湖南大学2—2《水力学》知识点总结

水力学总结1、 水力学的定义水力学是研究以水为代表的液体的机械运动规律及其实际应用的一门科学。

2、作用于液体上的力分为质量力和表面力。

（1）质量力：指作用在液体上的每一质点上，其大小与受作用的液体的质量呈正比。

质量力包括重力与惯性力。

若隔离体中的液体是均匀的，其质量为m,总质量力为F ，则单位质量力mFf =，沿x 方面的质量力mF f Xx =，沿y 方向的质量力mF f Yy =，沿z 方向的质量力mF f Zz =。

k f j f i f f z y x++=∴式中i 、j 、k 分别为x 、y 、z 轴方向的单位矢量。

在重力场中，单位质量的质量力在各坐标轴上的分力分别为：g mmgf f f z y x -=-===,0,0式中负号表示重力的方向是垂直向下的，正好与Z 轴方向相反。

单位质量力具有加速度的量纲LT -2，单位：m/s 2。

（2） 表面力：作用在隔离体表面上的力称为表面力，其大小和受力作用的表面面积成正比。

表面力是相邻液体或其它物体作用的结果。

表面力可分解为垂直于表面的法向力压力和平行于作用面的切向力切力。

3、牛顿内摩擦定律：→==dy du dt d μθμτ4、ρμν=，dpd dp V dV pρρα//=-=，pE α1=在绝大多数实际工程中（除水击和水中爆炸等外）都把水当成不可压缩液体来处理，即→=C ρ常数。

液体的粘性切应力和动力粘度的大小主要取决于分子内聚力的大小；气体的粘性切应力和动力粘度的大小主要取决于分子动量交换。

当温度升高时，分子间距增大，内聚力减小，液体的动力粘度减小；见表1-2。

当温度升高时，气体分子的动量交换加剧，动力粘度增大；见表1-3。

5、表面张力：由于分子间的吸引力，在液体的自由表面上能够承受极其微小的张力，这种张力称为表面张力。

6、接触角的定义：曲面和管壁交接处，曲面的切面与管壁在液体内部所夹部分的角度。

7、p=APA ∆∆→∆0lim。

（一）静水总压力的计算 1)平面壁静水总压力（1）图解法：大小：P=Ωb, Ω--静水压强分布图面积方向：垂直并指向受压平面作用线：过压强分布图的形心，作用点位于对称轴上。

静水压强分布图是根据静水压强与水深成正比关系绘制的，只要用比例线段分别画出平面上俩点的静水压强，把它们端点联系起来，就是静水压强分布图。

（2）解析法：大小：P=p c A, p c —形心处压强 (方向：垂直并指向受压平面)作用点D ：通常作用点位于对称轴上，在平面的几何中心之下。

求作用在曲面上的静水总压力P ，是分别求它们的水平分力P x 和铅垂分力P z ，然后再合成总压力P 。

（3）曲面壁静水总压力1）水平分力：P x =p c A x =γh c A x水平分力就是曲面在铅垂面上投影平面的静水总压力，它等于该投影平面形心点的压强乘以投影面面积。

要求能够绘制水平分力P x 的压强分布图，即曲面在铅垂面上投影平面的静水压强分布图。

2〕铅垂分力：P z =γV ,V---压力体体积。

在求铅垂分力P z 时,要绘制压力体剖面图。

压力体是由自由液面或其延长面,受压曲面以及过曲面边缘的铅垂平面这三部分围成的体积。

当压力体与受压面在曲面的同侧，那么铅垂分力的方向向下；当压力体与受压面在曲面的两侧，则铅垂分力的方向向上。

3〕合力方向：α=arctg下面我们举例来说明作用在曲面上的压力体和静水总压力。

例5图示容器左侧由宽度为b 的直立平面AB 和半径为R 的1/4圆弧曲面BC 组成。

容器内装满水，试绘出AB 的压强分布图和BC 曲面上的压力体剖面图及水平分力的压强分布图，并判别铅垂作用力的方向, 铅垂作用力大小如何计算？解：(1)对AB 平面，压强分布如图所示。

