水力學(xué)知識(shí)點(diǎn)講解及水力學(xué)習(xí)題集與答案解析

PAGE水力學(xué)第一章 緒論(一)液體的主要物理性質(zhì)1．慣性與重力特性：掌握水的密度ρ和容重γ；2．粘滯性：液體的粘滯性是液體在流動(dòng)中產(chǎn)生能量損失的根本原因。描述液體內(nèi)部的粘滯力規(guī)律的是牛頓內(nèi)摩擦定律:注意牛頓內(nèi)摩擦定律適用范圍：1)牛頓流體，2)層流運(yùn)動(dòng)3．可壓縮性：在研究水擊時(shí)需要考慮。4．表面張力特性：進(jìn)行模型試驗(yàn)時(shí)需要考慮。下面我們介紹水力學(xué)的兩個(gè)基本假設(shè)：(二)連續(xù)介質(zhì)和理想液體假設(shè)連續(xù)介質(zhì)：液體是由液體質(zhì)點(diǎn)組成的連續(xù)體,可以用連續(xù)函數(shù)描述液體運(yùn)動(dòng)的物理量。理想液體：忽略粘滯性的液體。（三）作用在液體上的兩類作用力第二章 水靜力學(xué)水靜力學(xué)包括靜水壓強(qiáng)和靜水總壓力兩部分內(nèi)容。通過靜水壓強(qiáng)和靜水總壓力的計(jì)算，我們可以求作用在建筑物上的靜水荷載。（一）靜水壓強(qiáng)：主要掌握靜水壓強(qiáng)特性,等壓面,水頭的概念，以及靜水壓強(qiáng)的計(jì)算和不同表示方法。1．靜水壓強(qiáng)的兩個(gè)特性：（1）靜水壓強(qiáng)的方向垂直且指向受壓面（2）靜水壓強(qiáng)的大小僅與該點(diǎn)坐標(biāo)有關(guān)，與受壓面方向無關(guān)，2.等壓面與連通器原理：在只受重力作用,連通的同種液體內(nèi),等壓面是水平面。(它是靜水壓強(qiáng)計(jì)算和測(cè)量的依據(jù)）3．重力作用下靜水壓強(qiáng)基本公式（水靜力學(xué)基本公式）p=p0+γh 或其中：z—位置水頭，p/γ—壓強(qiáng)水頭（z+p/γ）—測(cè)壓管水頭請(qǐng)注意，“水頭”表示單位重量液體含有的能量。4．壓強(qiáng)的三種表示方法：絕對(duì)壓強(qiáng)p′，相對(duì)壓強(qiáng)p，真空度pv,↑它們之間的關(guān)系為：p=p′-papv=│p│（當(dāng)p＜0時(shí)pv存在）↑相對(duì)壓強(qiáng):p=γh,可以是正值，也可以是負(fù)值。要求掌握絕對(duì)壓強(qiáng)、相對(duì)壓強(qiáng)和真空度三者的概念和它們之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。1pa(工程大氣壓)=98000N/m2=98KN/m2下面我們討論靜水總壓力的計(jì)算。計(jì)算靜水總壓力包括求力的大小、方向和作用點(diǎn)，受壓面可以分為平面和曲面兩類。根據(jù)平面的形狀：對(duì)規(guī)則的矩形平面可采用圖解法，任意形狀的平面都可以用解析法進(jìn)行計(jì)算。（一）靜水總壓力的計(jì)算1)平面壁靜水總壓力（1）圖解法：大?。篜=Ωb,Ω--靜水壓強(qiáng)分布圖面積方向：垂直并指向受壓平面作用線：過壓強(qiáng)分布圖的形心，作用點(diǎn)位于對(duì)稱軸上。靜水壓強(qiáng)分布圖是根據(jù)靜水壓強(qiáng)與水深成正比關(guān)系繪制的，只要用比例線段分別畫出平面上倆點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)，把它們端點(diǎn)聯(lián)系起來，就是靜水壓強(qiáng)分布圖。（2）解析法：大?。篜=pcA,pc—形心處壓強(qiáng)方向：垂直并指向受壓平面作用點(diǎn)D：通常作用點(diǎn)位于對(duì)稱軸上，在平面的幾何中心之下。求作用在曲面上的靜水總壓力P，是分別求它們的水平分力Px和鉛垂分力Pz，然后再合成總壓力P。（3）曲面壁靜水總壓力1）水平分力：Px=pcAx=γhcAx水平分力就是曲面在鉛垂面上投影平面的靜水總壓力，它等于該投影平面形心點(diǎn)的壓強(qiáng)乘以投影面面積。要求能夠繪制水平分力Px的壓強(qiáng)分布圖，即曲面在鉛垂面上投影平面的靜水壓強(qiáng)分布圖。2〕鉛垂分力：Pz=γV,V壓力體體積。在求鉛垂分力Pz時(shí),要繪制壓力體剖面圖。壓力體是由自由液面或其延長(zhǎng)面,受壓曲面以及過曲面邊緣的鉛垂平面這三部分圍成的體積。當(dāng)壓力體與受壓面在曲面的同側(cè)，那么鉛垂分力的方向向下；當(dāng)壓力體與受壓面在曲面的兩側(cè)，則鉛垂分力的方向向上。 3〕合力方向：α=arctg第三章液體運(yùn)動(dòng)基本概念和基本方程這一章主要掌握液體運(yùn)動(dòng)的基本概念和基本方程，并且應(yīng)用這些基本方程解決實(shí)際工程問題。下面我們首先介紹有關(guān)液體運(yùn)動(dòng)的基本概念：（一）液體運(yùn)動(dòng)的基本概念1.流線的特點(diǎn):反映液體運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的圖線。流線的性質(zhì):流線不能相交；流線不能轉(zhuǎn)折。2.流動(dòng)的分類液流非恒定流均勻流:過水?dāng)嗝嫔弦毫骱愣鞣蔷鶆蛄鳚u變流急變流在均勻流和漸變流過水?dāng)嗝嫔?，壓?qiáng)分布滿足：另外斷面平均流速和流量的概念要搞清。（二）液體運(yùn)動(dòng)基本方程恒定總流連續(xù)方程v1A1=v2A2, Q=vA利用連續(xù)方程，已知流量可以求斷面平均流速，或者通過兩斷面間的幾何關(guān)系求斷面平均流速。恒定總流能量方程J=—水力坡度，表示單位長(zhǎng)度流程上的水頭損失。