國(guó)電集團(tuán)招聘考試2-9-熱能工程與動(dòng)力類專業(yè)知識(shí)點(diǎn)--流體力學(xué)知識(shí)點(diǎn)講義整理

1、流體力學(xué)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)1 液體和氣體統(tǒng)稱為流體，流體的基本特性是具有流動(dòng)性，只要剪應(yīng)力存在流動(dòng)就持續(xù)進(jìn)行，流體在靜止時(shí)不能承受剪應(yīng)力。2 流體連續(xù)介質(zhì)假設(shè)：把流體當(dāng)做是由密集質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成的，內(nèi)部無(wú)空隙的連續(xù)體來(lái)研究。3 流體力學(xué)的研究方法：理論、數(shù)值、實(shí)驗(yàn)。4 作用于流體上面的力 （1）表面力：通過(guò)直接接觸，作用于所取流體表面的力。FPTAAV法向應(yīng)力pA周圍流體作用的表面力切向應(yīng)力 作用于A上的平均壓應(yīng)力 作用于A上的平均剪應(yīng)力 應(yīng)力為A點(diǎn)壓應(yīng)力，即A點(diǎn)的壓強(qiáng)法向應(yīng)力 為A點(diǎn)的剪應(yīng)力切向應(yīng)力 應(yīng)力的單位是帕斯卡（pa），1pa=1N/，表面力具有傳遞性。（2） 質(zhì)量力：作用在所取流體體積內(nèi)每個(gè)質(zhì)點(diǎn)上

2、的力，力的大小與流體的質(zhì)量成比例。（常見(jiàn)的質(zhì)量力：重力、慣性力、非慣性力、離心力） 單位為5 流體的主要物理性質(zhì)（1） 慣性：物體保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)。質(zhì)量越大，慣性越大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難改變。 常見(jiàn)的密度（在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下）： 4時(shí)的水 20時(shí)的空氣（2） 粘性huu+duUzydyx牛頓內(nèi)摩擦定律： 流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，相鄰流層間所產(chǎn)生的切應(yīng)力與剪切變形的速率成正比。即 以應(yīng)力表示粘性切應(yīng)力，是單位面積上的內(nèi)摩擦力。由圖可知 速度梯度，剪切應(yīng)變率（剪切變形速度）粘度是比例系數(shù)，稱為動(dòng)力黏度，單位“pa·s”。動(dòng)力黏度是流體黏性大小的度量，值越大，流體越粘，流動(dòng)性越差。運(yùn)動(dòng)粘度 單位：m2

3、/s 同加速度的單位說(shuō)明：1）氣體的粘度不受壓強(qiáng)影響，液體的粘度受壓強(qiáng)影響也很小。2）液體T 氣體T無(wú)黏性流體無(wú)粘性流體，是指無(wú)粘性即=0的液體。無(wú)粘性液體實(shí)際上是不存在的，它只是一種對(duì)物性簡(jiǎn)化的力學(xué)模型。（3） 壓縮性和膨脹性 壓縮性：流體受壓，體積縮小，密度增大，除去外力后能恢復(fù)原狀的性質(zhì)。 T一定，dp增大，dv減小 膨脹性：流體受熱，體積膨脹，密度減小，溫度下降后能恢復(fù)原狀的性質(zhì)。 P一定，dT增大，dV增大A 液體的壓縮性和膨脹性液體的壓縮性用壓縮系數(shù)表示 壓縮系數(shù)：在一定的溫度下，壓強(qiáng)增加單位P，液體體積的相對(duì)減小值。 由于液體受壓體積減小，dP與dV異號(hào)，加負(fù)號(hào)，以使為正值；其值

4、愈大，愈容易壓縮。的單位是“1/Pa”。（平方米每牛）體積彈性模量K是壓縮系數(shù)的倒數(shù)，用K表示，單位是“Pa” 液體的熱膨脹系數(shù)：它表示在一定的壓強(qiáng)下，溫度增加1度，體積的相對(duì)增加率。 單位為“1/K”或“1/” 在一定壓強(qiáng)下，體積的變化速度與溫度成正比。水的壓縮系數(shù)和熱膨脹系數(shù)都很小。P 增大 水的壓縮系數(shù)K減小 T升高 水的膨脹系數(shù)增大 B 氣體的壓縮性和膨脹性氣體具有顯著的可壓縮性，一般情況下，常用氣體（如空氣、氮、氧、CO2等）的密度、壓強(qiáng)和溫度三者之間符合完全氣體狀態(tài)方程，即 理想氣體狀態(tài)方程 P 氣體的絕對(duì)壓強(qiáng)（Pa）； 氣體的密度（Kg/cm3）； T 氣體的熱力學(xué)溫度（K）；

