量成比例的力。如重力、慣性力。5、水力學(xué)的研究方法5.1理論分析 5.2科學(xué)實(shí)驗(yàn)。包括原型觀測(cè)、模型試驗(yàn)、系統(tǒng)試驗(yàn)。5.3數(shù)值計(jì)算two水靜力學(xué)1、靜水壓強(qiáng)及其特性 取微小面積 ，令作用于 的靜水壓力為 靜水壓強(qiáng)的

4、兩個(gè)重要特性：1.1靜水壓強(qiáng)的方向與受壓面垂直并指向受壓面。1.2任一點(diǎn)靜水壓強(qiáng)的大小和受壓面方向無(wú)關(guān)，或者說(shuō)作用于同一點(diǎn)上各方向的靜水壓強(qiáng)大小相等。2、等壓面：靜水壓強(qiáng)值相等的點(diǎn)連接成的面（可能是平面也可能是曲面）。 等壓面性質(zhì)： 2.1在平衡液體中等壓面即是等勢(shì)面。2.2等壓面與質(zhì)量力正交。3、重力作用下靜水壓強(qiáng)的基本公式 自由面上的氣體壓強(qiáng)。 不可壓縮均質(zhì)液體平衡微分方程4、絕對(duì)壓強(qiáng)與相對(duì)壓強(qiáng)、真空度4.1絕對(duì)壓強(qiáng) 設(shè)想沒(méi)有大氣存在的絕對(duì)真空狀態(tài)作為零點(diǎn)計(jì)量的壓強(qiáng)，稱(chēng)為絕對(duì)壓強(qiáng)。總是正的。4.2相對(duì)壓強(qiáng)把當(dāng)?shù)卮髿鈮鹤鳛榱泓c(diǎn)計(jì)量的壓強(qiáng)，稱(chēng)為相對(duì)壓強(qiáng)。可正可負(fù)。以 表示絕對(duì)壓強(qiáng)，p表示相對(duì)壓

5、強(qiáng)， 則表示當(dāng)?shù)氐拇髿鈮簭?qiáng)。則有 4.3相對(duì)壓強(qiáng)為負(fù)值時(shí)，則稱(chēng)該點(diǎn)存在真空。真空度是指該點(diǎn)絕對(duì)壓強(qiáng)小于當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)的數(shù)值。5、壓強(qiáng)的液柱表示法，水頭與單位勢(shì)能 98kpa =1個(gè)工程大氣壓（at） 10m水柱 736mm水銀柱靜水壓強(qiáng)的基本方程式 z：位置水頭，靜止液體內(nèi)任意點(diǎn)在參考坐標(biāo)平面以上的幾何高度。 測(cè)壓管水頭。 壓強(qiáng)水頭，是該點(diǎn)的測(cè)壓管內(nèi)液柱高度。 代表了單位重量液體所具有的位能。代表單位重量液體所具有的壓能。方向，與液體同側(cè)朝下，與液體不同側(cè)朝上。6、曲面靜水總壓力 垂直分力 v：壓力體柱體體積水平分力7、靜水壓強(qiáng)分布圖、平面上的靜水總壓力相對(duì)壓強(qiáng)分布圖絕對(duì)壓強(qiáng)分布圖平面上的靜水總

6、壓力計(jì)算three液體運(yùn)動(dòng)的流束理論1、描述液體運(yùn)動(dòng)的兩種方法1.1拉格朗日法以研究個(gè)別液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)每個(gè)液體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究來(lái)獲得整個(gè)液體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律性。所以這種方法又可叫做質(zhì)點(diǎn)系法。1.2歐拉法 是以考察不同液體質(zhì)點(diǎn)通過(guò)固定的空間點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況來(lái)了解整個(gè)流動(dòng)空間的流動(dòng)情況，即著眼于研究各種運(yùn)動(dòng)要素的分布場(chǎng)，所以這種方法又叫做流場(chǎng)法。2、液體運(yùn)動(dòng)的一些基本概念 2.1恒定流：在流場(chǎng)中，任何空間點(diǎn)上所有的運(yùn)動(dòng)要素都不隨時(shí)間而改變。 2.2非恒定流：流場(chǎng)中任何點(diǎn)上有任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)要素是隨時(shí)間而變化的。 2.3跡線(xiàn)：某一液體質(zhì)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，不同時(shí)刻所流經(jīng)的空間點(diǎn)所連成的線(xiàn)稱(chēng)為跡線(xiàn)，即液