能量方程是應(yīng)用最廣泛的方程，能量方程中的最后一項(xiàng)hw是單位重量液體從1斷面流到2斷面的平均水頭損失，在第四章專門討論它的變化規(guī)律和計(jì)算方法，（1）能量方程應(yīng)用條件：恒定流，只有重力作用，不可壓縮漸變流斷面，無流量和能量的出入（2）能量方程應(yīng)用注意事項(xiàng):三選：選擇統(tǒng)一基準(zhǔn)面便于計(jì)算選典型點(diǎn)計(jì)算測(cè)壓管水頭:選計(jì)算斷面使未知量盡可能少（壓強(qiáng)計(jì)算采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)）（3）能量方程的應(yīng)用：它經(jīng)常與連續(xù)方程聯(lián)解求：斷面平均流速，管道壓強(qiáng)，作用水頭等。文丘里流量計(jì)是利用能量方程確定管道流量的儀器。畢托管則是利用能量方程確定明渠（水槽）流速的儀器。當(dāng)我們需要求解水流與固體邊界之間的作用力時(shí)，必須要用到動(dòng)量方程。3.恒定總流動(dòng)量方程∑Fx=ρQ（β2v2x-β1v1x）投影形式∑Fy=ρQ（β2v2y-β1v1y）∑Fz=ρQ（β2v2z-β1v1z）β—?jiǎng)恿啃拚禂?shù)，一般取β=1.0式中：∑Fx、∑Fy、∑Fz是作用在控制體上所有外力沿各坐標(biāo)軸分量的合力，V1i,V2i是進(jìn)口和出口斷面上平均流速在各坐標(biāo)軸上投影的分量。動(dòng)量方程的應(yīng)用條件與能量方程相似，恒定流和計(jì)算斷面應(yīng)位于漸變流段。應(yīng)用動(dòng)量方程特別要注意下面幾個(gè)問題：(2)動(dòng)量方程應(yīng)用注意事項(xiàng)：動(dòng)量方程是矢量方程，要建立坐標(biāo)系。（所建坐標(biāo)系應(yīng)使投影分量越多等于0為好，這樣可以簡(jiǎn)化計(jì)算過程。）b)流速和力矢量的投影帶正負(fù)號(hào)。（當(dāng)投影分量與坐標(biāo)方向一致為正，反之為負(fù)）c)流出動(dòng)量減去流入動(dòng)量。d)正確分析作用在水體上的力，一般有重力、壓力和邊界作用力(作用在水體上的力通常有重力、壓力和邊界作用力)e)未知力的方向可以任意假設(shè)。（計(jì)算結(jié)果為正表示假設(shè)正確，否則假設(shè)方向與實(shí)際相反）通常動(dòng)量方程需要與能量方程和連續(xù)方程聯(lián)合求解。下面我們舉例說明液體動(dòng)量方程的應(yīng)用：（3）用動(dòng)量方程求水流對(duì)弧形閘門的作用力（取包括閘門段水體進(jìn)行示力分析，建立圖示坐標(biāo)，因水體僅在X方向有當(dāng)動(dòng)量變化，故設(shè)閘門對(duì)水體的反作用力為水平力Rx，方向如圖所示，作用在水體上的重力沿x方向?yàn)榱悖﹛方向的動(dòng)量方程：P1-P2-Rx=ρQ(v2-v1)∴Rx=P1-P2-ρQ(v2-v1)對(duì)于所取的兩漸變流斷面：P1=1/2γH2B；P2=1/2γhc2B水流對(duì)弧形閘門的作用力F與Rx大小相等，方向相反，作用在水體上)下面我們簡(jiǎn)單介紹液體運(yùn)動(dòng)三元流分析的基礎(chǔ)。（三）三元流分析的基礎(chǔ)*（不做考試要求）液體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)的基本形式：平移、線變形、角變形、旋轉(zhuǎn)2.有旋流動(dòng)與無旋流動(dòng)的區(qū)別。當(dāng)ωx=ωy=ωz=0，為無旋流動(dòng)或稱有勢(shì)流動(dòng)。3.平面勢(shì)流的特點(diǎn)滿足無旋條件：=0—存在勢(shì)函數(shù)φ滿足連續(xù)方程：0第四章流態(tài)與水頭損失在討論恒定總流能量方程時(shí)我們?cè)?jīng)介紹過，水頭損失hw是非常復(fù)雜的一項(xiàng)內(nèi)容，我們將就討論水頭損失以及與水頭損失有關(guān)的液體的流態(tài)。（一）水頭損失的計(jì)算方法總水頭損失：hw=∑hf+∑hj沿程水頭損失：達(dá)西公式圓管λ—沿程水頭損失系數(shù)R—水力半徑圓管局部水頭損失ζ—局部水頭損失系數(shù) 從沿程水頭損失的達(dá)西公式可以知道，要計(jì)算沿程水頭損失，關(guān)鍵在于確定沿程水頭損失系數(shù)λ。而λ值的確定與水流的流態(tài)和邊界的粗糙程度密切相關(guān)。下面我們就首先討論液體的流態(tài)。（二）液體的兩種流態(tài)和判別(1)液體的兩種流態(tài)：雷諾實(shí)驗(yàn)層流—液體質(zhì)點(diǎn)互相不混摻的層狀流動(dòng)。hf∝V1.0紊流—存在渦體質(zhì)點(diǎn)互相混摻的流動(dòng)。hf∝V1.75-2當(dāng)流速比較小的時(shí)候，各流層的液體質(zhì)點(diǎn)互相不混摻，定義為層流。當(dāng)流速比較大的時(shí)候，各流層內(nèi)存在渦體，并且流層間的質(zhì)點(diǎn)互相混摻，定義為紊流。那么液體的流態(tài)怎樣進(jìn)行判別呢？(2).流態(tài)的判別：雷諾數(shù)Re，明槽：Rek=500圓管：,Rek=2000流態(tài)的判別的概化條件：Re＜Rek層流；Re＞Rek紊流判別水流流態(tài)的雷諾數(shù)是重要的無量綱數(shù)，它的物理意義表示慣性力與粘滯力的比值。3.圓管層流流動(dòng)(1)斷面流速分布特點(diǎn)：拋物型分布，不均勻：(2)沿程阻力系數(shù)： 層流流動(dòng)的沿程水頭損失系數(shù)λ只是雷諾數(shù)的函數(shù)，而且與雷諾數(shù)成反比。那么紊流中λ是怎么計(jì)算的呢？