水力學(xué)基本概念復(fù)習(xí)題

1、本資料參照水力學(xué)第四版 四川大學(xué) 河海大學(xué)等學(xué)校考研用書感謝lucky細(xì)心整理水力學(xué)第一章：水靜力學(xué)要點(diǎn)：（1）靜水壓強(qiáng)、壓強(qiáng)的量測及表示方法；（2）等壓面的應(yīng)用；（3）壓力體及曲面上靜水總壓力的計(jì)算方法。7 靜水壓強(qiáng)的兩個特性：1）靜水壓強(qiáng)的方向與受壓面垂直并指向受壓面2）任一點(diǎn)靜水壓強(qiáng)的大小和受壓面方向無關(guān)，或者說作用于同一點(diǎn)上各方向的靜水壓強(qiáng)大小相等。8 等壓面：1）在平衡液體中等壓面即是等勢面2）等壓面與質(zhì)量力正交3）等壓面不能相交4）絕對靜止等壓面是水平面5）兩種互不相混的靜止液體的分界面必為等壓面6）不同液體的交界面也是等壓面9 靜水壓強(qiáng)的計(jì)算公式：p=p0+gh10 繞中心軸作等

2、角速度旋轉(zhuǎn)的液體：z+pg-w22g=常數(shù)11 絕對壓強(qiáng)：以設(shè)想沒有大氣存在的絕對真空狀態(tài)作為零點(diǎn)計(jì)量的壓強(qiáng)，稱為絕對壓強(qiáng)。12 相對壓強(qiáng)：p=p'-pa13 真空度：是指該點(diǎn)絕對壓強(qiáng)小于當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)的數(shù)值，pk=pa-p'14 壓強(qiáng)的測量：測壓管，U型水銀測壓計(jì), 差壓計(jì)15 靜止液體內(nèi)各點(diǎn)，測壓管水頭等于常數(shù)，z+pg=c 16 作用在矩形上的靜水總壓力：（畫圖是考點(diǎn)）1）按一定比例，用線段長度代表改點(diǎn)靜水壓強(qiáng)的大小2）用箭頭表示靜水壓強(qiáng)的方向，并與作用面垂直 P3717 靜水總壓力的計(jì)算：FP=ghcA(hc為平面形心在點(diǎn)C液面下的淹沒深度) LD=LC+（LC是形心到液

3、面的傾斜距離，為面積慣矩）18 矩形，繞形心軸的面積慣矩：Ic=112bl3。圓形平面繞圓心軸線的面積慣矩：Ic=14R419作用在曲面上的靜水總壓力：FPghA，F(xiàn)gV，F(xiàn)PFPFP , tan=FzFx20 沉體：如果質(zhì)量力大于上浮力，物體就會下沉，直到沉到底部才停止下來，這樣的物體稱為沉體。 浮體：如果質(zhì)量力小于上浮力，物體就會上浮，一直要浮出水面，且使物體所排開的液體的重量和自重剛好相等后，才能保持平衡狀態(tài)，這樣的物體我們稱為浮體。（定傾中心要高于重心） 潛體：質(zhì)量力等于上浮力，物體可以潛沒于水中任何位置而保持平衡，這樣的物體稱為潛體。（重心位于浮心之下）21 平衡的穩(wěn)定性：是指已處于

4、平衡狀態(tài)的潛體，如果因?yàn)槟撤N外來干擾使之脫離平衡位置時，潛體自身恢復(fù)平衡的能力。22 壓力體剖面圖：1）受壓曲面本身2）液面或者液面的延長面3）通過曲面的四個邊緣向液面或液面的延長面所做的鉛錘平面。第二章：液體運(yùn)動的流束理論要點(diǎn)：（1）能量方程的應(yīng)用條件和應(yīng)用方法；（2）動量方程的應(yīng)用條件和應(yīng)用方法23 恒定流：在流場中任何空間點(diǎn)上所有的運(yùn)動要素都不隨時間而改變。 非恒定流：流場中任何空間點(diǎn)上有任何一個運(yùn)動要素是隨時間而變化的，這種流稱為非恒定流24 流線：某一瞬時在流場中繪出的一條曲線，在該曲線上所有各點(diǎn)的速度向量都與該曲線相切。 跡線：某一液體質(zhì)點(diǎn)在運(yùn)動過程中，不同時刻所流經(jīng)的空間點(diǎn)所練成