总压力P=1/2γH 2b ； (2)对曲面BC ，水平分力的压强分布如图所示， 水平分力P X =1/2[γH+γ（H+R ）]Rb ：压力体是由受压曲面、过受压曲面周界作的铅垂面、向上或向下与自由表面或它的延长面相交围成的体积。

复习总结第一章绪论一、 概念1、水力学：用实验和分析的方法，研究液体机械运动（平衡和运动）规律及其实际应用的一门科学。

2、密度和容重：ρ=V M γ=VMg γ=ρg 纯净水1个标准大气压下，1atm 4℃时密度最大ρ水=1000kg /m 3 γ水=9.80kN/m 3 ρ水银=13.6×103 kg /m 3 1N=1kgm/s 23、粘滞性：液体质点抵抗相对运动的性质。

粘滞性是液体内摩擦力存在的表现，是液体运动中能量产生损失的根本原因。

4、理想液体：不考虑粘滞性、可压缩性等特性的液体称为理想液体。

τ=μdy du 或T=μA dyduμ动粘 [ML -1T -1] Pa.s (帕.秒)1 Pa=1N/m2 1N=1kg ²m/s 2ν运粘 [L 2T -1] m 2/sν=μ/ρ水的经验公式：ν=2000221.00337.0101775.0tt ++公式中ν单位为cm 2/s ，t 为水温℃。

5、连续介质模型：假定液体质点毫无空隙地充满所占空间，描述液体运动物理量（质量、速度、压力等）是时间和空间的连续函数，因而可用连续函数的分析方法来研究，这种假定对解决一般工程实际问题是有足够的精度的。

6、压缩性 一般不考虑热膨胀性流动性 二、 问题1、 牛顿内摩擦定律简单应用；2、 作用于液体上的力：质量力、表面力；3、 水力学研究方法：理论分析、数值计算、模型实验方法第二章液体静力学一、概念1、静水压强：p =A PA ∆∆→∆0lim=dA dP2、等压面：均质连通液体中，压强各点相等的点构成的面称为等压面。

二个性质：等压面是等势面，与质量力正交。

汞水··ABC连通不均质AB 不是等压面 均质不连通，ABC 等压，但A 与B 不是等压面3、压强的二种计量基准：绝对压强、相对压强、真空值或真空度p v 或p v /γo绝对压强基准，完全真空)p a)关于真空值或真空度：由于压强的三种度量方法，二者区别并不明显。

《水力学》课程复习提纲2010-2•第1章绪论考核知识点：1．液体运动的基本特征，连续介质和理想液体的概念；2．液体主要物理性质：惯性、万有引力特性（重力）、粘滞性、可压缩性和表面力特性；3．物理量量纲的概念和单位；4．作用在液体上的两种力：质量力、表面力。

考核要求：1．了解液体的基本特征，理解连续介质与理想液体的概念和在水力学研究中的作用；2．理解液体5个主要物理性质及其特征值和度量单位，重点掌握液体粘滞性及粘滞系数、牛顿内摩擦定律及其适用条件。

了解什么情况下需要考虑液体的可压缩性和表面张力特性；3．了解量纲的概念，并且能表示各种物理量的量纲和单位；4．了解质量力、表面力的定义，理解单位表面力（压强、切应力）和单位质量力的物理意义。

• 第2章静力学考核知识点：1.静水压强及其两个特性，等压面概念；2.静水压强基本公式及其物理意义；3.静水压强的表示方法、单位和水头的概念；4.静水压强的量测和计算；5.作用于平面上静水总压力的计算；6.作用在曲面上静水总压力的计算。

1．理解静水压强的两个特性和等压面的概念和性质；2．掌握静水压强基本公式，理解公式的物理意义；3.理解静水压强三种表示方法（绝对压强，相对压强，真空度）及它们间的相互关系，注意真空度的概念，理解表示压强的单位和位置水头、压强水头、测压管水头的概念；4．了解静水压强量测原理和方法，掌握静水压强的计算；5．掌握绘制静水压强分布图和计算作用在平面上静水总压力的图解法和解析法。