首先要了解一下紊流的特性。4.紊流運(yùn)動(dòng)特性 （1）紊流的特征—液層間質(zhì)點(diǎn)混摻，運(yùn)動(dòng)要素的脈動(dòng) （2）紊流內(nèi)部存在附加切應(yīng)力： （3）紊流邊界有三種狀態(tài)：紊流中：當(dāng)Re較?。?.3水力光滑當(dāng)Re較大＞6水力粗糙；當(dāng)Re介于兩者之間過渡區(qū)（4）紊流流速分布（紊流流速分布比層流流速分布更加均勻）對(duì)數(shù)流速分布指數(shù)流速分?jǐn)?shù)當(dāng)Re＜105n=1/7通過尼古拉茲實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)紊流三個(gè)流區(qū)內(nèi)的沿程水力摩擦系數(shù)的變化規(guī)律。5.λ的變化規(guī)律尼古拉茲實(shí)驗(yàn)（人工粗糙管）層流區(qū)：λ=f1(Re)=光滑區(qū)：λ=f2(Re)紊流區(qū)：過渡區(qū)：λ=粗糙區(qū)：λ=紊流粗糙區(qū)也稱為紊流阻力平方區(qū)，沿程水力摩擦系數(shù)λ與雷諾數(shù)無關(guān)，所以沿程水頭損失與流速成正比。與雷諾實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。在實(shí)際水利工程中常用舍齊公式和曼寧公式計(jì)算流速或沿程水頭損失，需要掌握。6.舍齊公式與曼寧公式舍齊公式：曼寧公式：適用：紊流阻力平方區(qū)通常水頭損失計(jì)算常用：第五章有壓管流（一）有壓管道恒定流小孔口恒定出流：自由出流淹沒出流μ—流量系數(shù)，μ=0.60～0.62z—上下游水位差。管嘴恒定出流流量公式：—管嘴流量系數(shù)=0.82工作條件：l=（3～4）d管嘴與孔口相比，收縮斷面C—C處存在負(fù)壓，所以同樣條件下，管嘴的流量系數(shù)大，表明其過流能力大。（二）簡(jiǎn)單管道水力計(jì)算短管和長(zhǎng)管管流的計(jì)算任務(wù)：a）求過流能力Qb)確定作用水頭Hc)測(cè)壓管水頭線和總水頭線的繪制。(3)短管水力計(jì)算自由出流流量公式：流量系數(shù)：b)淹沒出流公式： （4）長(zhǎng)管水力計(jì)算:特點(diǎn)：忽略不計(jì)基本公式：—流量模數(shù)（5）水頭線繪制注意事項(xiàng)：（1）局部水頭損失集中在一個(gè)斷面（2）管中流速不變，總水頭線平行于測(cè)壓管水頭線總水頭線總是下降，而測(cè)壓管水頭線可升可降當(dāng)測(cè)壓管水頭線在管軸線（位置水頭線）以下，表示該處存在負(fù)壓注意出口的流速水頭（自由出流）或局部損失（淹沒出流）。下面我們舉例說明簡(jiǎn)單管道的水力計(jì)算方法。例1：倒虹吸管，已知Q=0.5m3/s，管徑d=0.53m,n=0.014，l=70m，上下游的流速水頭忽略不計(jì)，ζ進(jìn)口=0.4，ζ彎=0.2，ζ出口=1.0。求：上下游水位差z。解：∴（三）管道非恒定流—水擊1．水擊現(xiàn)象：（畫圖）水擊定義：當(dāng)閥門突然啟閉，流速急劇改變引起水流壓強(qiáng)大幅度升降，向上游或下游傳播，并在邊界上反射的現(xiàn)象。（水擊壓強(qiáng)以壓力波的形式向上游或下游傳播）2水擊的波速和相長(zhǎng)水擊波速相長(zhǎng)____相長(zhǎng)是水擊波傳播一個(gè)來回的時(shí)間，L是管長(zhǎng)）周期____ 3水擊分類：（1）直接水擊Ts≤T(從邊界反射減壓波尚未回到閥門處，閥門已關(guān)閉，水擊壓強(qiáng)達(dá)到最大值)（2）間接水擊Ts＞T（與上反之）4直接水擊壓強(qiáng)計(jì)算：因此在水利工程中的水輪機(jī)、泵站的壓力管道設(shè)計(jì)中，必須十分重視水擊的影響，防止發(fā)生水擊破壞。延長(zhǎng)閘門的關(guān)閉時(shí)間和縮短壓力管道的長(zhǎng)度，使管道內(nèi)產(chǎn)生間接水擊是降低水擊壓強(qiáng)的有效措施。第六章明槽水流運(yùn)動(dòng)明渠水流主要討論四部分內(nèi)容：1.明渠均勻流水力計(jì)算；2.明渠水流流態(tài)的判別；3.水躍及水躍共軛水深計(jì)算；4.明渠非均勻流水面曲線分析和計(jì)算。（一）明槽均勻流1.均勻流特征：（1）水深，底坡沿程不變（過水?dāng)嗝嫘螤畛叽绮蛔儯?）斷面平均流速沿程不變（3）三線平行J=Jz=i(總水頭線、水面線、渠底)2.均勻流形成條件：恒定流，長(zhǎng)直棱柱體渠道，正坡渠道，糙率沿程不變3.明槽均勻流公式：Q=VA∴—流量模數(shù)4.明槽均勻流水力計(jì)算類型：求流量Q求渠道糙率n求渠道底坡：設(shè)計(jì)渠道斷面尺寸求正常水深h0、底寬b對(duì)于以上問題都可以直接根據(jù)明渠均勻流公式進(jìn)行計(jì)算。(二)明槽水流的流態(tài)和判別明槽水流三種流態(tài)：緩流急流臨界流在這里我們要注意把明槽水流的三種流態(tài)與前面討論過的層流、紊流區(qū)分開來。緩流、急流、臨界流是對(duì)有自由表面的明槽水流的分類；層流、紊流的分類是對(duì)所有水流（包括管流和明槽水流）都適用；明槽水流流態(tài)的判別：判別指標(biāo)VwFrhk，ik（均勻流）緩流V<VwFr＜1h>hki＜ik急流V>VwFr＞1h<hki>ik臨界流V=VwFr=1h=hki=ik佛汝德數(shù)Fr：佛汝德數(shù)Fr是水力學(xué)中重要的無量綱數(shù)，它表示慣性力與重力的對(duì)比關(guān)系，與雷諾數(shù)一樣也是模型實(shí)驗(yàn)中的重要的相似準(zhǔn)數(shù)，雷諾數(shù)表示慣性力與粘滯力的對(duì)比關(guān)系。