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水力學

總結

概念

1

粘性；粘滯性是流體固有的物理屬性，當液體處于運動狀態時，若液體質點之間存在相對運動則質點之間要產生內摩擦力，抵抗其相對運動，這種性質稱為液體的粘滯性，其中的內摩擦力稱為粘滯力。

2

質量力；作用于隔離體內每一個液體質點上的力，其大小與受作用的液體的質量成正比，與加速度有關。在均質液體中，質量力也必然與受作用的液體的體積成比例，所以又稱為體積力。最常見的質量力包括重力、慣性力。

3

表面力；作用于隔離體表面上的力，并與受作用的液體表面積成比例。

4

牛頓內摩擦定律（公式）；液體的內摩擦力與其速度梯度du成正比，與液層的接觸面積A成正比，與流體的性質有關，而與接觸面的壓力無關。液體的粘滯性是液體發生機械能損失的根源。

內摩擦力：T=

μA

du

切應力：t=

μdu

5

靜水壓強；靜水壓力除以接觸面積稱為靜水壓強。

6

靜水壓強特性；第一特性：壓強方向與作用面內法線方向重合。第二特性：靜止液體中任一點靜水壓強的大小與作用面的方向無關，或者說，作用于同一點各方向的靜水壓強大小相等。

7

靜水壓強基本方程(兩種形式)；;Z+p/r=C

8

Z+p/r=C公式中各項的幾何意義及能量意義；幾何意義：z

—位置水頭（計算點位置高度）、p/γ—壓強水頭（壓強高度或測壓管高度）、z+p/γ—測壓管水頭、z＋p/γ＝C—靜止液體中各點位置高度與壓強高度之和不變。能量意義：z—單位勢能、p/γ—單位壓能、z+p/γ—單位全勢能、z＋p/γ＝C—靜止液體中各點單位質量液體的全勢能守恒。

9

絕對壓強、相對壓強、真空度；絕對壓強：以毫無一點氣體存在的絕對真空為零點起算的壓強，稱為絕對壓強pabs

相對壓強：以同高程大氣壓強

pa

為零點起算的壓強，稱為相對壓強。p＝

p’－

pa

。p為正值稱為正壓，

p為負值稱為負壓，負壓的絕對值稱為真空度pv＝－p

10

描述液體運動的兩種方法(各自的概念)；拉格朗日法

定義：把流場中的液體看做是由無數連續質點所組成的質點系，追蹤研究每一質點的運動軌跡并加以數學描述，從而求得整個液體運動規律的方法。歐拉法

定義：直接從流場中每一固定空間點的流速分布入手，建立速度、加速度等運動要素的數學表達式，來獲得整個流場的運動特性。

11

歐拉法中加速度場的公式；

12

恒定流；均勻流；一元、二元、三元流動；恒定流：流場中所有空間點上一切運動要素不隨時間改變，這種流動稱為恒定流。均勻流：各流線為平行直線的流動稱為均勻流。運動要素是一個坐標的函數，稱為一元流。運動要素是兩個坐標的函數，稱為二元流。運動要素是三個坐標的函數，稱為三元流。

13

流線的定義與特性；定義：流線是同一時刻由液流中許多質點組成的線,線上任一點的流速方向與該線在該點相切.流線上任一點的切線方向就代表該點的流速方向,則整個液流的瞬時流線圖就形象地描繪出該瞬時整個液流的運動趨勢.