7、體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)所走過(guò)的軌跡線(xiàn)。 2.4流線(xiàn)：是某一瞬時(shí)在流場(chǎng)中繪出的一條曲線(xiàn)，在該曲線(xiàn)上所有各點(diǎn)的速度向量都與該曲線(xiàn)相切。 流線(xiàn)的基本特性2.4.1恒定流時(shí)，流線(xiàn)的形狀和位置不隨時(shí)間而改變。 2.4.2恒定流時(shí)液體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的跡線(xiàn)與流線(xiàn)相重合。 2.4.3流線(xiàn)不能相交。2.5總流：任何一個(gè)實(shí)際水流都具有一定規(guī)模的邊界，這種有一定大小尺寸的實(shí)際水流稱(chēng)為總流。總流可以看作是由無(wú)限多個(gè)微小流束所組成。2.6過(guò)水?dāng)嗝妫号c微小流束或總流的流線(xiàn)成正交的橫斷面稱(chēng)為過(guò)水?dāng)嗝妗Ｔ撁娣eda或a稱(chēng)為過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，單位m2。注意：過(guò)水?dāng)嗝婵蔀槠矫嬉部蔀榍妗?.7流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)某一過(guò)水?dāng)嗝娴囊后w體積稱(chēng)為流量。流量常

8、用的單位為 米秒（m3/s），符號(hào)表示。2.8斷面平均流速：，是一個(gè)想象的流速，如果過(guò)水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)的流速都相等并等于，此時(shí)所通過(guò)的流量與實(shí)際上流速為不均勻分布時(shí)所通過(guò)的流量相等，則流速就稱(chēng)為斷面平均流速。2.9凡水流中任一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)要素只與一個(gè)空間自變量有關(guān)，這種水流稱(chēng)為一元流。 流場(chǎng)中任何點(diǎn)的流速和兩個(gè)空間自變量有關(guān)，此種水流稱(chēng)為二元流。 若水流中任一點(diǎn)的流速，與三個(gè)空間位置變量有關(guān)，這種水流稱(chēng)為三元流。微小流束為一元流；過(guò)水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)的流速用斷面平均流速代替的總流也可視為一元流；寬直矩形明渠為二元流；大部分水流的運(yùn)動(dòng)為三元流。2.10均勻流：當(dāng)水流的流線(xiàn)為相互平行的直線(xiàn)時(shí)，該水流稱(chēng)為均勻流。

9、2.11非均勻流：若水流的流線(xiàn)不是相互平行的直線(xiàn)該水流稱(chēng)為非均勻流。2.11.1漸變流：當(dāng)水流的流線(xiàn)雖然不是相互平行直線(xiàn)，但幾乎近于平行直線(xiàn)時(shí)稱(chēng)為漸變流（緩變流）。漸變流的極限情況就是均勻流。 2.11.2急變流：若水流的流線(xiàn)之間夾角很大或者流線(xiàn)的曲率半徑很小，這種水流稱(chēng)為急變流。注意：漸變流動(dòng)水壓強(qiáng)服從靜水壓強(qiáng)分布；而急變流動(dòng)水壓強(qiáng)分布特性復(fù)雜。3、恒定一元流微小流束的連續(xù)性方程 進(jìn)而推出總流連續(xù)性方程：流量 u1、u 2是流束兩端端面da1,da2的流速，v1，v2也是過(guò)水?dāng)嗝娴钠骄魉佟?、不可壓縮實(shí)際液體就恒定流微小流束的能量方程式 單位重量液體從斷面1-1流至斷面2-2所失的能量將上