（3）斷面比能Es：＞0緩流急流=0臨界流斷面比能Es是以過明渠斷面最低點(diǎn)的水平面為基準(zhǔn)的單位重量水體具有的總機(jī)械能。需要注意，。不同斷面的斷面比能，它的基準(zhǔn)面是不同的，所以斷面比能沿流程可以減少，也可以增加或不變，均勻流各斷面的斷面比能就是常數(shù)。（4）臨界流方程：(一般斷面）臨界水深hk：（矩形斷面）注意：臨界水深是流量給定時(shí)，相應(yīng)于斷面比能最小值時(shí)的水深。（5）臨界底坡ik：均勻臨界流時(shí)的底坡。i=ik，須要強(qiáng)調(diào)，緩坡上如果出現(xiàn)非均勻流，那么緩流、急流都可以發(fā)生。對(duì)于陡坡也同樣如此。下面舉例說明流態(tài)的判別：（三）水躍和跌水1.跌水：由緩流向急流過渡。水深從大于臨界水深hk變?yōu)樾∮谂R界水深，常發(fā)生在跌坎和緩坡向陡坡過渡的地方。2．水躍：由急流向緩流過渡產(chǎn)生的水力突變現(xiàn)象。水平矩形斷面明渠水躍：（1）水躍方程：J（h1）=J（h2）（2）共軛水深公式：和（3）水躍長(zhǎng)度lj=6.9(h2-h1)（四）明槽恒定非均勻流特征h沿流程改變v沿流程改變；水面線不平行于渠底，

Jz≠i（水面線不再是平行于渠底的一條直線。）（五）棱柱體明槽恒定非均勻流水面曲線分析基本方程：（dh/ds表示沿流程水深的變化規(guī)律）2.水面曲線分類：壅水曲線（水深沿流程增加）降水曲線（水深沿流程減?。┑灼路诸悾篿＜ik緩坡i＞0正坡i=ik臨界坡i＜ik陡坡i=0平坡i＜0逆坡兩條水深控制線（1）i＞0，存在N-N線（正常水深h?？刂凭€）（2）各種底坡都存在k-k線（臨界水深hk控制線，沿程不變）（3）N-N線與K-K線劃分12個(gè)流區(qū)。5.水面線變化規(guī)律2條水深線把5種底坡上的流動(dòng)空間劃分為12個(gè)流區(qū)，每個(gè)流區(qū)有一條水面曲線，共有12條不同類型的水面曲線，他們的變化規(guī)律總結(jié)如下：每個(gè)流區(qū)只出現(xiàn)一種水面線a、c為壅水曲線，b為降水曲線接近K-K線趨于正交；（發(fā)生跌水或水躍）接近N-N線趨于漸近（除a3、c3線）控制斷面：急流在下游，緩流在上游（5）正坡長(zhǎng)渠道無干擾的遠(yuǎn)端趨于均勻流水面線連接的規(guī)律緩流向急流過渡——產(chǎn)生跌水急流向緩流過渡——產(chǎn)生水躍緩流緩流，只影響上游急流急流，只影響下游6.水面曲線分析實(shí)例:例1:緩坡連接緩坡,后接跌坎(i1＞i2)(a1線和N2線后出現(xiàn)并且加粗)圖示緩坡接緩坡,(i1＞i2)上游來流為均勻流,下游也趨向于均勻流,從N1線要與N2線連接。根據(jù)水面線連接的原則，緩坡連接緩坡影響上游段，即上游形成a1型壅水曲線。從另一角度分析若在下游坡從N1到N2，則在b1區(qū)發(fā)生壅水曲線，這是不可能的。此例也說明底坡改變將產(chǎn)生非均勻流。例2：陡坡連接緩坡：分析：水深從陡坡h1＜hk轉(zhuǎn)入緩坡h2，水面線必為壅水曲線。然而，無論在陡坡b2和緩坡b1區(qū)均不發(fā)生壅水，這就是從急流到緩流必定發(fā)生水躍，水躍的位置有三種情況，需根據(jù)共軛水深條件經(jīng)計(jì)算確定。下面我們介紹恒定非均勻流水面曲線的計(jì)算。(六)恒定非均勻流水面曲線計(jì)算1基本方程分段求和法：（差分方程）差分方程用平均水力坡度代替某點(diǎn)的水力坡度。2計(jì)算步驟(1)定性分析棱柱體渠道水面線（確定壅水或降水，非棱柱體不用分析）(2)確定控制斷面水深（急流向下游，緩流向上游計(jì)算）(3)設(shè)相鄰斷面水深，取△h=0.1～0.3m(把渠道分成若干斷面)第七章泄水建筑物水流問題（一）堰流和閘孔出流圖示堰流和閘孔出口，堰和閘通常是一體的。當(dāng)閘門對(duì)水流不控制時(shí)，這就是堰流。當(dāng)閘門從上面對(duì)水流控制，這就是閘孔出流。堰閘出流的區(qū)別：堰流和閘流的判別：平頂堰：≤0.65閘孔出流＞0.65堰流曲線堰：≤0.75閘孔出流＞0.75堰流2.堰流:1)堰流基本公式:根據(jù)能量方程可以導(dǎo)出m—流量系數(shù)（與堰型、進(jìn)口尺寸、堰高P，及水頭H有關(guān)）ε1—側(cè)收縮系數(shù)（與堰型、邊壁條件、淹沒程度、水頭H，孔寬、孔數(shù)有關(guān)）σs—淹沒系數(shù)（與水頭H和下游水深有關(guān)）2）三種堰型：薄壁堰：測(cè)流實(shí)用堰：WES堰特點(diǎn)：H=Hd,md=0.502(H變化，相應(yīng)m也變化)寬頂堰:mmax=0.385，淹沒堰流的水流特性，淹沒條件：＞0.8,σs＜1（圖）3)計(jì)算任務(wù)：(1)確定過流能力Q：(2)確定流量系數(shù)m:(3)確定眼堰頂水頭H0：3.閘孔出流：(閘門形式可以分成平板閘門和弧形閘門，出圖)水流特征：收縮斷面水深基本公式 —流量系數(shù)=F（閘門形式，閘底坎形式）—淹沒系數(shù)，出現(xiàn)遠(yuǎn)離或臨界水躍時(shí)，=1。下面舉例說明閘孔出流計(jì)算.例:(矩形渠道中修建)單孔平板閘門,b=3m,H=6m,e=1.5m,下游水深ht=3.6m,求:通過的流量。解：（1）不考慮淹沒影響=0.25＜0.65(圖縮小放此屏后側(cè))∴閘孔出流(∵寬頂堰上平板閘門)由于下游水深ht=3.6m，是否淹沒還需要判斷(2)判斷淹沒情況:當(dāng)查ε2=0.622(收縮端面水深為)hc=ε2e=0.933m(求對(duì)應(yīng)于hc的共軛水深,以判別是否淹沒)∵h(yuǎn)c2>ht∴自由出流。淹沒系數(shù)σs=1我們比較一下堰流和閘孔出流的過流能力.堰流：閘孔出流：在同樣的條件下，水頭H的增加，堰流量要比閘孔通過的流量增加的快得多。所以在水利工程中經(jīng)常利用堰及時(shí)排放汛期的洪水。