6．掌握压力体剖面图的绘制和计算作用在曲面上的静水总压力水平分力和铅垂分力的方法。

•第3章液体运动的基本理论考核知识点：1．描述液体运动的两种方法：拉格朗日法和欧拉法；2．液体运动的分类和基本概念；3．恒定总流连续性方程及其应用；4．恒定总流能量方程及其应用；5．有势流动和有涡流动的概念。

考核要求：1．了解描述液体运动的拉格朗日方法和欧拉法；2．理解液体流动的分类和基本概念（恒定流与非恒定流，均匀流与非均匀流，渐变流与急变流；流线与迹线，元流，总流，过水断面，流量与断面平均流速，一维流动、二维流动和三维流动等），并能在分析水流运动时进行正确判断和应用；3．掌握恒定总流连续性方程的不同形式和应用；4．掌握恒定总流能量方程的形式、应用条件和注意事项，理解能量方程的物理意义、水头线绘制方法和水力坡度的概念，能熟练应用恒定总流能量方程进行计算；5．掌握恒定总流投影形式的动量方程、应用条件和注意事项，正确分析作用在控制体上的作用力和确定作用力及流速投影分量的正负号，能熟练应用恒定总流动量方程、能量方程和连续方程求解实际工程中的水力学问题；6．了解有势流动和有涡流动的概念及特点。