5、R 氣體常數(shù)；在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下， M為氣體的分子量，空氣的氣體常數(shù)R=287J/KgK。適用范圍：當(dāng)氣體在很高的壓強(qiáng)，很低溫度下，或接近于液態(tài)時(shí)，其不再適用。流體靜力學(xué)1 靜止流體具有的特性 （1） 應(yīng)力方向沿作用面的內(nèi)發(fā)現(xiàn)方向。 （2） 靜壓強(qiáng)的大小與作用面的方位無(wú)關(guān)。流體平衡微分方程歐拉 在靜止流體中，各點(diǎn)單位質(zhì)量流體所受表面力 和質(zhì)量力相平衡。 歐拉方程全微分形式： 2 等壓面：壓強(qiáng)相等的空間點(diǎn)構(gòu)成的面（平面或曲面）。 等壓面的性質(zhì)：平衡流體等壓面上任一點(diǎn)的質(zhì)量力恒正交于等壓面。 由等壓面的這一性質(zhì)，便可根據(jù)質(zhì)量力的方向來(lái)判斷等壓面的形狀。質(zhì)量力只有重力時(shí)，因重力的方向鉛垂向下，可知等壓面是

6、水平面。若重力之外還有其它質(zhì)量力作用時(shí)，等壓面是與質(zhì)量力的合力正交的非水平面。3 液體靜力學(xué)基本方程 P0P1P2Z1Z2 P靜止液體內(nèi)部某點(diǎn)的壓強(qiáng) h該點(diǎn)到液面的距離，稱淹沒(méi)深度 Z該點(diǎn)在坐標(biāo)平面以上的高度 P0液體表面壓強(qiáng)，對(duì)于液面通大氣的開(kāi)口容器，視為 大氣 壓強(qiáng)并以Pa表示 推論 （1）靜壓強(qiáng)的大小與液體的體積無(wú)關(guān) （2)兩點(diǎn)的的壓強(qiáng)差 等于兩點(diǎn)之間單位面積垂 直液柱的重量 （3）平衡狀態(tài)下，液體內(nèi)任意壓強(qiáng)的變化，等值的 傳遞到其他各點(diǎn)。液體靜力學(xué)方程三大意義 .位置水頭z：任一點(diǎn)在基準(zhǔn)面以上的位置高度，表示單位重量流體從某一基準(zhǔn)面算起所具有的位置勢(shì)能，簡(jiǎn)稱比位能，或單位位能或位置水頭

7、。 .壓強(qiáng)水頭： 表示單位重量流體從壓強(qiáng)為大氣壓算起所具有的壓強(qiáng)勢(shì)能，簡(jiǎn)稱比壓能或單位壓能或壓強(qiáng)水頭。 .測(cè)壓管水頭（ ）：?jiǎn)挝恢亓苛黧w的比勢(shì)能，或單位勢(shì)能或測(cè)壓管水頭。4 壓強(qiáng)的度量絕對(duì)壓強(qiáng)：以沒(méi)有氣體分子存在的完全真空為基準(zhǔn)起算的壓強(qiáng)，以符號(hào)pabs表示。（大于0）相對(duì)壓強(qiáng)：以當(dāng)?shù)卮髿鈮簽榛鶞?zhǔn)起算的壓強(qiáng)，以符號(hào)p表示。 （可正可負(fù)可為0） 真空：當(dāng)流體中某點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)小于大氣壓時(shí)， 則該點(diǎn)為真空，其相對(duì)壓強(qiáng)必為負(fù)值。真 空值與相對(duì)壓強(qiáng)大小相等，正負(fù)號(hào)相反（必小于0）相對(duì)壓強(qiáng)和絕對(duì)壓強(qiáng)的關(guān)系絕對(duì)壓強(qiáng)、相對(duì)壓強(qiáng)、真空度之間的關(guān)系 壓強(qiáng)單位壓強(qiáng)單位Pa N/m2kPa kN/m2mH2OmmHg

