10連續(xù)介質(zhì)實際流體模型

學(xué)問點0由質(zhì)點組成的連續(xù)體,具有：易流淌性、粘滯性、不行壓縮性、不計外表張力的性質(zhì).粘滯性：牛頓內(nèi)摩擦定律dudy抱負流體模型：不考慮粘滯性。作用在液體上的力：質(zhì)量力、外表力例：1.在靜水中取一六面體分析其所受的外力作用在該六面體上的力有 〔〕〔a〕切向力、正壓力 (b)正壓力(c) 正壓力、重力 (d)正壓力、切向力、重力在明渠均勻流中取一六面體其所受的外力作用在該六面體上有 〔〕〔a〕切向力、正壓力 (b)正壓力(c)正壓力、重力 (d)正壓力、切向力、重力抱負流體與實際流體的區(qū)分僅在于，抱負流體具有不行壓縮性。 〔〕第1章 水靜力學(xué)靜壓強的特性垂直指向受壓面。在同一點各方向的靜壓強大小與受壓面方位無關(guān).等壓面：等壓面是水平面的條件水靜力學(xué)根本方程z g

pp0

gh根本概念靜壓強分布圖5.點壓強的計算利用：等壓面、靜壓強根本方程。解題思路：①找等壓面③利用靜壓強根本方程推求。6PbI圖解法：IP解析法：P

ghAc

y y c作用在曲面上的靜水總壓力關(guān)鍵：壓力體畫法

D c yAc以曲面為底面，向自由液面〔自由液面延長面〕投影，曲面、鉛錘面、自由液面所包圍的水體為壓力體。壓力體與水在同一側(cè)為實壓力體，鉛錘分力方向向下。反之，為虛壓力體，鉛錘分力方向向上。例1.流體內(nèi)部某點存在真空，是指 〔〕〔a〕該點確實定壓強為正值 〔b〕該點的相對壓強為正值〔c〕該點確實定壓強為負值 〔d〕該點的相對壓強為負值流體內(nèi)部某點壓強為2個大氣壓，用液柱高度為 〔〕10米水柱 b)22米水柱 c)20米水柱 d)25米水柱無論流體作何種運動，流體內(nèi)任何一個水平面都是等壓面。 〔〕第2章 液體運動的流束理論描述流體運動的兩種方法：拉格朗日(Lagrange)法、歐拉(Euler)法根本概念跡線和流線、流管、元流、總流和過水斷面、流量和斷面平均流速、一元流、二元流和三元流、恒定流與非恒定流、均勻流與非均勻流；漸變流、急變流。3.不行壓縮均質(zhì)流體連續(xù)性方程u ux yx

u z 0x y z1 恒定總流連續(xù)方程：A1

Av2 2抱負流體元流的能量方程p u2 p u2z 1 1 z 2 21 g 2g 2 g 2g實際流體元流的能量方程p u2 p u2z 1 1 z 2 2 h”1 g 2g 2 g 2g w實際流體恒定總流能量方程p v2 p

v2z 1 11 z 2 2 2h1 g 2g 2 g 2g

w12p v2 p

v2z 1 11 Hz 2

2 2hg 2gg 2g

w12能量方程應(yīng)用留意事項〔三選〕〔可任選，以便利為原則〕〔必需是均勻流或漸變流斷面，中間可為急變流〕〔可任選，以便利為原則〕恒定總流淌量方程2 2

v1

)F重量形式：Q(v v )F2 2x 12x xQ(2v2y1v2y)FyQ(v2 2z

v1

)Fz動量方程應(yīng)用留意事項選擇脫離體〔掌握面〕建立坐標系全面分析外力動量方程為矢量式，流速、力均有方向。方程左邊為所取流段的動量的變化率，肯定是流出的動量減去流入的動量。三大方程聯(lián)合應(yīng)用〔1〕〔2〕〔1〕〔2〕定理對于任一物理過程，存在有n個物理量，總可以寫成函數(shù)f(q,q,q1 2 3

qn

)0假設(shè)選擇其中m 個物理量作為根本量〔流體力學(xué)中一般m3，一個幾何量，一個動量，一個動力氣理量可以用這3個根本量表示，寫為無量綱的 式，共寫出(n3)個有效 式，q 4 4 qqq1 2 3F(4,56....n)0通過量綱和諧原理建立其物理量之間的關(guān)系，此乃定理。例.1.在水箱上接出一條等直徑圓管末端設(shè)有閥門已掌握流量假設(shè)水箱內(nèi)水面不隨時間變化、當閥門開度肯定時，管中水流為 〔〕(a)恒定均勻流〔b〕恒定非均勻流〔c〕非恒定均勻流〔d〕非恒定非均勻流恒定流肯定是均勻流。 〔〕在恒定流狀況下，流線與跡線重合。 〔〕3章液流型態(tài)與水頭損失1.液體流淌的兩種型態(tài)層流：流體質(zhì)點互不摻混，做有條不紊的規(guī)章運動。紊流：流體質(zhì)點相互摻混，形成渦體，做雜亂無章的運動。管流：

