第十章有压管道和明槽非恒定流_水力学
- 格式：doc
- 大小：176.00 KB
- 文档页数：4
下载文档原格式
合集下载
水力学知识点总结讲解
水力学知识点总结讲解《水力学》学习指南央广播电视大学水利水电工程专业(专科)同学们,你们好!这学期我们学习的水力学是水利水电工程专业重要的技术基础课程。
通过本课程的学习,要求大家掌握水流运动的基本概念、基本理论和分析方法,;能够分析水利工程一般的水流现象;学会常见的工程水力计算。
今天直播课堂的任务是给大家进行一个回顾性总结,使同学们在复习水力学时,了解重点和难点,同时全面系统的复习总结课程内容,达到考核要求。
第一章绪论(一)液体的主要物理性质1.惯性与重力特性:掌握水的密度ρ和容重γ;描述液体内部的粘滞力规律的是牛顿内摩擦定律: 下面我们介绍水力学的两个基本假设:水静力学包括静水压强和静水总压力两部分内容。
通过静水压强和静水总压力的计算,我们可以求作用在建筑物上的静水荷载。
(一)静水压强:主要掌握静水压强特性,等压面,水头的概念,以及静水压强的计算和不同表示方法。
(它是静水压强计算和测量的依据)p=p 0+γh 或其 : z —位置水头,p/γ—压强水头(z+p/γ)—测压管水头请注意,“水头”表示单位重量液体含有的能量。
4.压强的三种表示方法:绝对压强p′,相对压强p , 真空度p v , ↑ 它们之间的关系为:p= p′-p a p v =│p│(当p <0时p v 存在)↑相对压强:p=γh,可以是正值,也可以是负值。
要求掌握绝对压强、相对压强和真空度三者的概念和它们之间的转换关系。
1pa(工程大气压)=98000N/m 2=98KN/m 2下面我们讨论静水总压力的计算。
计算静水总压力包括求力的大小、方向和作用点,受压面可以分为平面和曲面两类。
根据平面的形状:对规则的矩形平面可采用图解法,任意形状的平面都可以用解析法进行计算。
(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。
有压管道非恒定流
a g
0
上式常称为儒可夫斯基（ЖYKOBCKИЙ）公式，可用
来计算阀门突然关闭或开启时的水击压强。
29
四、水击波传播速度
n
a
m
p0
p0
a
v0
p0+Δp v
Δl
n
m
应用质量守恒定律可导出水击波传播速度的计算公式
以m-n断面间水体为研究对象
30
在Δt 时段内，流入和流出该段控制体的质量差为：
Av0t A Avt
略去二阶微量得 Av0 v vA At
Δt 时段: 控制体内液体压强增加、密度增大、管壁膨
胀，导致水体质量增量为： A Al Al
忽略高阶微量则得， A Al
31
根据质量守恒原理，则
Av0 v vA At A Al
的流速，遇到关闭的阀门后，流速要要从v0变为0,水 击波将重复上述四个阶段。若不计损失时，水击波将 会周期性的循环下去。实际上，由于摩阻损失的存在 ，水击压强将逐渐衰减，以至最终停止下来。
17
阶段 时 程
流向
水击波 传播方向
压强 流速变化
阶段末液体 和管壁状态
4
3L t 4L B A
cc
BA
0 v0
( p0 p ) p0
恢复正常
增压顺波
18
从阀门关闭 t 0 算起，到 t 2L c
称为第一相;
由 t 2L 到 t 4L 又经过了一相，称为第二相。
c
c
因
t 4L c
时，管内液体流速、压强及管壁都恢复至水
击发生前的状态，所以把从 t 0 到 t 4L 称为一个 c
水力学专题 明渠非恒定流
z z z z zw zw udz vdz u w v w w u b v b w 0 z z x b y b y y x z z w x z zb
结合边界条件：
z w (hu ) (hv ) 0 t x y
三、水波的分类 明渠非恒定流是一种具有自由水面的波动 （一）按主要作用力分 重力波（gravitational wave） ：主要恢复力为重力――洪水波 表面张力波（capillary wave） ：风波成长初期的涟波 压力波（compression wave） ： （少见――水下爆破引起等） （二）按质点运动方式分 振动波：波运动时，其水质点沿封闭的轨迹运动――海洋波浪 运行波：波运动时，水质点不断行进――洪水波
u
z zw
u
v
w
z zw udz u w z x b x
dw
zb x
z zb
z zw vdz v w z y b y
v
z zw
zb y
z zb
zw
zb
w dz 0 z
w w w dx dy dz x y z
这里，我们只给出了两个方向的动量方程，z 方向的动量方程省去了。事实 上，由于垂向上的加速度和重力加速度相比可以忽略，垂向的速度 w 很小，所以
w 亦可以忽略。因此，垂向上的重力加速度和压力梯度平衡：
p g z
直接积分得： p g ( z w z )
一般地，河道中的水流均为紊流，所以要研究河流中的平均运动，就要用 雷诺时均方程，雷诺时均方程和 NS 方程相比，只是增加了紊动切应力项。 由于脉动流速在各方向上具有相同的数量级，所以雷诺应力在各方向上也 具有相同的数量级。但只是他们的梯度出现在方程中，而雷诺应力在垂向变化的 距离比纵向和横向上的小得多，故垂向上的梯度变化是最重要的。 鉴于此，描述自由表面流动的雷诺方程可简化为：
非恒定流
o
m
p0/γ = h0 v0
B
A
15
阀门逐渐关闭的三种情况：