10、式積分，得出恒定總流能量方程：代表過(guò)水?dāng)嗝嫔蠁挝恢亓恳后w所具有的平均動(dòng)能，一般稱(chēng)為流速水頭。 為單位重量液體從一個(gè)過(guò)水?dāng)嗝媪髦亮硪粋€(gè)過(guò)水?dāng)嗝婵朔髯枇ψ鞴λ鶕p失的平均能量，一般稱(chēng)為水頭損失。水力學(xué)中，習(xí)慣把單位重量液體所具有總機(jī)械能成為總水頭， 用 表示。應(yīng)用恒定總流能量方程式的條件及注意之點(diǎn)： 4.1水流必須是恒定流。 4.2作用于液體上的質(zhì)量力只有重力。 4.3在所選的兩個(gè)過(guò)水?dāng)嗝嫔?，水流?yīng)符合漸變流條件，但在所取的兩個(gè)斷面之間，水流可以不是漸變流。 4.4在所取的兩過(guò)水?dāng)嗝嬷g，流量保持不變，其間沒(méi)有流量加入或分出。5、恒定總流動(dòng)量方程 動(dòng)量修正系數(shù)，常采用 在直角坐標(biāo)系中的投影為：應(yīng)

11、用動(dòng)量方程式時(shí)要注意以下各點(diǎn)： 5.1動(dòng)量方程式是向量式，因此，必須首先選定投影軸，標(biāo)明正方向，其選擇以計(jì)算方便為宜。 5.2控制體一般取整個(gè)總流的邊界作為控制體邊界，橫向邊界一般都是取過(guò)水?dāng)嗝妗?.3動(dòng)量方程式的左端，必須是輸出的動(dòng)量減去輸入的動(dòng)量，不可顛倒。5.4對(duì)欲求的未知力，可以暫時(shí)假定一個(gè)方向，若所求得該力的計(jì)算值為正，表明原假定方向正確，若所求得的值為負(fù)，表明與原假定方向相反。 5.5動(dòng)量方程只能求解一個(gè)未知數(shù)，若方程中未知數(shù)多于一個(gè)時(shí)，必須借助于和其他方程式（如連續(xù)性方程、能量方程）聯(lián)合求解。6、總水頭線(xiàn)和測(cè)壓管水頭線(xiàn)總水頭線(xiàn)，就是總水頭h的值的連線(xiàn)。測(cè)壓管水頭線(xiàn)，是各斷面值的連

12、線(xiàn)。對(duì)于河渠中的漸變流，其測(cè)壓管水頭線(xiàn)就是水面線(xiàn)four液體流動(dòng)形態(tài)及水頭損失1、 水頭損失的本質(zhì)和分類(lèi)粘滯性是液流產(chǎn)生水頭損失的決定因素。水頭損失：?jiǎn)挝恢亓康囊后w自一斷面流至另一斷面所損失的機(jī)械能。 分類(lèi)： (1) 沿程水頭損失; (2)局部水頭損失。沿程水頭損失：水頭損失是沿程都有并隨沿程長(zhǎng)度增加。局部水頭損失：局部區(qū)域內(nèi)液體質(zhì)點(diǎn)由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生較大能量損失。常用hj表示。2、 均勻流沿程損失與切應(yīng)力關(guān)系、達(dá)西公式達(dá)西公式（明渠）（圓管）沿程阻力系數(shù) 3、 實(shí)際液體運(yùn)動(dòng)兩種形態(tài)：層流和紊流（湍流）。雷諾數(shù)的物理意義。 雷諾數(shù)： v：運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)，查表值雷諾實(shí)驗(yàn)表明層流與紊流（湍流）的主要區(qū)

13、別在于紊流（湍流）時(shí)各流層之間液體質(zhì)點(diǎn)有不斷地互相混摻作用，而層流則無(wú)。雷諾數(shù)是表征慣性力與粘滯力的比值。對(duì)圓管： 對(duì)明渠及天然河道 一般，大于下臨界雷諾數(shù)是湍流，小于它的是層流。4、圓管層流過(guò)水?dāng)嗝嫔系牧魉俜植肌⒀爻趟^損失計(jì)算。流速分布公式圓管層流的沿程水頭損失可得沿程阻力系數(shù)與雷諾系數(shù)關(guān)系 5、湍流的特征湍流的基本特征是許許多多大小不等的渦體相互混摻前進(jìn)，它們的位置、形態(tài)、流速都在時(shí)刻不斷地變化。附加切應(yīng)力湍流時(shí)均切應(yīng)力 看作是由兩部分所組成： 第一部分為由相鄰兩流層間時(shí)間平均流速相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的粘滯切應(yīng)力 ； 第二部分為純粹由脈動(dòng)流速所產(chǎn)生的附加切應(yīng)力 。 湍流中存在粘性底層 紊流中緊