Revd

RevR水頭損失

Re2023 Rec l v2

500fhf

d2g0均勻流根本公式固體邊界：0圓管過水斷面上切應(yīng)力的分布2.

gRJ 流體內(nèi)部：gRJr0r0切應(yīng)力：

dudy

gJu (r2r2)斷面流速分布： 4 0最大流速〔管軸線上〕 gJ

max

gJr24 01斷面平均流速： v

r2 8 0 2

maxh 64lv2f Red3g64

h

l v2令 Re

f d3g紊流的特征紊流中運動要素的脈動瞬時流速：u(t)u u”x x x1時均流速：

u x T

u(t)dtu u”x x xu”脈動流速：x紊流附加切應(yīng)力

u ux x

du

l2( )2du1 2 dy dydu紊流流速分布u1

vlnyc對數(shù)曲線分布，流速分布均勻化了。此即粘流底層

1.0 1.0的緣由。受粘滯力作用，有一極薄層流體附在管壁上不流淌；在靠近固體邊界四周的液層做層流運動，稱之為粘性底層。粘性底層的厚度用 厚度不是一成不變的，與直徑、雷諾數(shù)、粗糙度有關(guān)。紊流分區(qū)確定粗糙度K 粘性底層 紊流流核〔1〕水力光滑區(qū) K0.4〔2〕過渡粗糙區(qū) 0.4K6〔3〕粗糙區(qū)〔阻力平方區(qū)〕K6尼古拉茲試驗區(qū)，Re<2300，層流區(qū) λ=f(Re)，區(qū)，Re=2300~4000，層流到紊流過渡區(qū)λ=f(Re,K/d)III區(qū)，105<Re>4000，紊流水力光滑區(qū) λ=f(Re).=f(Re、K/d).區(qū)，粗糙管，λ=f(K/d).‘阻力平方區(qū)’。v2j局部損失計算公式： h 2gj突然放大局部損失計算公式的推導(dǎo)。(vv)2h 1 2 j 2gA v2 v2 A h(1 1)2

1

(1 1)2j A 2g

12g

A 2 A 2 A v22

v2

( 21)2h( j

1)

2 22

A A 2g 2g1 1等直徑圓管中紊流的過流斷面流速分布是 〔 〕呈拋物線分布 (b)呈對數(shù)線分布(c)呈橢圓曲線分布 (d)呈雙線分布2.壁面粗糙的管道肯定是水力粗糙管。〔〕3.在進展水力計算時，短管是指管道幾何長度較短的管道。〔〕4.臨界雷諾數(shù)的大小僅與流體的流速有關(guān)，與流體的性質(zhì)無關(guān)。〔〕5紊流各區(qū)沿程阻力系數(shù)與ReKd的關(guān)系？7.層流與紊流的內(nèi)部切應(yīng)力有何不同？4孔口分類：大孔口與小孔口〔Hd

10Hd

10〕薄壁孔口與厚壁孔口自由出流與漂浮出流恒定出流與非恒定出流薄壁小孔口恒定出流2gH0Q2gH0QQ1.32A 2gHn0 n ， pc 0.75 收縮斷面壓強： 0管嘴工作條件：(a)l(3~4)d；(b)H 9m(水柱)0短管的水力計算流量公式：QA

1lld2gH2gH0總水頭線與測壓管水頭線的畫法。總水頭線測壓管水頭線。規(guī)律：總水頭線沿程總是下降的。〔反之〕測壓管水頭線沿程可升可降。總水頭線與測壓管水頭線重合，為折線。長管的水力計算簡潔管路lv2 8g l Q2 Q2計算公式：