5、的線稱為跡線。25 恒定總流得連續(xù)性方程：Q=A1V1=A2V226 均勻流：水流的流線為相互平行的直線。 非均勻流：水流的流線不是互相平行的直線。 漸變流：當(dāng)水流的流線雖然不是互相平行直線，但幾乎近于平行直線時成為漸變流（流線之間夾角很小或流線曲率半徑很大）。 若流線之間夾角很大或者流線的曲率半徑很小，這種水流稱為急變流。27 不可壓縮液體恒定總流得能量方程：z1+p1g+a1v122g=z2+p2g+a2v222g+hw條件：恒定流，只有質(zhì)量力，斷面符合漸變流，兩個斷面之間，流量保持不變，沒有加入或者流出 注意：同一基準(zhǔn)面，壓強(qiáng)必須采用相同的標(biāo)準(zhǔn)，管道選管軸中心，明渠選自由液面，a1，a2

6、可以取128 J總水頭線坡度：簡稱水力坡，總水頭線沿流程的降低值與流程長度之比。29 恒定總流的動量方程：Q2v2-1v1=F注意：首先確定投影軸，并表明軸的方向，必須是輸出的動量減去輸入的動量第三章：液流形態(tài)及水頭損失要點(diǎn)：（1）層流及紊流的概念；（2）沿程水頭損失與局部水頭損失的概念；（3）圓管均勻?qū)恿鲾嗝嫫骄魉偌扒袘?yīng)力的分布規(guī)律=rr00, r為距圓管軸的距離，r0為圓管半徑4）圓管均勻流沿程水頭損失與切應(yīng)力之間的關(guān)系0=gRJ30 水頭損失的必備條件：1）液體具有粘滯性2）由于固體邊界的影響，液流內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間產(chǎn)生相對運(yùn)動。寬淺明渠：=1-yh031 濕周：液流過水?dāng)嗝媾c固體邊界接觸的

7、周界線 水力半徑R：過水?dāng)嗝娴拿娣e與濕周的比值32 水頭損失公式： hw=hf+hj，hf= ldv22g 達(dá)西公式 hj=v22g 33 雷諾Re=d >2000湍流；粘性底層的厚度：0=32.8dRe 34 層流：當(dāng)流速較小時，各流層的液體質(zhì)點(diǎn)是有條不紊地運(yùn)動，互不混雜 紊流（湍流）：當(dāng)流速較大時，各流層的液體質(zhì)點(diǎn)形成渦體，在流動過程中，互相混摻。35 i 光滑區(qū) 0<0.31） 波拉休斯公式：=0.316Re1/4 4000<Re<1052） 尼庫拉茲公式：1=2lgRe-0.8 Re<106 ii 過渡粗糙區(qū)0.306 1=-2lg2.51Re+3.7d

8、3000<Re<106 iii 粗糙區(qū)即阻力平方區(qū) 0>6 =12lg(3.7d)2 Re>382(r0)36沿程水頭損失的經(jīng)驗(yàn)公式-謝齊公式 v=CRJ 曼寧公式：C=1nR1/6 巴甫洛夫斯基公式：C=1nRy y=2.5n-0.13-0.75R(n-0.10) R<1.0m時y=1.5nR>1.0m時 y=1.3n37 局部水頭損失：進(jìn)水口：1=0.5 ；出水口：2=1 ；局部擴(kuò)大：3=(d2d1)2-12；局部縮?。?=0.51-(d2d1)2(d1,d2分別對應(yīng)前后兩個管道)第四章：有壓管中的恒定流要點(diǎn)：（1）長管與短管的概念；（2）長管與短管的水

9、力計(jì)算方法；（3）倒虹吸管與虹吸管的概念。虹吸管：是一種壓力輸水管道，頂部彎曲且其高程高于上游供水水面。跨越高低，減少挖方。長管：水頭損失以沿程水頭損失為主，其局部水頭和流速水頭在總損失中所占比例很小，計(jì)算時可以忽略不計(jì)的管道短管：局部損失及流速水頭在總損失中占有相當(dāng)?shù)谋戎兀?jì)算時不能忽略的管道。38 簡單管道：管道直徑不變且無分支的管道 自由出流：管道出口水流流入大氣，水股四周都受大氣壓強(qiáng)的作用 Q=cA2gH 其中：c=11+ld+為管道系統(tǒng)的流量系數(shù) A=14R2 淹沒出流：管道出口如果淹沒在水下，則稱為淹沒出流 Q=cA2gz0 其中：c=1ld+為管道系統(tǒng)的流量系數(shù)長管：H=hf=k