8、at換算關(guān)系9800098107361說(shuō)明：計(jì)算時(shí)無(wú)特殊說(shuō)明時(shí)液體均采用相對(duì)壓強(qiáng)計(jì)算，氣體一般選用絕對(duì)壓強(qiáng)。5 測(cè)量壓強(qiáng)的儀器（金屬測(cè)壓表和液柱式測(cè)壓計(jì)）。（1） 金屬測(cè)壓計(jì)測(cè)量的是相對(duì)壓強(qiáng) （彈簧式壓力表、真空表）（2） 液柱式測(cè)壓計(jì)是根據(jù)流體靜力學(xué)基本原理、利用液柱高度來(lái)測(cè)量壓強(qiáng)（差）的儀器。測(cè)壓管A點(diǎn)相對(duì)壓強(qiáng) 真空度 U形管測(cè)壓計(jì) 上式的圖形 傾斜微壓計(jì)壓差計(jì) 例8：在管道M上裝一復(fù)式U形水銀測(cè)壓計(jì)，已知測(cè)壓計(jì)上各液面及A點(diǎn)的標(biāo)高為：1=1.8m =0.6m，Ñ=2.0m，Ñ=1.0m，=Ñ=1.5m。試確定管中A點(diǎn)壓強(qiáng)。 6 作用在平面上的靜水總壓力圖算法

9、（1） 壓強(qiáng)分布圖 根據(jù)基本方程式： 繪制靜水壓強(qiáng)大?。唬?） 靜水壓強(qiáng)垂直于作用面且為壓應(yīng)力。圖算法的步驟是：先繪出壓強(qiáng)分布圖，總壓力的大小等于壓強(qiáng)分布圖的面積S，乘以受壓面的寬度b，即 P=bS 總壓力的作用線通過(guò)壓強(qiáng)分布圖的形心，作用線與受壓面的交點(diǎn)， 就是總壓力的作用點(diǎn) 適用范圍：規(guī)則平面上的靜水總壓力及其作用點(diǎn)的求解。 原理：靜水總壓力大小等于壓強(qiáng)分布圖的體積，其作用線通過(guò)壓 強(qiáng)分布圖的形心，該作用線與受壓面的交點(diǎn)便是壓心P。經(jīng)典例題 一鉛直矩形閘門，已知h1=1m，h2=2m，寬b=1.5m，求總壓力及其作用點(diǎn)。 梯形形心坐標(biāo): a上底，b下底  解： 總壓力為壓強(qiáng)分布圖

10、的體積： 作用線通過(guò)壓強(qiáng)分布圖的重心：解析法 總壓力 = 受壓平面形心點(diǎn)的壓強(qiáng)×受壓平面面積 合力矩定理：合力對(duì) 任一軸的力矩等于各分力對(duì)同一軸力矩之和 平行移軸定理 解：經(jīng)典例題 一鉛直矩形閘門，已知h1=1m，h2=2m，寬b=1.5m，求總壓力及其作用點(diǎn)。7 作用在曲面上的靜水壓力二向曲面具有平行母線的柱面 水平分力 作用在曲 面上的水平分力等于受壓面形心處的相對(duì)壓強(qiáng)PC與其在垂 直坐標(biāo)面oyz的投影面積Ax的乘積。 鉛垂分力 合力的大小 合力的方向 PX = 受壓平面形心點(diǎn)的壓強(qiáng) p c× 受壓曲面在 yoz 軸上的投影 AZPZ = 液體的容重×壓力體的

11、體積 V注明：P的作用線必然通過(guò)Px和Pz的交點(diǎn)，但這個(gè)交點(diǎn)不一定在曲面上，該作用線與曲面的交點(diǎn)即為總壓力的作用點(diǎn)壓力體壓力體分類：因Pz的方向（壓力體 壓力體和液面在曲面AB的同側(cè)，Pz方向向下 虛壓力體 壓力體和液面在曲面AB的異側(cè)，Pz方向向上）壓力體疊加 對(duì)于水平投影重疊的曲面，分開(kāi)界定壓力體，然后相疊加，虛、實(shí)壓力體重疊的部分相抵消。潛體全部浸入液體中的物體稱為潛體，潛體表面是封閉曲曲。浮體部分浸入液體中的物體稱為浮體。流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)1 基本概念： （1） 流體質(zhì)點(diǎn)(particle)：體積很小的流體微團(tuán)，流體就是由這種流體微團(tuán)連續(xù)組成的。 （2） 空間點(diǎn): 空間點(diǎn)僅僅是表示空間位置