（二）水流銜接水利工程中，從溢流壩、泄洪陡槽、閘孔、跌坎等水工建筑物下泄的水流具有流速高、動(dòng)能大而且集中。因此我們必須要采取工程措施，消耗水流多余的能量，使下泄水流與下游河道能平順地銜接。否則如果不采取工程措施，就會(huì)造成下游河床嚴(yán)重的沖刷，影響水工建筑物的正常運(yùn)行。水流銜接形式：—淹沒系數(shù)，它代表下游水深ht與收縮斷面水深的共軛水深的比值。1）當(dāng)ht＜：遠(yuǎn)驅(qū)水躍，σj<1。從圖中可知：遠(yuǎn)驅(qū)水躍在渠道中出現(xiàn)急流段，對(duì)河床沖刷能力強(qiáng)，不利于河床和建筑物的安全。2）當(dāng)ht=：臨界水躍,，σj=1，。臨界水躍十分不穩(wěn)定，水流條件微小的改變，會(huì)使臨界水躍變?yōu)槠渌问降乃S。3）當(dāng)ht＞淹沒水躍,σj＞1（三）水流消能根據(jù)上面的分析，我們可以知道，遠(yuǎn)驅(qū)水躍存在急流段對(duì)下游最為不利；臨界水躍不穩(wěn)定，容易變?yōu)檫h(yuǎn)驅(qū)水躍。對(duì)于淹沒水躍，當(dāng)淹沒系數(shù)大于1.2時(shí)，也不利于消能。因此通常需要采取修建消力池等工程措施，形成淹沒系數(shù)為1.05~1.10的淹沒水躍與下游水流銜接。1.常用消能方式（底流消能—水躍消能（利用從急流到緩流產(chǎn)生水躍的劇烈翻騰的旋滾，消耗水流多余的能量，適用于中低水頭和地質(zhì)條件差的情況，在渠道中閘和跌坎的下游廣泛應(yīng)用）挑流消能（在泄水建筑物末端修建跳坎，把下泄水流挑射到遠(yuǎn)離建筑物的地方，水流在空中跌落擴(kuò)散，落入河道與水流碰撞，產(chǎn)生強(qiáng)烈紊動(dòng)混摻，消耗大量能量，多用于高水頭和地質(zhì)條件好的情況）2.底流消能：底流消能一般采用消力池形式。(1)消力池的類型:降低護(hù)坦形成消力池護(hù)坦末端修建消力坎綜合式消力池（2）.降低護(hù)坦消力池設(shè)計(jì)1)消力池深d(根據(jù)圖示的幾何關(guān)系,消力池深d等于)a)d=σj-△z-ht其中：消能池通常也可以用下式估算池深d：d=σj-ht(2)消力池長(zhǎng)度的計(jì)算(由于消力池末端池壁的作用,消力池中水躍長(zhǎng)度比自由水躍Lj短)Lk=(0.7~0.8)Lj(3)設(shè)計(jì)流量池深設(shè)計(jì)流量(-ht)maxQ池長(zhǎng)設(shè)計(jì)流量Qmax（保證水躍不發(fā)生在池外）第八~九章滲流和相似理論（一）滲流滲流運(yùn)動(dòng)是指水在有孔隙的土壤或巖石中的流動(dòng)，如在土壩、井、閘壩的基礎(chǔ)內(nèi)均存在地下水的滲流運(yùn)動(dòng)（由于自然界土壤組成的復(fù)雜性，地下水在土壤孔隙中的流動(dòng)難以完全了解和表達(dá)，因此引入了滲流模型的概念）。1滲流模型（1）概念：忽略全部土壤顆粒的體積（或存在），認(rèn)為地下水的流動(dòng)是連續(xù)地充滿整個(gè)滲流空間。（2）滲流模型的條件：與實(shí)際滲流保持相同的邊界條件、滲流流量和水頭損失。需要注意的是：土壤中實(shí)際滲流的流速是大于在滲流模型中計(jì)算得到的滲流流速，在滲流中討論的都是模型滲流流速。2．滲流基本定律（1）達(dá)西定律:斷面平均流速：υ=kJ式中：J—滲透坡降；k—土壤的滲透系數(shù)，表示土壤滲透能力的大小。適用范圍：恒定均勻?qū)恿鳚B流。3．恒定無壓漸變滲流基本公式—杜比公式式中：H—測(cè)壓管水頭，（或稱為水面高程），J—滲透坡降。（對(duì)于漸變滲流，同一過水?dāng)嗝嫔系臐B透坡降可以認(rèn)為是常數(shù)，因此同一滲流斷面上各點(diǎn)的流速為定值。）無壓均勻滲流（地下河槽均勻滲流的斷面平均流速和單寬滲流流量可以用下式計(jì)算）：υ=kiq=kih0在工程中經(jīng)常打井取水或者用來降低施工區(qū)域地下水位4．井的滲流計(jì)算（圖，動(dòng)畫）井的分類無壓井—在無壓含水層有壓井—井底深入到承壓含水層完全井—井底落在不透水層上非完全井—井底未落在不透水層上（2）無壓完全井（前圖引過來）出水量式中：H—無壓含水層水深，h0—井中水深，R—影響半徑，r0—井的半徑。浸潤(rùn)線方程：h為距井中心r處地下水深。我們舉例來說明滲流計(jì)算的應(yīng)用實(shí)際工程中的水流現(xiàn)象非常復(fù)雜，僅靠理論分析對(duì)工程中的水力學(xué)問題進(jìn)行求解存在許多困難，模型試驗(yàn)和量綱分析是解決復(fù)雜水力學(xué)問題的有效途徑。模型試驗(yàn)必須遵循一定的相似原理。相似原理流動(dòng)相似的特征幾何相似運(yùn)動(dòng)相似動(dòng)力相似2．相似理論在滿足幾何相似的前提下，動(dòng)力相似是實(shí)現(xiàn)流動(dòng)相似的必要條件，即要求在模型和原型中作用在液體上的各種力都成比例。一般性的牛頓普遍相似準(zhǔn)則：（Ne）P=（Ne）M牛頓數(shù)（表示某種力與慣性力的比值）F可以是任何種類的力，下標(biāo)P和M分別表示原型和模型的物理量。這就是實(shí)現(xiàn)流動(dòng)動(dòng)力相似的牛頓相似準(zhǔn)則。在實(shí)際水利工程中作用在水流上的主要作用力是重力、慣性力和紊動(dòng)阻力，粘滯阻力，通常難以全部滿足相似要求。但是只要保證主要的作用力相似，也可以使模型試驗(yàn)的精度滿足實(shí)際工程的需要。重力相似準(zhǔn)則（佛汝德相似準(zhǔn)則）（處于阻力平方區(qū)的明渠水流要求滿足重力相似準(zhǔn)則和紊動(dòng)阻力相似的條件為）（Fr）P=（Fr）M式中：nP、nM分別是原型和模型的糙率，λn,λL分別是模型的糙率和長(zhǎng)度比尺。