水力学2(30)

⽔⼒学2复习资料（长理港航）.⽔⼒学（⼆）复习资料第⼀部分：判断题1、当⽔头H 降低，宽顶堰可能转化为实⽤堰。

（）2、堰流计算的特点是必须考虑局部⽔头损失j h 的影响。

（）3、堰流⾃由出流的能⼒⼩于淹没出流的能⼒。

（）4、消能池深的设计流量⼤于消能池长的设计流量（）5、均匀流⼀定是势流。

（）6、做圆周运动的液体⼀定是有涡流。

（）7、对明渠⾮恒定流⽽⾔，当0??SQ 时将产⽣涨⽔波。

（） 8、平⾯势流中，某根流线各点的流速势函数值均相等。

（）9、流⽹中每个⽹格的对⾓线应该正交。

（）10、边界层外的液体应视为实际液体，边界层内的液体可视为理想液体。

（）11、边界层内的液体型态只能是紊流（）12、确定底流式消能池深，应该采⽤最⼤流量来计算。

（）13、在其他情况相同的前提下，弧形闸门的过流能⼒强于平⾯闸门。

（）14、理想液体的流动不⼀定是有势流动。

（）15.只要下游⽔位不超过宽顶堰的堰顶，堰流就必然为⾃由出流。

（）16.正坡地下河槽中的浸润线可存在于a 区或b 区。

（）17.堰流⽔⼒计算时，⽔头损失必须同时考虑沿程与局部⽔头损失。

（）18.只要是运动液体，则其任⼀点的动⽔压强各⽅向是不相等的。

（）19.在远驱式⽔跃衔接的情况下，堰的过流能⼒按⾃由出流公式计算。

（）20. 底流式消⼒池池深和池长的设计流量都采⽤最⼤流量。

（）21.渗流系数及边界条件相同，作⽤⽔头不同，两者渗流流⽹相同。

（）22.⽆旋运动必须满⾜y x u u x y=。

（） 23.实际⽔深等于其相应的临界⽔深时的渗流，称为临界渗流。

（）24.底流消能设计中，取最⼤流量作为设计流量时，消⼒池的深度也最⼤。

（）25.堰顶厚度δ与堰上⽔头0H 之⽐0.67＜0H δ＜2.5时的堰流为实⽤堰流。

（）26.有旋运动是指流动过程中液体微团有绕⾃⾝轴旋转的流动。

（）27.均匀流的流线是相互平⾏的直线，所以是⽆涡流。

28.流⽹存在的充分必要条件是恒定渗流。

简答题
2014年6月26日 20:23
1. 达西、杜比公式的异同点
达西公式 任意一点的渗流流速u=kj
恒定均匀层流渗流
杜比公式 同一过水断面上各点的渗流流速都相等 v=kj 恒定非均匀渐变层流渗流
2. 闸孔出流和堰流的异同点 相同点
重力作用下形成的水流运动
势能转化为动能的过程
属于明渠急变流，损失主要是局部水头损失
通过渗流模型任一断面的流量以及任一点的压力或水头均和实际水流相同
5. 泄水建筑物下游常用的水面衔接及消能措施有哪些，它们各自的水流特征有哪些
消能方 消能机理 式
主流位置 衔接 适用条件
底流消 水跃 能
底部
渠道
低水头建筑物，地质条件 较差
挑流消 空中耗Βιβλιοθήκη ，下游水体碰撞、旋 垂直于河 无能
滚
床
中高水头建筑物，地质条 件较好
不同点
堰流
水面线为一条光滑的降落曲线
闸孔出流 上、下游水面线是不连续的
水流特征 过流能力 3. 为什么可以用水跃来消能，什么样的水跃消能形式最好
在水跃表面旋滚与主流的交界面附近漩涡强烈,从而导致该处水流的激烈紊动、混掺
使得紊动的附加切应力较一般渐变紊流为大
在水跃旋滚区内，由于水流要素的急剧变化，
特别是很大的紊流附加切应力使得跃前断面水流的大部分动能在水跃段内转化为热能而消 失
Fr越大，水跃效能率越高，故强水跃的消能效率最高
（远驱式水跃消能效率高） 4. 什么是渗流模型，用渗流模型代替实际要遵循哪些原则
定义
用一种假想水流来代替真实的地下水流
假想水流的性质和真实的地下水相同
但它充满了既包括空隙空间，也包括颗粒所占据空间的整个渗流区域

§3-1 描述流体运动的两种方法
4
2、速度(velocity)
x xa , b, c, t ux t t y y a , b, c, t uy t t z z a , b, c, t uz t t
（1）若(a，b，c)为常数，t 为变数，可得某个指定质点在任何 时刻的速度变化情况 。 （2）若 t 为常数，(a，b，c)为变数，可得某一瞬时流体内部各 质点的速度分布。
ux
u y
uy
u y
uz
u y
斯托克斯(Stokes) 表示式
Du u a (u )u Dt t
全加速度， 随体导数， 质点导数， （material derivative) 当地加速度， 时变导数 (Local derivative) 迁移加速度， 位变导数 (Convective derivative)
拉格朗日法的优点：物理意义较易理解 。 拉格朗日法的缺点：函数求解繁难；测量不易做到。
§3-1 描述流体运动的两种方法
6
3-1-2 欧拉法
一、欧拉法（Euler Method）
从分析通过流场中某固定空间点的流体质点的运动着手，设法 描述出每一个空间点上流体质点运动随时间变化的规律。 运动流体占据的空间，称流场(flow field)。通过流场中所有 空间点上流体质点的运动规律研究整个流体运动的状况，又称流场 法。
15
例3-1 已知流体质点的运动，由拉格朗日变数表示为: (t ) (t ) x a cos 2 b sin 2 2 a b a b2 (t ) (t ) y b cos 2 a sin 2 2 a b a b2 式中， (t ) 为时间，的某一函数。试求流体质点的迹线。

过流断面的几何要素
d--管径 h--水深 α--充满度, α=h/d θ--充满角,水深h所对应的圆心角。 由几何关系可得水力要素导出量： 过水面积 A d ( sin ) 湿周 d 水力半径
2
8
2
R
d sin (1 ) 4
2 1
流速
1 d sin 3 2 v [ (1 )] i n 4
波速判别
缓流 急流 临界流 波速：
vc vc
vc
A c g B
c gh （矩形）
弗劳德数判别
缓流 急流 临界流
弗劳德数
Fr 1
Fr 1
Fr 1
v Fr c v g A B v gh

断面比能
断面比能
e h
v 2
2g
h
Q 2
2 gA2
de 0 dh
1 2 i tan lx
底坡可分为: 顺坡(i>0), 平坡(i=0), 逆坡(i<0)
常见的断面形状
过流断面的几何要素
底宽 b,水深 h,边坡系数 m(表示边坡倾斜程 度的系数)
a m ctg h
水面宽 过流断面面积 湿周
水力半径
B b 2mh
A (b m h)h
2 1
流量
d2 1 d sin 3 2 Q ( sin ) [ (1 )] i 8 n 4
输水性能最优充满度
从上式可知,在水深很小时,水深增加,水面增 宽,过流断面面积增加很快,接近管轴处增加最快， 水深超过半管后，水深增加，水面宽减小，过流 断面面积增加减慢，在满流前增加最慢。湿周随 水深的增加与过流断面面积不同，接近管轴处增 加最慢，在满流前增加最快，由此可知，在满流 前，输水能力达到最大值，相应的充满度为最优 充满度。