12、的幾何點(diǎn)，并非實(shí)際的流體微團(tuán)。 （3） 流場(chǎng)：充滿運(yùn)動(dòng)的連續(xù)流體的空間。在流場(chǎng)中，每個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)均有確定的運(yùn)動(dòng)要素。 （4） 當(dāng)?shù)丶铀俣龋〞r(shí)變加速度）：在某一空間位置上，流體質(zhì)點(diǎn)的速度隨時(shí)間的變化率。 遷移加速度（位變加速度）：某一瞬時(shí)由于流體質(zhì)點(diǎn)所在的空間位置的變化而引起 的速度變化率。 （5） 恒定流與非恒定流：一時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)，各空間點(diǎn)上的運(yùn)動(dòng)參數(shù)都不隨時(shí)間變化的流動(dòng)是恒定流。否則是非恒定流。 （6） 一元流動(dòng)：運(yùn)動(dòng)參數(shù)只是一個(gè)空間坐標(biāo)和時(shí)間變量的函數(shù)。 二元流動(dòng)：運(yùn)動(dòng)參數(shù)只是兩個(gè)空間坐標(biāo)和時(shí)間變量的函數(shù)。 三元流動(dòng)：以空間為標(biāo)準(zhǔn)，各空間點(diǎn)上的運(yùn)動(dòng)參數(shù)是三個(gè)空間坐標(biāo)和時(shí)間的函數(shù)。 （7）流線：

13、某時(shí)刻流動(dòng)方向的曲線，曲線上各質(zhì)點(diǎn)的速度矢量都與該曲線相切。 流線性質(zhì) （1）流線上各點(diǎn)的切線方向所表示的是在同一時(shí)刻流場(chǎng)中這些點(diǎn)上的速度方向，因而流線形狀一般都隨時(shí)間而變。 （2）流線一般不相交（特殊情況下亦相交：V=0、速度=） （3）流線不轉(zhuǎn)折，為光滑曲線。 （8）跡線：流體質(zhì)點(diǎn)在一段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡。 跡線與流線 （1）恒定流中，流線與跡線幾何一致。 異同 （2）非恒定流中，二者一般重合，個(gè)別情況（V=C）二者仍可重合。 （9）流管：某時(shí)刻，在流場(chǎng)內(nèi)任意做一封閉曲線，過(guò)曲線上各點(diǎn)做流線，所構(gòu)成的管狀曲面。 流束：充滿流體的流管。 （10）過(guò)流斷面：在流束上作出的與所有的流線正交的橫斷面

14、。過(guò)流斷面有平面也有曲面。 （11）元流：過(guò)流斷面無(wú)限小的流束，幾何特征與流線相同。 總流：過(guò)流斷面有限大的流束，有無(wú)數(shù)的元流構(gòu)成，斷面上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)不相同。 （12）體積流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間通過(guò)流束某一過(guò)流斷面的流量以體積計(jì)量。 重量流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間通過(guò)流束某一過(guò)流斷面的流量以重量計(jì)量。 質(zhì)量流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間通過(guò)流束某一過(guò)流斷面的流量以質(zhì)量計(jì)量。 （13）斷面平均流速：流經(jīng)有效截面的體積流量除以有效截面積而得到的商。 （14）均勻流與非均勻流：流線是平行直線的流動(dòng)是均勻流，否則是非均勻流。 均勻流的性質(zhì) 1> 流體的遷移加速度為零； 2> 流線是平行的直線； 3> 各過(guò)流斷面上流速

15、分布沿程不變。 4> 動(dòng)壓強(qiáng)分布規(guī)律=靜壓強(qiáng)分布規(guī)律。 （15）非均勻漸變流和急變流：非均勻流中，流線曲率很小，流線近似與平行之線的流動(dòng)是非均勻漸變流，否則是急變流。均勻流的各項(xiàng)性質(zhì)對(duì)漸變流均適用。2 歐拉法（Euler method）速度場(chǎng) 壓力場(chǎng)加速度 全加速度 當(dāng)?shù)丶铀俣?遷移加速度 AB 如圖所示：（1）水從水箱流出，若水箱無(wú)來(lái)水 補(bǔ)充，水位H逐漸降低，管軸線上A質(zhì)點(diǎn)速度隨時(shí)間減小，當(dāng)?shù)丶铀?度為負(fù)值，同時(shí)管道收縮，指點(diǎn)速度隨遷移增大，遷移加速度為正值， 故二者加速度都有。 （2）若水箱有來(lái)水補(bǔ)充，水位H保持不變，A質(zhì)點(diǎn)出的 時(shí)間不隨時(shí)間變化，當(dāng)?shù)丶铀俣?0，此時(shí)只有遷移加速度。