14、靠固體邊界表面有一層極薄的層流層存在，該層流層叫粘性底層。在粘性底層以外的液流才是紊流。粘性底層厚度 ，隨雷諾系數(shù)增大而減小。6、沿程水頭損失的經(jīng)驗(yàn)公式謝齊公式 謝齊(chzy)總結(jié)明渠均勻流實(shí)測(cè)資料，提出計(jì)算均勻流的經(jīng)驗(yàn)公式 式中 c為謝齊系數(shù)，單位 r=a/x斷面水力半徑，j水力坡度 曼寧公式 ，n為粗糙系數(shù)，也稱(chēng)糙率，需查表，是表征邊界表面影響水流阻力的各種因素的一個(gè)綜合系數(shù)。 7、局部水頭損失 對(duì)管道突然擴(kuò)大 five有壓管中的恒定流1、有壓管道流動(dòng)的特點(diǎn)及分類(lèi) 有壓管道：管道周界上的各點(diǎn)均受到液體壓強(qiáng)的作用。 管道根據(jù)其布置情況可分為：簡(jiǎn)單管道與復(fù)雜管道。復(fù)雜管道又可分為：串聯(lián)管道、

15、并聯(lián)管道、分叉管道、均勻泄流管道。根據(jù)hf與hj兩種水頭損失在損失中所占比重的大小，將管道分為長(zhǎng)管及短管兩類(lèi)。短管：沿程與局部水頭損失均須考慮長(zhǎng)管：局部水頭損失與流速水頭可略2、簡(jiǎn)單管道水力計(jì)算的基本公式、及水頭線(xiàn)繪制 簡(jiǎn)單管道：指管道直徑不變且無(wú)分支的管道。簡(jiǎn)單管道的水力計(jì)算可分為自由出流和淹沒(méi)出流。自由出流：管道出口，水流入大氣，水股四周都受大氣壓強(qiáng)作用。忽略行近流速水頭av2/2g時(shí)，流量計(jì)算公式變?yōu)檠蜎](méi)出流：管道出口淹沒(méi)在水下稱(chēng)為淹沒(méi)出流。當(dāng)忽略掉行近流速水頭時(shí)，流量計(jì)算公式為以上都是短管的計(jì)算方式six明渠恒定流1、明渠水流的特點(diǎn)和分類(lèi)明渠是人工修建或自然形成的具有自由表面的渠槽。明

16、渠水流分類(lèi)：明渠恒定流和明渠非恒定流明渠恒定流又分為：明渠均勻流、明渠非均勻流常見(jiàn)的過(guò)水?dāng)嗝娴乃σ?、明渠均勻流特性及其產(chǎn)生條件 一、明渠均勻流的特性：1.均勻流過(guò)水?dāng)嗝娴男螤?、尺寸沿流程不變?2.過(guò)水?dāng)嗝嫔系牧魉俜植己蛿嗝嫫骄魉傺亓鞒滩蛔儭Ｒ蚨?，水流的?dòng)能修正系數(shù)及流速水頭也沿程不變。 3.總水頭線(xiàn)坡度、水面坡度、渠底坡度三者相等，即水流的總水頭線(xiàn)、水面線(xiàn)和渠底線(xiàn)三條線(xiàn)平行。 二、明渠均勻流的發(fā)生條件：1水流必須是恒定流。 2流量應(yīng)沿程不變，即無(wú)支流的匯入或分出。 3渠道必須是長(zhǎng)而直的棱柱體順坡明渠，粗糙系數(shù)沿程不變。 4渠道中無(wú)閘、壩或跌水等建筑物的局部干擾。 c是謝齊系數(shù)，k=a