水力学重点名词解释黏滞性：在运动状态下,液体所具有(de)抵抗剪切变形(de)能力,称为黏滞性.P5内摩擦力：在剪切变形过程中,液体质点间存在着相对运动,使液体不但在与固体接触(de)界面上存在切力,而且使液体内部(de)流层间也会出现成对(de)切力,此称为液体内摩擦力.P5牛顿液体与非牛顿液体：凡液体内摩擦切应力与流速梯度成过原点(de)正比例关系(de)液体,称为牛顿液体.凡与牛顿内摩擦定律不相符(de)液体,称为非牛顿液体.P6理想液体：没有黏滞性(de)液体,称为理想液体.P6流体(de)分类：一些多分子结构简单(de)液体,如水、酒精、苯、各种油类、水银和一般气体多属于牛顿液体.泥浆、血浆、重水中悬浮核燃料颗粒而形成(de)(de)流体、胶溶液、橡胶、纸浆、血液、牛奶、水泥浆、石膏溶液、油漆、高分子聚合物溶液等均属于非牛顿流体.汽化：液体分子逸出液面向空间扩散(de)现象,称为汽化.P7汽化发生(de)条件：液体中某处(de)绝对压强小于等于汽化压强.P8力(de)分类：作用在液体上(de)力按力(de)物理性质可分为黏性力、重力、惯性力、弹性力和表面张力等,按力(de)作用特点又可分为质量力和表面力两类.P9表面力：作用于液体隔离体表面上(de)力,称为表面力.按连续介质假说,表面力应连续分布在隔离体表面上.在静止液体或无相对运动(de)液体中,作用于液体表面(de)表面力只有压力.P9静水压强(de)特性：1垂直指向作用面2同一点处,静水压强各向等值.P12等压面：液体中压强相等各点所构成(de)曲面,称为等压面.在等压面上质量力所做(de)微功等于零.在静止液体中,质量力与等压面必互相垂直.重力液体(de)等他面是与重力加速度互相垂直(de)曲面.P15压强(de)表示方法：1用单位面积上(de)力表示：用应力单位Pa. 2用液柱高度表示 3用工程大气压Pa(de)倍数表示.P17真空值与真空度：绝对压强小于大气压强时(de)水力现象,称为真空.大气压强与绝对压强(de)差值,称为真空值.真空高度,又称真空度.P18拉格朗日法与欧拉法(de)区别：欧拉法和拉格朗日法(de)不同点是它只以空间点(de)流速,加速度为研究对象,并不涉及液体质点(de)运动过程,也不过考虑各点流速及加速度属于哪一质点,这就大大简化了对运动(de)分析方法.P41流线：所谓流线,即同一时刻与流场中各质点运动速度矢量相切(de)曲线.P42流谱：欧拉法用一系列流线来描绘流场中(de)流动状况,由此构成(de)流线图,称为流谱.P43流管：在流场中取一封闭(de)几何曲线,在此曲线上各点作流线,则可构成一管状流动界面,此称为流管.P43流股：流管内(de)液流,称为流股,又称为流束.P43过水断面：垂直于流线簇所取(de)断面,称为过水断面.P44元流：过水断面无限小(de)流股,称为元流.元流上各点(de)流速压强都相等.P44总流：无数元流(de)总和,称为总流.P44液流分类：1运动要素不随时间变化(de)流动称为恒定流,否则称为非恒定流.2流线簇彼此呈平行直线(de)流动,称为均匀流；否则称为非均匀流.（非均匀流中,又可分为渐变流与急变流两类.流线簇彼此呈平行直线(de)流动,称为渐变流,又称为缓变流.流线簇彼此不平行,流线间夹角大或流线曲率大(de)流动,称为急变流.）3过水断面(de)全部周界都与固体边界接触且无自由表面,液体压强不等于大气压强(de)流动称为有压流,如自来水管中(de)水流属于此类.过水断面部分周界具有自由表面(de)流动,称为无压流或明渠流.P47能量方程(de)应用条件：1恒定流2不可压缩液体3重力液体4两计算断面必须为渐变流或均匀流,但两断面可以有渐变流存在.P60位置水头：计算点距基准面(de)位置高度；在水力学中称为位置水头,它表征单位重量液体(de)位置势能,简称单位位能.P53测压管水头：测压管水面距基准面(de)高度,称为测压管水头.或单位重量液体(de)总势能,简称单位总势能.P53水头损失：单位重量液体沿元流（或流线）两点间(de)能量损失.水力坡度：单位长度上(de)水头损失,称为水利坡度,以J表示；单位长度上(de)测压管水头变化,称为测压管坡度,以Jp表示.P54动量方程应用要点：详见P64层流：管中液体质点在流动中互不发生混掺而是在分层有序(de)流动,这种流动称为层流.P72紊流：液体质点间互相掺杂(de)无序无章流动,称为紊流,又称为湍流.P72临界雷诺数：详见P74湿周：过水断面中液体与固体接触(de)边界长度.P74水力半径：过水断面(de)面积与湿周(de)比值.水头损失(de)分类：沿程阻力造成(de)水头损失,称为沿程水头损失.局部阻力造成(de)水头损失,称为局部水头损失.P71达西公式：详见P79黏性底层：在紧靠管壁附近(de)液层流速从零增加到有限值,速度梯度很大,而管壁抑制了其附近液体质点(de)紊动,混合长度几乎为零.因此,在这一液体层内紊流附加切应力为零,黏性切应力不可忽视,这一薄层称为黏性底层或层流底层.P83尼古拉兹试验区域特点：详见P85当量粗糙度：和工业管道沿程阻力系数相等(de)同直径人工均匀粗糙管道(de)绝对粗糙度.P87局部阻力系数：有压管路液流射入大气(de)出口,此称为自由出流,值为0.有压管路液流在水下(de)出口,此称为淹没出流,值为1.P94计算题曼宁、谢才公式（P88）(de)计算题局部水头损失(P92)(de)计算静水压力(de)计算(平面P24曲面P29)联立连续、动量、能量三大方程(de)计算（P50-62）。

绪论1．连续介质假说: 即认为液体和气体充满一个空间时, 分子间没有间隙, 是一种连续介质, 其物理性质和运动要素都是连续分布的, 在此基础上, 一般还认为液体石均质的, 其物理性质具有均匀等向性。