Hh f

d2g c2

4R2gA2

lA2C2RKAC

R流量模數(shù)RHhf

Q2lK2粗糙區(qū)〔v12m/s

Hhf

Q2lK2水力光滑區(qū)或紊流過渡區(qū)〔v1.2m/s〕Hhf

kQ2lK2 l H h lQ2還可表示為： f8

d2g d2g2d4 g2d5s令： g2d5 〔比阻〕f粗糙區(qū)〔v12m/s：Hh SlQ2f水力光滑區(qū)或紊流過渡區(qū)〔v

1.2m/s〕Hh kSlQ2 kf —修正系數(shù)串聯(lián)管路n

n Q2計算原則〔1〕H slQ2 H

i lii ii1

i1

K2 ii〔2〕Qi

qQi

〔節(jié)點流量〕并聯(lián)管路〔1〕n n

h h h ....ff1 f2 f3f〔2〕

ii1

〔節(jié)點流量〕例：1.總水頭線與測壓管水頭線的根本規(guī)律之一，是： 〔 〕〔c〕測壓管水頭線沿程上升。〔d〕測壓管水頭線總是沿程下降的。外延管嘴的正常工作條件是 〔 〕3-49(c)管長l<(3-4)d9〔b〕管長l=(3-4)d，作用水頭小于95章明渠恒定均勻流明渠的分類：按渠身形式分類： 棱柱形渠道 非棱柱形渠道按底坡分類：順坡渠道i0；逆坡渠道i0；平坡渠道i0按渠道斷面分類：梯形渠道、矩形渠道、復(fù)式斷面渠道……流淌形態(tài)：明渠恒定流、明渠非恒定流、明渠均勻流、明渠非均勻流明渠非均勻流又分為：急變流與漸變流明渠均勻流的水力特征：iJ J底坡線、水面線、總水頭線，三線平行。 P水深、過流斷面的外形、尺寸；斷面平均流速及流速分布沿程不變水體重力沿水流方向的分力等于固體邊界對水流的摩阻力。②渠道為長、直棱柱型渠道③i和n沿程不變④順坡渠道4、明渠均勻流的根本公式

QACRiRiQKRiRi

KACi1 1i

流量模數(shù)R1R謝齊系數(shù)：C n

6〔曼寧公式〕C Ry〔巴氏公式〕n5、水力最優(yōu)斷面定義：在過流斷面的面積、糙率、底坡肯定前提下，通過流量最大的斷面11m2對于梯形斷面渠道：h

(b)hh

2(

m)矩形渠道： b2h h明渠均勻流水力計算的根本問題iQKiiQ2設(shè)計渠道的底坡： K2〔試算或圖解法〕6章明渠恒定非均勻流第7章 水躍1、明渠水流流淌類型方干擾波波速方干擾波波速弗勞德數(shù)臨界水深臨界底坡法cghmFrvghmhiKK流態(tài)緩流vcFr1.0hh iiK K臨界流vcFr1.0hh iiK K急流vcFr1.0hhkiiK斷面單位能量〔斷面比能〕Ehv2s 2g

E hQ2s 2gA2

E f(h)sQ2 A3 K臨界流方程：g BK跌水與水躍〔1〕跌水現(xiàn)象

〔矩形渠道:h 〕3q3q2g緩坡接陡坡的渠道〔2〕水躍現(xiàn)象〔1〕水躍方程：

緩坡渠道末端有跌坎Q2∵gA

Ayc

f(h)

(h”)(h“)∴〔3〕水躍的類型臨界式水躍h∴t

h“(b)

hh“漂浮式水躍 t(c)

遠驅(qū)式水躍

hh“t臨界水深、臨界底坡、緩坡、陡坡水面曲線的定性繪制〔緩坡、陡坡〕水面曲線變化根本規(guī)律全部a型、C型曲線都是壅水曲線。全部b型曲線都是降水曲線。水面曲線具有不同的凹凸性。性繪制水面曲線的方法與原則依據(jù)底坡或水深，按均勻流條件，推斷急流、緩流，確定N-N線與K-K線。視底坡轉(zhuǎn)變或水工建筑物的影響，分析水流加速，還是減速，推斷水面曲線是壅水曲線還是降水曲線。水流受阻，水流減速運動，水深變大，為壅水曲線，反之為降水曲線。把底坡轉(zhuǎn)變或水工建筑物的影響，視為干擾，確定對上游的影響。假設(shè)上游急流，這個干擾形成的波不向上游傳播，上游水面為均勻流，水面線不變；假設(shè)為緩流，干擾波向上游傳播，上游水面曲線變化。從急流到緩流消滅水躍，從緩流到急流發(fā)生跌水。例：1.明渠水流，從急流過渡到緩流，發(fā)生跌水。----------------〔 〕2.明渠水流，從急流過渡到緩流，發(fā)生跌水跌。---------------〔 〕3.跌水的形成條件是 〔 〕〔a〕從急流過渡到急流 〔b〕從急流過渡到緩流〔c〕從緩流過渡到急流 〔d〕從緩流過渡到緩流8堰流的分類

0.67

0.67H

2.5寬頂堰：

2.5H

10.0Qmb2gH1.5

Qmb

2gH1.52g堰流根本公式 0 0 2g有側(cè)向收縮：

Qm0

H1.5漂浮出流：

Qm 2gH1.503、寬頂堰〔1〕寬頂堰自由出流〔1〕〔2〕堰頂上水流為急流。寬頂堰漂浮出流〔1〕一次水面跌落，下游消滅動能恢復(fù)z堰頂上水流為緩流。寬頂堰漂浮過程及漂浮標準

〔2〕〔1〕必要條件：h0s〔2〕充分條件：h 0.8Hss 0第12章 液體運動的流暢理論質(zhì)點的速度、加速度uxuyu

u(x,y,z)xu(x,y,z)yu(x,y,z)z z質(zhì)點加速度的表達式〔歐拉法〕ua xx t

uu xx x

uu y y

uu xz z液體質(zhì)點運動的根本形式有旋流與無旋流 1 u u ( z y)x 2