17、cri是底坡 明渠均勻流的計(jì)算公式 k為流量模數(shù)，單位為（m3/s），它綜合反映明渠斷面形狀、尺寸和粗糙程度對(duì)過(guò)水能力的影響。3、水力最佳斷面。允許流速和糙率的確定。3.1.水力最佳斷面當(dāng)渠道的底坡、粗糙系數(shù)及過(guò)水?dāng)嗝娣e一定時(shí)，通過(guò)流量最大；或當(dāng)?shù)灼?、粗糙系?shù)及流量一定時(shí)，所需的過(guò)水?dāng)嗝娣e最小時(shí)的斷面。 x是濕周 工程中采用最多的是梯形斷面，（雖然半圓形斷面是水力最佳斷面，但施工困難。）其邊坡系數(shù) m 由邊坡穩(wěn)定要求確定。梯形水力最佳斷面的水力半徑等于水深的一半。 矩形水力最佳斷面的 及 過(guò)水?dāng)嗝娣e與濕周之比即為水力半徑。表達(dá)式為：r=a/x允許流速是為了保持渠道安全穩(wěn)定運(yùn)行在流速上的限制，包

18、括不沖流速v、不淤流速v和其它運(yùn)行管理要求的流速限制。4、明渠均勻流水力設(shè)計(jì)計(jì)算 對(duì)于梯形渠道，各水力要素間存在著下列函數(shù)關(guān)系 工程實(shí)踐中所提出的明渠均勻流的水力計(jì)算問(wèn)題，主要有下列幾種類(lèi)型： 1.已知渠道的斷面尺寸b、m、h及底坡i、粗糙系數(shù)n，求通過(guò)的流量（或流速）。 2.已知渠道的設(shè)計(jì)流量q、底坡i、底寬b、邊坡系數(shù)m和粗糙系數(shù)n，求水深h。 3.已知渠道的設(shè)計(jì)流量q、底坡i、水深h、邊坡系數(shù)m及粗糙系數(shù)n，求渠道底寬b。4.已知渠道的設(shè)計(jì)流量q，水深h、底寬b、粗糙系數(shù)n及邊坡系數(shù)m，求底坡i。5.已知流量q、流速v、底坡i、粗糙系數(shù)n和邊坡系數(shù)m，要求設(shè)計(jì)渠道斷面尺寸。具體可見(jiàn)p20

19、2頁(yè)5、粗糙度確定 當(dāng)渠道底部的粗糙系數(shù)小于側(cè)壁的粗糙系數(shù)時(shí)，按照下式計(jì)算 在一般情況下，也可以按照加權(quán)平均方法估算，即seven明渠恒定非均勻流1、明渠非均勻流的特點(diǎn)明渠非均勻流的特點(diǎn)是明渠的底坡線(xiàn)、水面線(xiàn)、總水頭線(xiàn)彼此互不平行。明渠水流三種狀態(tài)及判別： 明渠水流有和大氣接觸的自由表面，與有壓流不同，具有獨(dú)特的水流流態(tài)，即緩流、臨界流和急流三種。當(dāng)vvw時(shí)，水流為緩流，干擾波能向上游傳播。 是波速vw是波速當(dāng)vvw時(shí)，水流為臨界流，干擾波不能向上游傳播。 v是斷面平均水流。當(dāng)vvw時(shí)，水流為急流，干擾波不能向上游傳播。當(dāng)fr1，水流為緩流； 當(dāng)fr1，水流為臨界流； 當(dāng)fr1，水流為急流。

20、佛勞德數(shù) 佛汝（勞）德數(shù)的物理意義是： 過(guò)水?dāng)嗝鎲挝恢亓恳后w平均動(dòng)能與平均勢(shì)能之比的二倍開(kāi)平方。佛汝（勞）德數(shù)的力學(xué)意義是： 代表水流的慣性力和重力兩種作用的對(duì)比關(guān)系。 2、斷面比能、臨界水深 0-0為基準(zhǔn)面，則過(guò)水?dāng)嗝嫔蠁挝恢亓恳后w所具有的總能量為：把對(duì)通過(guò)渠底的水平面0-0所計(jì)算得到的單位能量稱(chēng)為斷面比能，并以 來(lái)表示實(shí)用上，因一般明渠底坡較小，可認(rèn)為 故常采用當(dāng)流量q和過(guò)水?dāng)嗝娴男螤罴俺叽缫欢〞r(shí)，斷面比能僅僅是水深的函數(shù)，即esf(h)，以圖表示則稱(chēng)為:比能曲線(xiàn)。 相應(yīng)于斷面單位能量最小值的水深稱(chēng)為臨界水深，以hk表示。2.1.矩形斷面明渠臨界水深的計(jì)算 為單寬流量2.2斷面為任意形狀時(shí)