2．在标准大气压下, t=4时水的密度最大=1000kg/mmm;t=0时, 冰的体积比水约大9%。

3．流动性：静止时, 液体不能承受切力、抵抗剪切变形的特性, 称为流动性。

4．粘滞性：在运动状态下, 液体所具有抵抗剪切变形的能力, 称为粘滞性。

是运动液体机械能损失的根源。

（牛顿平板实验）5．理想液体: 没有粘滞性的液体。

6．实际液体: 理想+修正。

7．质量力：作用在液体每一质点上, 其大小与受作用液体质量成正比的力。

（常见有重力、惯性力）1．表面力: 作用于液体隔离体表面上的力。

2．思考题:3．什么是连续介质模型？为什么要提出此模型？第一章什么是单位质量力？为什么质量力常用单位质量力表示, 举例说明。

第二章液体内摩擦力有哪些特性？什么情况下需要考虑内摩擦力的影响？第三章静水力学1．静止: 相对静止和绝对静止, 相对静止下, 液体内部质点间没有相对运动, 其粘滞性不起作用。

2．静水压强特性: 垂直指向作用面；同一点出, 静水压强各向等值。

3．等压面：液体中压强相等各点所构成的曲面, 如自由表面。

在静止液体中, 质量力与等压面相互垂直。

4．基本方程:压强表示方法: 单位面积上的力；液柱高度；工程大气压的倍数。

基本方程的几何、水力学、能量意义:z——计算点的位置高度；位置水头；单位位能；——=h, 压强高度, 即测压管中水面至计算点的高度；压强水头；单位压能；z+pr——计算点处测压管中的水面距计算基准面的高度；测管水头；单位全势能；z+pr=C——静止液体中各点位置高度和压强高度之和不变；各点测压管水头或静止水头不变；各点单位全势能不变。

5．待测点压强较小时: 1, 提高读书精确度；2, 改用轻质液体；3, 倾斜放置测压管。

第一章绪论 1.水力学的研究方法:理论分析方法、实验方法,数值计算法。

2.实验方法:原型观测、模型试验。

3.液体的主要物理性质:①质量和密度②重量和重度③易流动性与粘滞性④压缩性⑤气化特性和表面张力。

4.理想液体:没有粘滞性的液体(μ=0)。

5.实际液体:存在粘滞性的液体(μ≠0)。

6.牛顿液体:τ与du/dy呈过原点的正比例关系的液体。

7.非牛顿液体:与牛顿内摩擦定律不相符的液体。

8.作用在液体上的力:即作用在隔离体上的外力。

9.按物理性质区分:粘性力、重力、惯性力、弹性力、表面张力。

10.按力的作用特点区分:质量力和表面力两类。

11.质量力:作用在液体每一质点上,其大小与受作用液体质量成正比例的力。

12.表面力:作用于液体隔离体表面上的力。

第二章水静力学 1.静水压强特性:①垂直指向作用面②同一点处,静水压强各向等值。

2.静水压强分布的微分方程:dp=ρ(Xdx+ Ydy+ Zdz),它表明静水压强分布取决于液体所受的单位质量力。

3.等压面:液体压强相等各点所构成的曲面。

等压面概念的应用应注意,它必须是相连通的同种液体。

4.压强的单位可有三种表示方法:①用单位面积上的力表示:应力单位Pa,kN/m2②用液柱高度表示:m(液柱),如p=98kN/m2,则有p/γ=98/9.8=10m(水柱)③用工程大气压Pa的倍数表示:1p a=98kP a。

5.绝对压强p abs:以绝对真空作起算零点的压强(是液体的实际压强,≥0)p abs=p o+γh6.相对压强pγ:以工程大气压p a作起算零点的压强,pγ=p abs-p a= (p o+γh)-p a 真空:绝对压强小于大气压强时的水力现象。

真空值p v:大气压强与绝对压强的差值。

7.帕斯卡原理:在静止液体中任一点压强的增减,必将引起其他各点压强的等值增减。

应用:水压机、水力起重机及液压传动装置等。

8.压强分布图的绘制与应用要点:①压强分布图中各点压强方向恒垂直指向作用面,两受压面交点处的压强具有各向等值性。