16、3流量、斷面平均流速4流體連續(xù)性方程 物理意義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，流體流經(jīng)單位體積的 流出與流入之差與其內(nèi)部質(zhì)量變化 的代數(shù)和為零。對(duì)恒定流對(duì)不可壓縮流體【例】 假設(shè)有一不可壓縮流體三維流動(dòng)，其速度分布規(guī)律為：U=3（x+y3)，V=4y+z2，W=x+y+2z。試分析該流動(dòng)是否存在。 【解】 故此流動(dòng)不連續(xù)。不滿足連續(xù)性方程的流動(dòng)是不存在的。5恒定總流連續(xù)性方程 或物理意義：對(duì)于不可壓縮流體，斷面平均流速與過(guò)水?dāng)嗝婷娣e成反比，即流線密集的地方流速大 ，而流線疏展的地方流速小。適用范圍：固定邊界內(nèi)的不可壓縮流體，包括恒定流、非恒定流、理想流體、實(shí)際流體。 6流體的運(yùn)動(dòng)微分方程 無(wú)粘性流體運(yùn)

17、動(dòng)微分方程 或 粘性流體運(yùn)動(dòng)微分方程 NS方程拉普拉斯算子  7元流的伯努利方程伯努利方程公式說(shuō)明：（1）適用條件 理想流體 恒定流動(dòng) 質(zhì)量力只受重力 不可壓流體 沿流線或微小流束。（2）此公式就是無(wú)粘性流體的伯努利方程各項(xiàng)意義（1） 物理意義比位能 比壓能 比動(dòng)能（2） 幾何意義位置水頭 壓強(qiáng)水頭 流速水頭物理三項(xiàng)之和：?jiǎn)挝恢亓苛黧w的機(jī)械能守恒。幾何三項(xiàng)之和：總水頭相等，為水平線粘性流體元流的伯努利方程公式說(shuō)明：（1）實(shí)際液體具有粘滯性，由于內(nèi)摩擦阻力的影響，液體流動(dòng)時(shí)，其能量將沿程不斷消耗，總水頭線因此沿程下降，固有H1H 2 （2）上式即恒定流、不可壓縮實(shí)際液體動(dòng)能量方程，又稱

18、實(shí)際液體元流伯努利方程。粘性流體總流的伯努利方程 （1）勢(shì)能積分： z 比位能（位置水頭） 比壓能（壓強(qiáng)水頭，測(cè)壓管高度） （2）動(dòng)能積分： 比勢(shì)能（測(cè)壓管水頭） 總比能（總水頭） 比動(dòng)能（流速水頭） （3）損失積分： 平均比能損失 （水頭損失）,單位重流體克服 流動(dòng)阻力所做的功。氣流的伯努利方程 動(dòng)能修正系數(shù) 動(dòng)量修正系數(shù) 沿程有能量輸入或輸出的伯努利方程+Hm單位重量流體通過(guò)流體機(jī)械獲得的機(jī)械能（水泵的揚(yáng)程）-Hm單位重量流體給予流體機(jī)械的機(jī)械能（水輪機(jī)的作用水頭）沿程有匯流或分流的伯努利方程1122338水頭線：總流沿程能量變化的幾何表示。 水力坡降：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度上的水頭損失9總流

19、的動(dòng)量方程流動(dòng)阻力和水頭損失1 基本概念（1） 水頭損失：總流單位重量流體平均的機(jī)械能損失。（2） 沿程水頭損失：有沿程阻力做功而引起的水頭損失。（3） 局部水頭損失：有局部阻力引起的水頭損失。 總水頭損失： （氣體）壓強(qiáng)損失：水頭損失的一般表達(dá)式：1. 沿程阻力沿程損失(長(zhǎng)度損失、摩擦損失) 達(dá)西公式 沿程摩阻系數(shù)（沿程阻力系數(shù)） d 管徑v 斷面平均流速 g 重力加速度2. 局部阻力局部損失 局部阻力系數(shù) v 對(duì)應(yīng)的斷面平均速度（3） 層流：流體質(zhì)點(diǎn)作規(guī)則運(yùn)動(dòng)，各層質(zhì)點(diǎn)間相互不摻混。紊流：流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡極不規(guī)則，質(zhì)點(diǎn)間相互摻混。層流與紊流的判別： 上臨界流速 由層流轉(zhuǎn)化為紊流時(shí)的流速稱