10、Q2K2l 流量Q=KHl 流量模數(shù)K=ACR 謝齊系數(shù)C=8g d=4Qc2gH d=4Qv(考慮技術(shù)要求和經(jīng)濟(jì)條件)39 串聯(lián)管道 H=hf1+hf2+hf3=Q12K12l1+Q22K22l2+Q32K32l3 串聯(lián)管到Q1=Q2=Q3 并聯(lián)管道 hf=hf1=hf2=hf3，hf1=Q12K12l1，hf2=Q22K22l2，hf3=Q32K32l3 , Q=Q1+Q2+Q3 分叉管道：H1=hf+hf1=Q2K2l+Q12K12l1 H2=hf+hf2=Q2K2l+Q22K22l2 Q=Q1+Q240 沿程均勻泄流管道的水力計(jì)算：HAB=lK2(Q+0.55ql)2=Qr2K2l;Q

11、r=Q+0.55ql為折算流量第五章：明渠恒定均勻流要點(diǎn)：（1）明渠均勻流的概念；（2）明渠均勻流水力計(jì)算方法；（3）正常水深的概念及表示方法；（4）水力最佳斷面的概念及梯形斷面明渠的水力最佳斷面比：（5）寬淺式明渠的概念：斷面為寬而淺的明渠41 明渠恒定均勻流：在明渠恒定流中，如果流線是一簇平行直線，則水深、斷面平均流速及流速分布均沿程不變，則稱為明渠恒定均勻流。否則若流線不是平行直線，則稱為明渠恒定非均勻流。42 1）計(jì)算水面寬度2）過水?dāng)嗝婷娣e3）濕周4）水力半徑 BAR矩形bbhb+2hbhb+2h梯形b+2mh(b+2mh)hb+2h1+m2(b+2mh)hb+2h1+m2圓形2h(

12、d-h)d28(-sin)12dd4(1-sin)43 棱柱體渠道：斷面形狀，尺寸及底坡沿程不變，同時又無彎曲的渠道 非棱柱體渠道：斷面形狀，尺寸及底坡沿程改變44 明渠均勻流得計(jì)算公式：Q=ACRi v=CRi 設(shè)計(jì)流量一定時的水深即為正常水深45 水力最佳斷面： Q=ACRi=inA5/32/3 已知設(shè)計(jì)流量時面積最小或過水面積一定時流量最大；矩形或者梯形的水力最佳斷面實(shí)際上是半圓的外切多邊形斷面 梯形水力最佳斷面的水力半徑等于水深的一半46 粗糙度：nr=n11+n221+2第六章：明渠恒定非均勻流要點(diǎn)：（1）急流、緩流及臨界流的概念與判別方法；v>vw, Fr=vgh>1,

13、h>hK ，vw>v,v<vk（2）比能函數(shù)曲線及其特點(diǎn)；下端以水平線為漸近線，上端以與坐標(biāo)軸成45o夾角并通過遠(yuǎn)點(diǎn)的直線為漸近線（3）小底坡棱柱體明渠非均勻流斷面比能沿程的變化規(guī)律。（4）矩形斷面臨界水深的計(jì)算方法；（5）臨界流方程的導(dǎo)出。（6）12種水面曲線的型式、特點(diǎn)及適用范圍P23647 波速 vw=gh 弗勞德數(shù)Fr=vgh>1為急流48 斷面比能：如果把參考基準(zhǔn)面選在渠底這一特殊位置，把通過對渠底水平面所計(jì)算得到的單位能量。P220Es=h+v22g=h+Q22gA2 斷面比能函數(shù)49 臨界水深：相應(yīng)于斷面單位能量最小值的水深dEsdh=1-Q22gA2dA