流線特性：(1)流線不能相交或轉折，否則在交點或轉折處必然存在兩個切線方向，即同一質點同時具有兩個運動方向，這顯然是不可能的，因此流線只能是互不相交的光滑曲線

(2)流線只能是一條光滑曲線。(液體為連續介質）

(3)流線分布的疏密程度反映了該時刻流場中各點的速度大小。流線越密，流速越大；流線越疏，流速越小

14

過流斷面；過流斷面是與所有流線均正交的橫截面。

15

恒定元流能量方程（伯努利方程）及各項幾何與能量意義；

z—斷面相對于選定基準面的高度，水力學中稱為位置水頭，表示單位重量液體的位置勢能，簡稱位能。

—斷面壓強作用使液體沿測壓管所能上升的高度，水力學中稱壓強水頭，表示壓力作功所能提供的單位能量，簡稱壓能。—不計射流本身重量和空氣阻力時，以斷面流

速u為初速的鉛直上升射流所能達到的高度，水力學中稱流速水頭，表示單位重量液體動能。

16

液體流動過程中能量損失的兩種方式；沿程水頭損失和局部水頭損失

由于沿程阻力做功所引起的水頭損失，稱為沿程水頭損失。hf

局部水頭損失：由于局部阻力產生的相應的能量缺失稱為局部水頭缺失。

17

液體流動的兩種流態，用什么方式判別；流態的判別準則——臨界雷諾數

臨界流速與管徑d和流體密度ρ成反比，與流體的動力粘度μ成正比。

層流：Re＝υd/ν<ReK＝2300

紊流：Re＝υd/ν>ReK＝2300

——特征長度d,只適用于圓管流。

18

水力半徑；水力半徑R：過流斷面面積A與濕周X

的比值

19

上、下臨界流速；

20

孔口出流，管嘴出流，有壓管流；孔口出流：容器壁上開孔，液體經孔口流出的水力現象稱為孔口出流。管嘴出流:在孔口接一段長為3~4倍孔口直徑的短管，液體經短管并在出口斷面滿管流出的水力現象稱為管嘴出流。有壓管流：水沿管道滿管流動的水力現象稱為有壓管流。

21

短管、長管；在有壓管路中，水頭損失包括沿程損失和局部損失，如果局部損失占有相當比例，計算時不能忽略，這樣的管路稱為短管。在有壓管路中，如果局部水頭損失僅占沿程水頭損失的5%-10%以下，則在計算中可以將局部水頭損失和流速水頭忽略不計，從而使計算大大簡化，這樣的管路稱為長管。

22

明渠流動；明渠流動:是指在河、渠等水道中流動，具有自由表面的水流，

23

明渠均勻流的條件與特征；明渠流動具有自由表面，表面上各點受大氣壓強作用，其相對壓強為零

水力特征

1、明渠均勻流斷面平均流速、水深沿程不變。

2、明渠均勻流總水頭線、測壓管水頭線（水面線)與渠道底線互相平行。也就是說，其水力坡度J,測壓管坡度JP和底坡i彼此相等，即

J＝JP＝I

24

堰流的有哪幾種類型，如何分類；堰流：無壓緩流經障壁溢流時，上游發生壅水，然后水面降落，這一水流現象稱為堰流。堰流分類

按δ/H比值范圍分：堰頂溢流的水流情況，隨堰頂厚度δ與堰上水頭H的比值不同而異，按δ/H比值范圍分為三種類型：（1）薄壁堰δ/H

<

0.67

堰前來流由于受堰壁阻擋，底部水流因慣性作用上彎，當水舌回落到堰頂高度時，距離上游壁面約0.67H。堰壁厚δ/H

<

0.67時，過堰水流和堰壁只有一條邊線接觸，堰頂厚度對水流無影響，故稱為薄壁堰。薄壁堰主要用作測量流量的設備。（2）實用堰

0.67

<

δ/H

<

2.5堰頂厚度大于薄壁堰，堰頂厚對水流有一定的影響，但堰上水面仍一次連續降低，這樣的堰型稱為實用堰。實用堰的剖面有曲線型和折線型兩種。水利工程中的大、中型溢流壩一般都采用曲線型實用堰，小型工程常采用折線型實用堰。

（3）寬頂堰

2.5

<

δ/H

<

10頂厚度較大，與堰上水頭的比值超過2.5，堰頂厚對水流有顯著影響，在堰坎進口水面發生降落，堰上水流接近水平流動，至堰坎出口水面二次降落與下游水流銜接，這種堰型稱為寬頂堰。工程上還有許多流動，如泄水閘門開啟至門下緣離開水面時的閘孔出流、小橋孔過流、無壓短涵管過流等，也都屬于寬頂堰流。

專業詞匯翻譯

水力學

Hydraulics

靜水壓強

Hydrostatic

pressure

過水斷面

flow

cross

section

壓強水頭

pressure

head位置水頭

elevation

head總水頭

total

head水頭損失

head

loss

部分公式

1牛頓內摩擦力計算：例1-1，1-2，練1-9，1-11

內摩擦力：T=

μA

du

切應力：t=

μdu

2

靜水壓強計算：例2-3，練2-8

3

靜水總壓力及作用點計算：例2-4，2-5，練2-14，2-15

Jx為受壓面面積A對Ox軸的慣性矩：

根據慣性矩的平行移軸定理：Jx=

JC＋yC2A，Jc是靜水總壓力對于通過受壓面形心并且與x軸平行的軸的轉動慣量。所以壓力作用點的坐標為

4

歐拉法中加速度場求解(判定幾元流，恒定流，均勻流)：練3-1

5

流線方程：練3-3

流線微分方程式：

6

恒定總流能量方程、連續性方程、動量方程應用：例3-9，3-10，練3-27，3-28，3-29

Q＝υ1A1＝υ2A2＝常數

——恒定總流連續性方程

總流的連續性方程可寫為：Q1＝Q2＋Q3

恒定總流動量方程：

7

雷諾數計算，判斷流態，計算下臨界流速，例4-1，練4-2