20、為上臨界流速。下臨界流速 由紊流轉(zhuǎn)化為層流時(shí)的流速稱為下臨界流速。紊流層流紊流 層流 把下臨界流速 做為流態(tài)轉(zhuǎn)變的臨界流速 層流 紊流 臨界流（4） 雷諾數(shù) 圓管流雷諾數(shù) 層流 臨界雷諾數(shù) 雷諾數(shù)臨界流紊流 非圓管道雷諾數(shù)： R水力半徑 A過(guò)流斷面面積 濕周，過(guò)流斷面上流體與固體接觸的周界（周長(zhǎng)） 圓管滿流 以水力半徑R為特征長(zhǎng)度，相應(yīng)的臨界雷諾 數(shù)層流紊流（5） 沿程水頭損失與剪應(yīng)力的關(guān)系 圓管均勻流水頭損失與剪應(yīng)力的關(guān)系（均勻流動(dòng)方程式） R水力半徑 J水力坡度 適用條件：明渠均勻流，相同結(jié)果。注意（平均剪應(yīng)力）層流和紊流都適用。 圓管過(guò)流斷面上剪應(yīng)力分布 圓管均勻流過(guò)流斷面上剪應(yīng)力 呈直

21、線分布，管軸處，; 管壁處，剪應(yīng)力達(dá)最大值。 壁剪切速度 （ 壁剪切速度） （沿程摩阻系數(shù)與壁面剪應(yīng)力的關(guān)系）（6） 圓管中的層流 流速分布 過(guò)流斷面上流速分布解析式（拋物線方程） 當(dāng)r=0時(shí) 管軸處的最大流速 流量 平均流速 最大流速與平均流速的關(guān)系 動(dòng)能修正系數(shù) 動(dòng)量修正系數(shù) 沿程水頭損失的計(jì)算 圓管層流摩阻系數(shù) （通用公式） 說(shuō)明：在圓管層流中，只與Re有關(guān)。 （7）紊流運(yùn)動(dòng) 流體由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯膬蓚€(gè)必備條件： A 流體中形成渦體 B 渦體脫離原流層進(jìn)入臨層（Re達(dá)到一定值）。 紊流的剪應(yīng)力 粘性剪應(yīng)力 二者之和即為剪應(yīng)力 紊流附加剪應(yīng)力 半經(jīng)驗(yàn)理論 混和長(zhǎng)度 k卡門常數(shù)。k=0.36

22、0.435 壁剪切速度 壁面附近紊流流速分布公式 粘性底層 粘性底層：圓管作紊流運(yùn)動(dòng)時(shí)，靠近管壁處存在著一薄層，該層內(nèi)流速梯度較大， 粘性影響不可忽略，紊流附加切應(yīng)力可以忽略，速度近似呈線性分布， 這一薄層就稱為粘性底層。 粘性底層流速分布 粘性底層中，流速按線性分布，在壁面上流速 為0. 粘性底層厚度 紊流核心：粘性底層之外的液流統(tǒng)稱為紊流核心。（8） 紊流沿程水頭損失 尼古拉磁實(shí)驗(yàn) 區(qū)，層流區(qū) 區(qū)，層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯倪^(guò)渡區(qū) 區(qū)，紊流光滑區(qū) 區(qū)，紊流過(guò)渡區(qū) 區(qū)，紊流粗糙區(qū) 流速分布 紊流光滑區(qū) 紊流粗糙區(qū) 紊流流速分布指數(shù)形式 （管軸處的最大流量 圓管半徑 n 指數(shù)，隨雷諾數(shù)的變化而變化） 的