14、dh=1-Q2BgA3=0 矩形斷面：hK=3Q22gb2=3q2g 50 臨界底坡：均勻流的正常水深恰好與臨界水深相等51棱柱體明渠漸變流水面線的變化規(guī)律：dhds=i-Q2K21-Q2BgA352 棱柱體明渠中恒定非均勻漸變流水面曲線分析P23253棱柱體明渠中恒定非均勻漸變流水面曲線計(jì)算：dEds=i-Q2K2=i-J 其中：Es=h+v22g=h+Q22gA2, K=ACRi, J=Q2K2=v2C2R 轉(zhuǎn)化成差分方程：s=Es i-J =Esd-Esui-J 54 付流：當(dāng)水流通過彎道時，液體質(zhì)點(diǎn)除受重力外，同時還受到離心慣性力的作用，在這兩種力的作用下，水流除具有縱向流速（垂直于過

15、水?dāng)嗝妫┻€有徑向和豎向流速，由于幾個方向的流動交織在一起，在橫斷面上產(chǎn)生的一水流成為，從屬于主流，不能獨(dú)立存在。55 明渠水流的三種流態(tài)：緩流，臨界流，急流第七章：水躍要點(diǎn)：（1）水躍的概念；（2）水躍的產(chǎn)生條件。56 水躍：當(dāng)明渠中的水流由急流狀態(tài)過渡到緩流狀態(tài)時，會產(chǎn)生一種水面突然躍起的特殊的局部水力現(xiàn)象，即在較短的區(qū)段內(nèi)水深從小于臨界水深急劇地躍到大于臨界水深。這一特殊的局部水力現(xiàn)象稱為水躍。57 矩形明渠共軛水深的計(jì)算：h2=h121+8Fr12-1 Fr12=v12gh1=q2gh1358 水躍段水頭能量損失：Ej=h1+1v122g-(h2+2v222g) Ejj=h2+2v222

16、g-(h3+3v322g) Fr12=v12gh1>9.0時消能效果比較好 59 矩形明渠的躍長公式：Lj=10.8h1( Fr1-1)0.93 梯形明渠的躍長公式：Lj=5h21+4B2-B1B1 其中B2，B1為水躍后斷面的寬度和水躍前斷面的寬度60 共軛水深：躍前水深和躍后水深具有相同的水躍函數(shù) 當(dāng)1< Fr1<1.7時，水躍表面會形成一系列起伏不大的單波，波峰沿流降低，最后消失（波峰消失得斷面成為躍后斷面），這種形式的水躍稱為波狀水躍。 表面旋滾的水躍稱為完全水躍。第八章：堰流及閘空出流要點(diǎn)：（1）薄壁堰、實(shí)用堰、寬頂堰的概念；（2）堰流的基本公式；（3）堰流過流能力

17、的影響因素:Q61 堰流得基本計(jì)算公式：Q=mb2gH03/262 矩形薄壁堰：Q=m0b2gH3/2 m0=0.403+0.053HP1+0.0007H63 實(shí)用堰流：Q=1smnb'2gH03/264 曲線形實(shí)用堰：WES剖面 yHd=0.5xHd1.85 R1=0.50 Hd R2=0.20Hd R3=0.04Hd Hd為不包括行進(jìn)流速水頭的剖面設(shè)計(jì)水頭簡稱設(shè)計(jì)水頭65 當(dāng)P1H01.33時，此時若堰高P1繼續(xù)增加，過堰水舌的軌跡不再發(fā)生明顯變化，流量系數(shù)也不隨堰高P1而改變，稱為高堰。P1H0<1.33，稱為低堰。66 寬頂堰：Q=1smnb'2gH03/2 入口

18、為直角：m=0.32+0.013-P1H0.46+0.75P1H P1H>3時，m=0.32 入口為圓角：m=0.36+0.013-P1H1.2+1.5P1H P1H>3時，m=0.36側(cè)收縮系數(shù)：1=1-030.2+P1H4bB(1-bB) 頭部為矩形：0=0.19頭部為圓弧形：0=0.10 b為溢流空凈寬，B為上游引渠寬67 閘空出流：底坎為寬頂堰的閘空出流：Q=be2gH0 =01-2eH0=21-2eH0=1c+ hc=2e68 當(dāng)頂部閘門完全開啟，閘門下緣脫離水面，閘門對水流不起控制作用時，水流從建筑物頂部自由下泄，這種水流狀態(tài)稱為堰流。 當(dāng)建筑物頂部閘門部分開啟水流受閘