滿足重力相似準(zhǔn)則條件下其它物理量的比尺關(guān)系：流速比尺：流量比尺：時(shí)間比尺：作用力比尺：水力學(xué)練習(xí)題及參考答案一、是非題(正確的劃“√”，錯(cuò)誤的劃“×)1、理想液體就是不考慮粘滯性的實(shí)際不存在的理想化的液體。（√）2、圖中矩形面板所受靜水總壓力的作用點(diǎn)與受壓面的形心點(diǎn)O重合。(×) 3、園管中層流的雷諾數(shù)必然大于3000?！?、明槽水流的急流和緩流是用Fr判別的，當(dāng)Fr＞1為急流。(√)5、水流總是從壓強(qiáng)大的地方向壓強(qiáng)小的地方流動(dòng)。（×）6、水流總是從流速大的地方向流速小的地方流動(dòng)。（×）6、達(dá)西定律適用于所有的滲流。（×）7、閘孔出流的流量與閘前水頭的1/2次方成正比。（√）8、漸變流過水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)的測(cè)壓管水頭都相同。(√)9、粘滯性是引起液流運(yùn)動(dòng)能量損失的根本原因。(√)10、直立平板靜水總壓力的作用點(diǎn)就是平板的形心。（×）11、層流的沿程水頭損失系數(shù)僅與雷諾數(shù)有關(guān)?！?2、陡坡上出現(xiàn)均勻流必為急流，緩坡上出現(xiàn)均勻流必為緩流。(√)13、在作用水頭相同的條件下，孔口的流量系數(shù)比等直徑的管嘴流量系數(shù)大。(×)14、兩條明渠的斷面形狀、尺寸、糙率和通過的流量完全相等，但底坡不同，因此它們的正常水深不等。(√)15、直立平板靜水總壓力的作用點(diǎn)與平板的形心不重合。（√）16、水力粗糙管道是表示管道的邊壁比較粗糙?！?7、水頭損失可以區(qū)分為沿程水頭損失和局部水頭損失。(√)18、牛頓內(nèi)摩擦定律適用于所有的液體。 (×)19、靜止液體中同一點(diǎn)各方向的靜水壓強(qiáng)數(shù)值相等。（√）20、明渠過流斷面上各點(diǎn)的流速都是相等的?！?1、緩坡上可以出現(xiàn)均勻的急流。(√)22、靜止水體中,某點(diǎn)的真空壓強(qiáng)為50kPa，則該點(diǎn)相對(duì)壓強(qiáng)為-50kPa。(√)24、滿寧公式只能適用于紊流阻力平方區(qū)。(√)25、水深相同的靜止水面一定是等壓面。 (√)26、恒定流一定是均勻流，層流也一定是均勻流。（×）27、紊流光滑區(qū)的沿程水頭損失系數(shù)僅與雷諾數(shù)有關(guān)?！?8、陡坡上可以出現(xiàn)均勻的緩流。(×)29、滿寧公式只能適用于紊流阻力平方區(qū)。(√)30、當(dāng)明渠均勻流水深大于臨界水深，該水流一定是急流。(×)31、緩坡上只能出現(xiàn)非均勻流緩流。（×）32、靜水壓強(qiáng)的大小與受壓面的方位無關(guān)。 (√)33、水泵的揚(yáng)程就是指水泵的提水高度。(×)34、恒定總流能量方程只適用于整個(gè)水流都是漸變流的情況。（×）35、平坡渠道中不可能發(fā)生均勻流。(√)36、當(dāng)明渠均勻流水深大于臨界水深，該水流一定是急流。 （√）37、水躍只能發(fā)生于平底明渠中。(×)二、單項(xiàng)選擇題(填寫唯一正確答案的編號(hào))作用水頭相同時(shí)，孔口的過流量要比相同直徑的管咀過流量（2）(1)大;(2)??；(3)相同；(4)無法確定。2、根據(jù)靜水壓強(qiáng)的特性，靜止液體中同一點(diǎn)各方向的壓強(qiáng) （1）(1)數(shù)值相等;(2)數(shù)值不等;(3)僅水平方向數(shù)值相等;(4)鉛直方向數(shù)值最大。3、已知水流的沿程水力摩擦系數(shù)只與邊界粗糙度有關(guān)，可判斷該水流屬于（4）1層流區(qū)；2紊流光滑區(qū)；3紊流過渡粗糙區(qū)；4紊流粗糙區(qū)。4、液體中某點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)為100kN/m2，則該點(diǎn)的相對(duì)壓強(qiáng)為（2）（1）1kN/m2（2）2kN/m2（3）5kN/m2（4）10kN/m25、紊流的斷面流速分布規(guī)律符合（1）1對(duì)數(shù)分布；2直線分布；3拋物線分布；4橢圓分布。6、長(zhǎng)管的總水頭線與測(cè)壓管水頭線（1）（1）相重合；（2）相平行，呈直線；（3）相平行，呈階梯狀；（4）以上答案都不對(duì)。7、滲流的達(dá)西公式只能適用于（1）(1)恒定均勻?qū)恿?2)恒定均勻紊流(3)恒定均勻流；(4)非恒定流。8、液流的沿程水力摩擦系數(shù)與邊壁粗糙度和雷諾數(shù)都有關(guān)，即可判斷該液流屬（3）1層流區(qū)；2紊流光滑區(qū)；3紊流過渡粗糙區(qū)；4紊流粗糙區(qū)。9、堰流的流量與堰頂水頭的2成正比。11/2次；23/2次方；32次方；41次方。10、溢流壩下泄水流收縮斷面水深hc0的躍后水深為hc02，形成遠(yuǎn)離水躍銜接的條件是（3）(1)ht=hc02(2)ht>hc02(3)ht<hc02(4)無法確定11、按重力相似準(zhǔn)則設(shè)計(jì)模型，若幾何比尺為100，則流速比尺為（2）（1）100；（2）10；（3）20；（4）50。12、液體中某點(diǎn)的絕對(duì)壓強(qiáng)為108kN/m2，則該點(diǎn)的相對(duì)壓強(qiáng)為（4）（1）1kN/m2（2）2kN/m2（3）8kN/m2（4）10kN/m213、靜止液體中同一點(diǎn)沿各方向上的壓強(qiáng)（1） (1)數(shù)值相等;(2)數(shù)值不等; (3)僅水平方向數(shù)值相等。14、矩形斷面明渠水力最佳斷面的寬深比β等于（2）11；22；33；44。