21、，臨界水深的計(jì)算 （1）試算法 （2）圖解法 ，為緩流 ，為臨界流 ，為急流3、臨界底坡、緩坡與陡坡 均勻流正常水深 非均勻流水深 與 成反比 臨界水深明渠均勻流的正常水深h0恰好與臨界水深hk相等時(shí)，此坡度定義為臨界底坡ik。 為緩坡 為陡坡 為臨界坡當(dāng)渠道底坡自陡坡變?yōu)榫徠聲r(shí)，此時(shí)水流會(huì)產(chǎn)生一種水面突然躍起的特殊水力現(xiàn)象叫水躍。當(dāng)渠道底坡自緩坡變?yōu)槎钙聲r(shí)，渠道中均勻流由緩流變?yōu)榧绷鲿r(shí)，水流會(huì)產(chǎn)生水面降落現(xiàn)象，叫做水跌。4、棱柱體明渠中恒定非均勻漸變流水面曲線(xiàn) 棱柱體明渠非均勻漸變流微分方程式為：上式表明水深h沿流程s的變化是和渠道底坡i及實(shí)際水流的流態(tài)有關(guān)。按底坡性質(zhì) 分為正坡、平坡和逆坡

22、。 正坡明渠可分為緩坡、陡坡和臨界坡三種情況。 正坡明渠中，水流有可能做均勻流動(dòng)，因而存在正常水深h0，另一方面它也存在臨界水深。在平底及逆坡棱柱體明渠中，因不可能有均勻流，不存在正常水深 h0，僅存在臨界水深，所以只能畫(huà)出與渠底相平行的臨界水深線(xiàn)kk。下圖乃是平底和逆坡棱柱體明渠中kk線(xiàn)情況。 eight水躍與堰閘流動(dòng)1、水流由急流過(guò)渡到緩流，會(huì)產(chǎn)生一種水面突然躍起的特殊的局部水力現(xiàn)象，稱(chēng)為水躍。表面旋滾起點(diǎn)過(guò)水?dāng)嗝?-1稱(chēng)為躍前斷面，該斷面處水深稱(chēng)為躍前水深。表面旋滾末端的過(guò)水?dāng)嗝?-2稱(chēng)為躍后斷面，該斷面處的水深h2稱(chēng)為躍后水深。躍前、后水深之差稱(chēng)為躍高，之間的距離稱(chēng)為躍長(zhǎng)。棱柱體水躍方

23、程 水躍函數(shù) 水躍方程也可以寫(xiě)成在棱柱體水平明渠中，躍前水深h1與躍后水深h2具有相同的水躍函數(shù)值，兩個(gè)水深為共軛水深。2、棱柱體水平明渠中水躍的能量損失 很大的紊流附加切應(yīng)力使躍前斷面水流的大部分動(dòng)能在水躍段中轉(zhuǎn)化為熱能而消失。3、當(dāng)頂部閘門(mén)完全開(kāi)啟，閘門(mén)下緣脫離水面，閘門(mén)對(duì)水流不起控制作用時(shí)，水流從建筑物頂部自由下泄，這種水流狀態(tài)稱(chēng)為堰流。水流受閘門(mén)控制而從建筑物頂部與閘門(mén)下緣間孔口流出時(shí)，這種水流狀態(tài)叫做閘孔出流。工程上通常按照堰坎厚度與堰上水頭h的比值大小及水流的特征將堰流分作： 1）薄壁堰流：即 2）實(shí)用堰： 即 3）寬頂堰流：即 堰流的基本公式 實(shí)用堰流的水力計(jì)算 曲線(xiàn)型實(shí)用堰的剖