23、半經(jīng)驗(yàn)公式 光滑區(qū)沿程摩阻系數(shù) 尼古拉茲光滑管公式 粗糙區(qū)沿程摩阻系數(shù) 尼古拉茲粗糙管公式 沿程摩阻系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式 謝才公式： 其中 曼寧公式 v斷面平均流速 R水力半徑 J水力坡度 C謝才系數(shù) 非圓管沿程損失 當(dāng)量直徑de：把水力半徑相等的圓管直徑。當(dāng)量直徑是水力半徑的4倍de=4R圓。同理 當(dāng)量相對(duì)粗糙ks/de R水力半徑 A過(guò)流斷面面積 適用范圍：長(zhǎng)狹縫，狹環(huán)形不適用。層流不適用（9） 局部水頭損失 公式： 局部水頭損失系數(shù) v-對(duì)應(yīng)的斷面平均流速突然擴(kuò)大管動(dòng)量方程 將上式的中的全部等于0 則可得包達(dá)公式： V1A1=v2A2自由出流淹沒(méi)出流突然縮小管 管道入口損失系數(shù) （10） 邊界

24、層概念與繞流阻力 邊界層：全部摩擦損失都發(fā)生在緊靠固體邊界的薄層內(nèi)，這一薄層就是邊界層。 繞流阻力：流體作用于繞流物體上，平行于來(lái)流方向的力。 繞流阻力包括摩擦阻力和壓差阻力兩部分。繞流阻力系數(shù)CD主要取決于 雷諾數(shù)，并和物體的形狀、表面的粗糙情況，以及來(lái)流的紊動(dòng)強(qiáng)度有關(guān)。 卡門渦街：Re90，旋渦交替脫落，形成卡門渦街 壓差阻力：物體繞流，除了沿物體表面的摩擦阻力耗能，還有尾流旋渦耗能，使得尾 流區(qū)物體表面的壓強(qiáng)低于來(lái)流的壓強(qiáng)，而迎流面的壓強(qiáng)大于來(lái)流的壓強(qiáng)， 這兩部分的壓強(qiáng)差，造成作用于物體上的壓差阻力。第5章 孔口、管嘴出流和有壓管流1孔口出流：容器壁上開(kāi)孔，水經(jīng)孔口流出的水力現(xiàn)象。孔口出

25、流只有局部水頭損失。 小孔口出流 大孔口出流 自由出流：水由孔口流入大氣中。 收縮斷面流速 孔口流量（大小孔口均適用） 收縮系數(shù) 其中： 作用水頭，若，則 =H 孔口的局部水頭損失系數(shù) 孔口流量系數(shù)薄壁小孔口的各項(xiàng)系數(shù)收縮系數(shù)損失系數(shù)流速系數(shù)流量系數(shù)0.640.060.970.62淹沒(méi)出流：誰(shuí)由孔口直接流入另一部分水體中。 收縮斷面流速 孔口流量 H0作用水頭，若則H0=H1-H2 注意：自由出流的水頭H使水面至孔口形心的深度，而 淹沒(méi)出流的水頭H是上下游水頭的高差。淹沒(méi)出流孔口斷面的各點(diǎn)水頭相等，所以淹沒(méi)出流無(wú)大小孔口之分。 孔口的變水頭出流（非恒定流）：孔口出流時(shí)，容器內(nèi)水位隨時(shí)間變化，導(dǎo)

26、致孔口的流量隨 時(shí)間變化的流動(dòng)。 H1降至H2所需時(shí)間 若將水放空H2=0則 V容器放空的體積 出流時(shí)的最大流量注：容器放空，放空時(shí)間是水位不下降時(shí)放空所需時(shí)間的兩倍2 管嘴出流：在孔口處對(duì)接一個(gè)34倍孔徑長(zhǎng)度的短管，水體通過(guò)短管并在出口斷面滿管 流出的水力現(xiàn)象。 管嘴出口流速 管嘴流量 H0作用水頭 若V0=0，則H0=H 流量系數(shù)Un=1.32U,可見(jiàn)在相同的作用水頭下，同 樣面積的管嘴出流能力是孔口過(guò)流能力的1.32倍。收縮斷面的真空度 流體經(jīng)圓柱形管嘴或擴(kuò)張管嘴時(shí)，由于 慣性作用，在管中某處形成收縮斷面，產(chǎn)生環(huán) 行真空，從而增加了水流的抽吸力，使其出流量比孔口有所增加。圓柱形外管嘴的正