19、門控制而從建筑物頂部與閘門下緣間的孔口流出時，這種水流狀態(tài)叫做閘孔出流。70 薄壁堰流：H<0.67 實(shí)用堰流：0.67<H<2.5寬頂堰流：2.5<H<10明渠水流：H>10 沿程水頭損失不能忽略第九章：泄水建筑物下游的水流銜接與消能71 消能的三種類型：低流式消能，挑流式消能，面流式消能72 水躍消能的三種銜接方式：1） ht=hc" 臨界式水躍銜接2） ht<hc" 遠(yuǎn)驅(qū)式水躍銜接3） ht>hc" 淹沒式水躍銜接73 消能池長度L=0.75Lj 74挑流消能： 沙卵石河床：ts=2.4q-2.5vtsin1-

20、0.175cot-0.75ht 可取1.52.0, vt=2gz 為河床顆粒的水力粗度巖石河床：ts=ksq0.5z0.25-ht75 消能戽：是結(jié)合底流和面流消能的一種綜合消能方式。利用泄水建筑物的出流部分造成具有一定反弧半徑和較大挑角所形成的挑坎（亦稱戽斗），在下游尾水淹沒挑坎的條件下，使從建筑物下泄的高速水流在戽斗內(nèi)產(chǎn)生激烈的表面旋滾，并通過戽后的涌浪及底部旋滾而獲得較大的消能效果。76 水擊：當(dāng)有壓管中的流速因某種外界原因而發(fā)生急劇變化時，將引起液體內(nèi)部壓強(qiáng)產(chǎn)生迅速交替升降的現(xiàn)象，這種交替升降的壓強(qiáng)作用在管壁、閥門或其他管路元件上好像錘擊一樣，故稱水擊。77 水擊過程的描述及分析：突然

21、關(guān)閉P40，逐漸關(guān)閉P4878 水擊的波速：c=K1+KED K為水體積模數(shù)，E為彈性模量，D為直徑，管壁厚度 79 水擊壓強(qiáng)：p=c(v0-v)80 拉應(yīng)力：=pD2第十一章：明渠非恒定流71 圣維南方程組：明渠非恒定流得連續(xù)性方程和能量方程P79ht+hvs+vhs=0 hs+vgvs+1gvt=i-v2C2R 第十二章：液體運(yùn)動的流場理論要點(diǎn)：（1）流線與跡線的微分方程；（2）液體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的基本形式；（3）無渦流與有渦流。72 流線的微分方程：dxux=dyuy=dzuz=dsu73跡線的微分方程：dxux=dyuy=dzuz=dt74 液體質(zhì)點(diǎn)的基本形式： 位置平移：uxt,uyt,u

22、zt是否為零 線變形：uxx,uyy,uzz分別為線變形速率 角變形：x=12(uzy+uyz) y=12(uxz+uzx) z=12(uyx+uxy) 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動：x=12(uzy-uyz) y=12(uxz-uzx) z=12(uyx-uxy)75 如果流場中的所有液體質(zhì)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)角速度都等于零，則成為無渦流。液體不繞自身旋轉(zhuǎn)。76 連續(xù)性方程：uxx+uyy+uzz=0 判斷液體是否連續(xù)77 理想液體動水壓強(qiáng)的特性和靜水壓強(qiáng)的特性完全一樣。78 作用在兩互相垂直平面上且與該兩平面的交線相垂直的切應(yīng)力大小都是相等的。79 納維-斯托克斯方程：fx-1px+2ux=duxdt fy-1py+2u

23、y=duydt fz-1pz+2uz=duzdt 第十三章：邊界層理論 要點(diǎn)：（1）邊界層的概念；（2）邊界層的厚度的概念；（3）邊界層內(nèi)的水流流態(tài)。80 從平板表面到未擾動的液流之間存在著一個流速分布不均勻的區(qū)域，這個區(qū)域就是水流受平板影響的范圍，叫做邊界層。這個區(qū)域的厚度稱為邊界層厚度。81 雷諾數(shù)：Rex=U0x 82 排擠厚度：1=0(1-uxU0)dy 動量損失厚度：2=0uxU0(1-uxU0)dy 能量損失厚度：3=0uxU0(1-ux2U0)dy 動量方程：0U02=d2dx 層流邊界層厚度：=5.48xU02 平板的層流阻力：Ff=CfblU022 Cf=1.46Rel Rel=U0l (x=5.2Rex Cf=1.328Rel)第十四章：恒定