24、面形狀堰頂曲線(xiàn)bc對(duì)水流特性的影響最大，是設(shè)計(jì)曲線(xiàn)實(shí)用堰剖面形狀的關(guān)鍵。我國(guó)采用的剖面美國(guó)水道試驗(yàn)站wes型（現(xiàn)在常用） 當(dāng)矩形薄壁堰流為無(wú)側(cè)收縮，自由出流時(shí)，水流最為穩(wěn)定，測(cè)量精度也較高。所以用來(lái)量水的矩形薄壁堰應(yīng)使上游梁寬與堰寬相同；下游水位低于堰頂。4、閘孔出流的水力計(jì)算水力計(jì)算的任務(wù)：在一定閘前水頭下計(jì)算不同閘孔開(kāi)度時(shí)的泄流量；或根據(jù)已知的泄流量求所需的閘孔寬度b。 計(jì)算基本公式：式中： s淹沒(méi)系數(shù)（自由出流s1） 閘孔出流流量系數(shù) b 閘孔寬度 e 閘孔開(kāi)度 h0閘孔全水頭nine液體運(yùn)動(dòng)流場(chǎng)理論1、探索液體運(yùn)動(dòng)規(guī)律有流束理論和流場(chǎng)理論兩種不同的途徑。流束理論：將液體看作是一元流動(dòng)，

25、只考慮沿流束軸線(xiàn)方向的運(yùn)動(dòng)，而忽略與軸線(xiàn)垂直方向的橫向運(yùn)動(dòng)，因而不是液體運(yùn)動(dòng)的普遍理論。流場(chǎng)理論：把液體運(yùn)動(dòng)看作是充滿(mǎn)一定空間（流場(chǎng)）而由無(wú)數(shù)液體質(zhì)點(diǎn)組成的連續(xù)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)，研究流場(chǎng)中每個(gè)液體質(zhì)點(diǎn)的空間位置、流速、加速度、壓強(qiáng)等運(yùn)動(dòng)要素之間的關(guān)系。是研究液體的三元流動(dòng)，具有普遍意義。2、流速與加速度在時(shí)刻t，某一液體質(zhì)點(diǎn)通過(guò)漸變段上的a點(diǎn)，經(jīng)過(guò)時(shí)間dt該液體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到新的位置 。在時(shí)刻t，a點(diǎn)流速為 ， 點(diǎn)的流速為 。在時(shí)刻t+dt，a 點(diǎn)的流速變?yōu)?，而 點(diǎn)的流速則變?yōu)樵撘后w質(zhì)點(diǎn)通過(guò)a點(diǎn)時(shí)的加速度應(yīng)為式中第一項(xiàng)叫做時(shí)變加速度，第二項(xiàng)叫做位變加速度。3、流線(xiàn)與跡線(xiàn)流線(xiàn)方程 跡線(xiàn)微分方程 恒定流時(shí)，

26、跡線(xiàn)和流線(xiàn)重合。4、液體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的基本形式平行六面體的整個(gè)變化過(guò)程可看作是由下列幾種基本運(yùn)動(dòng)形式所組成。1）、位置平移。2)、線(xiàn)變形。3)、邊線(xiàn)偏轉(zhuǎn)：(1)角變形；(2) 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。線(xiàn)變形邊線(xiàn)偏轉(zhuǎn) 角變形 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)無(wú)渦流是液體質(zhì)點(diǎn)沒(méi)有繞自身軸旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)，也就應(yīng)滿(mǎn)足下列條件： 液體流動(dòng)時(shí)，有液體質(zhì)點(diǎn)存在繞自身軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)有渦流有渦流可用旋轉(zhuǎn)角速度的矢量來(lái)表征，引用所謂渦線(xiàn)、渦束等概念。渦線(xiàn)是某一瞬時(shí)在渦流場(chǎng)的一條幾何曲線(xiàn)，在這條曲線(xiàn)上各質(zhì)點(diǎn)在同一瞬時(shí)的旋轉(zhuǎn)角速度的矢量都與該曲線(xiàn)相切。渦線(xiàn)的作法與流線(xiàn)相似。5、液體運(yùn)動(dòng)上的連續(xù)性方程可壓縮液體非恒定流的連續(xù)性方程式對(duì)不可壓縮液體， 常數(shù)，因此得連續(xù)性方程式為或?qū)懽鱠iv u0，式中div u叫速度散量。6、理想液體運(yùn)動(dòng)微分方程式歐拉方程式理想液體動(dòng)水壓強(qiáng)的特性 第一，理想液體的動(dòng)水壓強(qiáng)總是沿著作用面