15、水泵的揚(yáng)程是指 （2）(1)水泵提水高度；(2)水泵提水高度+吸水管的水頭損失； (3)水泵提水高度+吸水管與壓水管的水頭損失。16、紊流粗糙區(qū)的水頭損失與流速成（2）1一次方關(guān)系；2二次方關(guān)系；31.75～2.0次方關(guān)系。17、在平衡液體中，質(zhì)量力與等壓面（3）（1）重合；（2）平行；（3）正交。18、雷諾數(shù)是判別下列哪種流態(tài)的重要的無量綱數(shù)31急流和緩流；2均勻流和非均勻流；3層流和紊流；4恒定流和非恒定流。19、閘孔出流的流量與閘前水頭3成正比11次方；22次方；30.5次方。20、共軛水深是指(1)(1)水躍的躍前水深與躍后水深(2)溢流壩下游水流收縮斷面水深(3)均勻流水深（4）臨界水深21、圖示容器中有兩種液體，密度2>1，則A、B兩測(cè)壓管中的液面必為(2)(1)B管高于A管；(2)A管高于B管；(3)AB兩管同高。22、紊流的斷面流速分布規(guī)律符合（1）1對(duì)數(shù)分布；2橢圓分布；3拋物線分布；4直線分布。23平底棱柱形明渠發(fā)生水躍，其水躍函數(shù)J(h1)與J(h2)的關(guān)系是（1）1J(h1)=J(h2)2J(h1)>J(h2)3J(h1)<J(h2)24、盛水容器a和b的測(cè)壓管水面位置如圖(a)、(b)所示，其底部壓強(qiáng)分別為pa和pb。若兩容器內(nèi)水深相等，則pa和pb的關(guān)系為（1）(1)pa>pb(2)pa<pb(3)pa=pb(4)無法確定25、層流斷面流速分布規(guī)律符合（3）1對(duì)數(shù)分布；2直線分布；3拋物線分布；4橢圓分布。26、佛汝德數(shù)Fr是判別下列哪種流態(tài)的重要的無量綱數(shù)（1）1急流和緩流；2均勻流和非均勻流；3層流和紊流；4恒定流和非恒定流。27、紊流中粘滯底層厚度比絕對(duì)粗糙高度大得多的壁面稱為（1）（1）光滑面2過渡粗糙面（3）粗糙面（4）以上答案均不對(duì)三、填空題(在空格中填寫正確答案)1、水力模型的重力相似準(zhǔn)則是模型與原型的佛汝德數(shù)相同。2、明渠的斷面和流量不變時(shí)，水躍的躍前水深越大，則躍后水深越小。3、底流式消能工的主要形式有降低護(hù)坦、修建消能坎、綜合式消能池3種形式。4．測(cè)量明槽流量的主要工具有_堰_(dá)_、__量水槽_。5、根據(jù)管道計(jì)算方法的不同，管道可分類為長(zhǎng)管和短管。6、滲流的達(dá)西公式是____v=kJ__。7、測(cè)量管道流量的主要儀器有文丘里流量計(jì)、渦輪流量計(jì)。8、計(jì)算明渠均勻流的公式是。9、根據(jù)管道中水擊波傳播時(shí)間與閥門關(guān)閉時(shí)間的對(duì)比關(guān)系，水擊可分類為（1）直接水擊和（2）間接水擊。10、底流式消力池中產(chǎn)生的水躍，要求是__微淹沒___形式的水躍消能率高且穩(wěn)定。11、按重力相似準(zhǔn)則設(shè)計(jì)的模型中，幾何比尺為64，則流速比尺為8。12、牛頓內(nèi)摩擦定律適用條件是牛頓流體，層流運(yùn)動(dòng)13、理想液體與實(shí)際液體的主要區(qū)別是___是否存在液體的拈滯性____________14、實(shí)際液體在流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生水頭損失的內(nèi)因是液體的粘滯性，外因是邊界條件的影響。15、水躍是水流從_急_流過渡到緩流的局部水力現(xiàn)象；當(dāng)流量一定，躍前水深增大時(shí)，則躍后水深是減小。16、三種液體盛有容器中，如圖所示的四條水平面，其中為等壓面的是B—B四、問答題1．．什么是液體的可壓縮性？什么情況下需要考慮液體的可壓縮性？解：可壓縮性是：當(dāng)外界的壓強(qiáng)發(fā)生變化時(shí)液體的體積也隨之發(fā)生改變的特性。液體可壓縮性一般情況下可以不必考慮，但是當(dāng)外界壓強(qiáng)變化較大，如發(fā)生水擊現(xiàn)象時(shí)必須予以考慮。2．有人說“均勻流一定是恒定流”，這種說法是否正確？為什么？解：這種說法是錯(cuò)誤的，均勻流不一定是恒定流。因均勻流是相對(duì)于空間而言，即運(yùn)動(dòng)要素沿流程不變，而恒定流是相對(duì)于時(shí)間而言，即運(yùn)動(dòng)要素不隨時(shí)間而變。兩者判別標(biāo)準(zhǔn)不同。3．什么是相對(duì)壓強(qiáng)和絕對(duì)壓強(qiáng)？4。寫出水力半徑R的表達(dá)式。5、請(qǐng)分別敘說明渠均勻流水深和臨界水深的含義和區(qū)別。6、明渠的底坡可以分為哪些類型？7、如何用臨界水深hk與渠道內(nèi)的水深h來判別明渠水流的流態(tài)？8、根據(jù)邊界條件的不同，水頭損失可以分為哪兩類？9、試敘述判斷明渠水流流態(tài)有哪些方法。10明渠均勻流產(chǎn)生的條件是什么？五、作圖題(在題圖上繪出正確答案)i.1>iki2i.1>iki2<ik2、定性繪出圖示管道（短管）的總水頭線和測(cè)壓管水頭線。v0=0v0=0測(cè)壓管水頭線總水頭線測(cè)壓管水頭線總水頭線v0=03、定性繪出圖示棱柱形明渠的水面曲線，并注明曲線名稱。(各渠段均充分長(zhǎng)，各段糙率相同,末端有一跌坎)(5分)ii.1>iki2<ik4、定性繪出圖示曲面AＢＣ上水平方向的分力和鉛垂方向壓力體。(5分)5、定性繪出圖示管道（短管）的總水頭線和測(cè)壓管水頭線向。vv0=0v0=0v0=0測(cè)壓管水頭測(cè)壓管水頭總水頭線v0=0v0=06、繪出圖中的受壓曲面AB上水平分力的壓強(qiáng)分布圖和垂直分力的壓力體圖。7、定性繪出圖示棱柱形明渠的水面曲線，并注明曲線名稱。