27、常工作條件 作用水頭 工作條件 管度嘴長(zhǎng)3 有壓管流：流體沿管道滿管流動(dòng)的水力現(xiàn)象。 短管：水頭損失中，沿程水頭損失和局部水頭損失都占相當(dāng)比重，二者都不可忽略的管道。 流速 流量虹吸管正常工作條件最大真空度最大安裝高度長(zhǎng)管：水頭損失以沿程水頭損失為主，局部水頭損失和流速水頭的總和同沿程水頭損失相比 很小，忽略不計(jì)仍能滿足工程要求的管道。（全部作用水頭都消耗在沿程水頭損失）簡(jiǎn)單管道：沿程直徑和流量都不變的管道。 比阻 （單位：s2/m6 阻抗 （單位：s2/m5）串連管道：由直徑不同的管段順序連接起來(lái)的管道。串聯(lián)管道的水頭線是一條折線。 （ ） 并聯(lián)管道：在兩節(jié)點(diǎn)之間，并聯(lián)兩根以上管段的管道。

28、（并聯(lián)管路） （總管路）4 有壓管道中的水擊 水擊：再有壓管道中，由于某種原因使水流速度突然發(fā)生變化，同時(shí)引起壓強(qiáng)大幅度波動(dòng) 的現(xiàn)象。 水擊條件：管道內(nèi)水流速度突然變化。 水擊發(fā)生的內(nèi)在原因：水本身具有慣性和壓縮性. 直接水擊 間接水擊 水擊波的傳播速度 相長(zhǎng)：在一個(gè)周期內(nèi)，水擊波由閥門傳到進(jìn)口，再由進(jìn)口傳至閥門，共往返兩次往返一次 所需要的時(shí)間稱為相或相長(zhǎng)。水擊波傳播過(guò)呈第一階段：增壓波從閥門向管道進(jìn)口傳播，處于增壓狀態(tài)。第二階段：減壓波從管道進(jìn)口向閥門處傳播，恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)。第三階段：減壓波從閥門向管道進(jìn)口傳播，處于減壓狀態(tài)。第四階段：增壓波從管道進(jìn)口向閥門傳播，重復(fù)上述四個(gè)階段。防止水擊危

29、害的措施（1）限制流速（2）控制閥門關(guān)閉或開(kāi)啟時(shí)間（3）縮短管道長(zhǎng)度、采用彈性模量較小材質(zhì)的管道（4）設(shè)置安全閥，進(jìn)行水擊過(guò)載保護(hù)明渠流動(dòng)1明渠流動(dòng)：水流的部分周界與大氣接觸，具有自由表面的流動(dòng)。無(wú)壓流. 明渠流動(dòng)特點(diǎn)： 1） 明渠流有自由面, 隨時(shí)空變化,呈現(xiàn)各種水面形態(tài)。而有壓管流無(wú)自由液面 2） 明渠底坡的改變對(duì)斷面的流速和水深有直接影響 3） 明渠局部的邊界的變化，會(huì)造成水深在很長(zhǎng)的流程上發(fā)生變化2底坡：底線沿流程單位長(zhǎng)度的降低值，用i表示。3棱柱形渠道與非棱柱形渠道 棱柱形渠道： 斷面形狀尺寸沿程不變的長(zhǎng)直渠道。 24 明渠均勻流：流線為平行直線的明渠水流。 條件1 ）自由表面 2）

30、等深 3）等速 特征： 1）.明渠均勻流為勻速流、等深流，只可能發(fā)生在棱柱形渠道中 2）.明渠均勻流只可能發(fā)生在順坡的棱柱形渠道中 3）. 明確均勻流只可能發(fā)生在坡度、粗糙系數(shù)不變的順坡的棱柱形渠道中 4 ）.明渠均勻流具有渠道底坡線/水面線（測(cè)壓管水頭線）/總水頭線bBh 過(guò)流斷面的幾何要素 b底寬； h水深；       m邊坡系數(shù) m=cot。m越大，邊坡越 緩；m越小，邊坡越陡； m=0時(shí)是 矩形斷面。m根據(jù)邊坡巖土性質(zhì)及設(shè)計(jì)范圍來(lái)選定。 導(dǎo)出量 ：      B水面寬， B=b+2mh        A過(guò)水?dāng)嗝婷娣e， A=(b+mh)h      過(guò)水?dāng)嗝鏉裰?R水力半徑明渠均勻流基本公式流速： 流量： C 謝才系數(shù)，按曼寧公式計(jì)算 n 粗糙系數(shù)，見(jiàn)表4-3。K流量模數(shù)明渠均勻流水力計(jì)算 水力計(jì)算任務(wù)則是： 給定Q、b、h、i 中三個(gè)，求解另一個(gè)1） 驗(yàn)算渠道的輸水能力 2）決定渠道底坡3） 設(shè)計(jì)渠道斷面（寬深比為2）水