(各渠段均充分長(zhǎng)，各段糙率相同)六、根據(jù)題目要求解答下列各題HROABR1、圖示圓弧形閘門AB(1/4圓),A點(diǎn)以上的水深H＝1.2m，閘門寬B=4mHROABR解：水平分力Px=pc×Ax=74.48kN鉛垂分力Py=γ×V=85.65kN,靜水總壓力P2=Px2+Py2,P=113.50kN,tan=Py/Px=1.15∴=49°合力作用線通過圓弧形閘門的圓心。2、圖示一跨河倒虹吸圓管，管徑d＝0.8m，長(zhǎng)l=50m，兩個(gè)30。折角、進(jìn)口和出口的局部水頭損失系數(shù)分別為ζ1=0.2，ζ2=0.5，ζ3=1.0，沿程水頭損失系數(shù)λ=0.024，上下游水位差H=3m。若上下游流速水頭忽略不計(jì)，求通過倒虹吸管的流量Q。解：按短管計(jì)算，取下游水面為基準(zhǔn)面，對(duì)上下游渠道內(nèi)的計(jì)算斷面建立能量方程計(jì)算圓管道斷面的水力半徑和局部水頭損失系數(shù)將參數(shù)代入上式計(jì)算，可以求解得到即倒虹吸管內(nèi)通過的流量為2.091m3/s。3、d1v1某水平管路直徑d1=7.5cm，末端連接一漸縮噴嘴通大氣(如題圖)，噴嘴出口直徑d2=2.0cm。用壓力表測(cè)得管路與噴嘴接頭處的壓強(qiáng)p=49kNm2，管路內(nèi)流速v1=0.706m/s。求水流對(duì)噴嘴的水平作用力F(d1v1解：列噴嘴進(jìn)口斷面1—1和噴嘴出口斷面2—2的連續(xù)方程：P1x2211得噴嘴流量和出口流速為：P1x2211R R對(duì)于噴嘴建立x方向的動(dòng)量方程N(yùn)水流對(duì)噴嘴沖擊力:F與R,等值反向。4、有一矩形斷面混凝土渡槽，糙率n=0.014，底寬b＝1.5m，槽長(zhǎng)L＝120m。進(jìn)口處槽底高程Z1=52.16m，出口槽底高程Z2＝52.04m，當(dāng)槽中均勻流水深h0=1.7m時(shí)，試求渡槽底坡i和通過的流量Q。解：i=（Z1-Z2）/L=0.001m2mmv=C(Ri)0.5＝1.46m/sQ=vA=3.72m35、有一矩形斷面混凝土渡槽(n=0.014)，底寬b＝1.5m,槽長(zhǎng)L＝116.5m。進(jìn)口處槽底高程Z1=52.06m，當(dāng)通過設(shè)計(jì)流量Q＝7.65m3/s時(shí)，槽中均勻流水深h0=1.7m，試求渡槽底坡和出口槽底高程Z26、圖示水箱一側(cè)有一向上開口的短管，箱內(nèi)水位恒定，水通過管嘴向上噴射。若管嘴出口至水箱水面的高度h=5m，短管的總水頭損失是短管流速水頭的0.2倍，取動(dòng)能校正系數(shù)α=1。求管嘴的出流速度v及此射流達(dá)到的高度z。7、求圖中矩形面板所受靜水總壓力的大小及作用點(diǎn)位置，已知水深H=2m，板寬B＝3m。8、圖示一跨河倒虹吸管，正方形斷面，邊長(zhǎng)b=0.8m，長(zhǎng)l=50m，兩個(gè)30。折角、進(jìn)口和出口的局部水頭損失系數(shù)分別為ζ1=0.2，ζ2=0.5，ζ3=1.0，沿程水頭損失系數(shù)λ=0.024，已知通過流量 Q=2.662m3/s。若上下游的行進(jìn)流速水頭忽略不計(jì)，求上下游水位差9、有一水電站引水鋼管，管道長(zhǎng)度L=2000m，管中水流的流速v=2m/s，管道水擊波波速C＝1172m/s。由于管道末端閥門在試判斷水擊類型；并求管中水擊壓強(qiáng)水頭ΔH。10、測(cè)定90°彎管的局部水頭損失系數(shù)的試驗(yàn)裝置如題圖所示。已知試驗(yàn)段AB長(zhǎng)10m，管徑d＝0.05m，彎管曲率半徑R＝d，管段沿程水力摩擦系數(shù)λ＝0.0264，實(shí)測(cè)AB兩端測(cè)壓管水頭差△h＝0.63cm，100秒鐘流入量水箱的水體體積為0.028m311、有一矩形斷面混凝土渡槽，糙率n=0.014，底寬b＝1.5m，槽長(zhǎng)L＝120m。進(jìn)口處槽底高程Z1=52.16m，出口槽底高程Z2＝52.04m，當(dāng)槽中均勻流水深h0=1.7m時(shí)，試求渡槽底坡i和通過的流量Q。12、某溢流壩下收縮斷面處水深hc=1.1m，已知單寬流量q＝14.72m2/s，當(dāng)壩下游水深ht=4.7m時(shí)，1）求對(duì)應(yīng)收縮斷面處水深hc的躍后水深hc22）壩下游發(fā)生何種形式的水躍？是否需要修建消能工？解：1)計(jì)算臨界水深hk，判斷收縮斷面和下游水流流態(tài)，m因?yàn)槭湛s斷面水深hc=1.1mhk為急流，下游水深ht=4.7mhk為緩流，所以溢流壩下游必定發(fā)生水躍。2）計(jì)算收縮斷面處水深hc的共軛水深hc2hc2＝＝＝5.81m因?yàn)閔c2ht，該水躍為遠(yuǎn)驅(qū)水躍。3）溢流壩下游發(fā)生遠(yuǎn)驅(qū)水躍，需要修建消力池。13、矩形斷面渠道中有一平板閘門，渠寬b＝3m閘前水深H＝4m，閘下收縮斷面水深hc=0.8m已知渠道流量Q=18m3/s均為1。求水流作用于閘門上的作用力。14、已知如圖所示水平安裝的文丘里流量計(jì)，已測(cè)得壓強(qiáng)=0.5m，=-0.2m，水管的橫斷面積A1=0.002m2，A2=0.001m2,不計(jì)水頭損失，求通過文丘里流量計(jì)的流量15、管道直徑d=10mm，通過流量Q=20cm3/s，運(yùn)動(dòng)粘度=0.0101cm2/s。問管中水流流態(tài)屬層流還是紊流？若將直徑改為d=30mm，水溫、流量不變，問管中水流屬何種流態(tài)？16、有一水電站引水鋼管，管道長(zhǎng)度L=2000m，管中水流的流速v=2m/s，管道水擊波波速C＝1172m/s。由于管道末端閥門在試判斷水擊類型；并求管中水擊壓強(qiáng)水頭ΔH。