第一种情况：
s s 直 接 阀门A处的压强为：∆pA=∑∆pi=ρav0 水 第二种情况： 击 阀门关闭的时间Ts =2L/a, 即L=aTs/2。
阀门关闭的时间T < 2L/a, 即L>aT /2。
阀门A处的压强为：∆pA=ρav0
aTs 2
(10.15)
过水断面：v = u
p v2 1 v (z ) 0 0 s g 2 g gA g t (10.16)
对不可压缩流体，从断 面1-1至2-2积分，得 2 2 2 p1 v1 p2 v2 1 2 v z1 z2 0 0 ds ds (10.18) g 2 g g 2 g 1 gA g 1 t
2
1
0 0 hw：能量损失 gA
1 2 1 t ds ha：惯性水头 g
p1 12 p2 22 1 2 z1 z2 hw ds g 2 g g 2 g g 1 t
(10.19)
19
二、非恒定流的连续方程
n
vAdt
m
ds
θ n
a+Δ v
(10.1)
(10.2) (10.3)
5
二、水击波的传播速度
v0 a-v0 v0+Δv
a
a+Δ v
根据连续性方程， 取对数，并微分，得
aA c
a A
a+Δ v A+Δ A
(10.1)
V A 0 a A
p aV a(v0 v)
有压管道中的非恒定流
ds
g
s
ds 2
a
a s
ds 2
z s
ds
s
ds 2
a
a s
ds 2
ds
du dt
在非恒定流中，流速u为s及t的函数，故
du u u u dt t s 代入上式，整理并略去高价微量，即得
1 p u u u g z 0 s t s s a
或
s
z
p
g
u2 2g
ti时段 pi a(vi1 vi )
tn时段 pn a(vn1 0)
阀门关闭时间Ts与时段 影响阀门断面的水击断面。
2L a
间的相对大小关系，将会
可能出现下述三种情况：
（1）阀门关闭时间
Ts
2L a
，亦即
L
aTs 2
，称直接水击。
n
p pi av0 i 1
即是计算阀门突然完全关闭时水击压强增值的公式。
（2）阀门关闭时间
Ts
2L a
或 L aTs
2
，称间门断 面压强还未升到最大 值）时，由进口反射 回来的减压波已经到 达阀门断面了。
间接水击的压强 增值是由一系列水击 波在各自不同发展阶 段叠加的结果。
10-3 水击计算的基本方程
水击的运动方程
g H v v v v2 0
为 p0 ，当阀门突然关闭时。
表10.1 水击过程的运动特征
过 时 速度 流动 压强变化 弹性波的 运动特征液体状态
程 距 变化 方向
传播方向
1 0 t L v0→0 B→A 增高 p a
A→B 减速增压 压缩
2 L t 2L 0→ v0 A→B 恢复原状 A→B 增速减压恢复原状
武大水力学习题集答案
26、
27、
28、解:
29、
30、
h
=
p ρg
=
2.00H 2O
31、 P = 1937.9 N 35、（1）
32、 h = 0.663 m
33、 a =4.9 m/s2 34、 h=3.759 m
(2) Px == 15.68 kN ； Pz = 33.58 kN ； P =
P2 x
+
P2 z
= 37.06
T＝μ ( u + Δ ) A ; 14、ρ=1030Kg/m3 ,
x Δ−x
15、ρ=998.88Kg/m3, ν =μ/ρ=1.003-6m2/s，空气的μ=1.809×10-5N S/m2 ；16、 dp=2.19×107Pa 17、 γ =678(Kg/m3)=6644.4(N/m3), ρ=69.18(Kgf s2/m4)=678(Kg/m3)； 18、 F=26.38 N 19、
2-31 γ 2= γ 1V/(V-Ah)
2-32 θ=5.3°
第三章 水动力学基础
1、 ( √ ) 2、( × ) 3、 ( × ) 4、 ( √ ) 5、 ( × ) 6、(×) 7、(×) 8、(√) 9、 (×) 10、(√)
11、(√) 12、(√) 13、(×) 14、(√) 15、(×) 16、(×) 17、(√) 18、(3) 19、(2) 20、
ρg
方向向下
68、 h V3 = 5.33 mH2O ； 69、 q v = 0.031 m3／s =31 l／s 70、(1) q vmax = 0.0234 m3／s = 23.4 l／s ； h max = 5.9 m (2) p 2 = − 4.526 mH2O
27、
28、解:
29、
30、
h
=
p ρg
=
2.00H 2O
31、 P = 1937.9 N 35、（1）
32、 h = 0.663 m
33、 a =4.9 m/s2 34、 h=3.759 m
(2) Px == 15.68 kN ； Pz = 33.58 kN ； P =
P2 x
+
P2 z
= 37.06
T＝μ ( u + Δ ) A ; 14、ρ=1030Kg/m3 ,
x Δ−x
15、ρ=998.88Kg/m3, ν =μ/ρ=1.003-6m2/s，空气的μ=1.809×10-5N S/m2 ；16、 dp=2.19×107Pa 17、 γ =678(Kg/m3)=6644.4(N/m3), ρ=69.18(Kgf s2/m4)=678(Kg/m3)； 18、 F=26.38 N 19、
2-31 γ 2= γ 1V/(V-Ah)
2-32 θ=5.3°
第三章 水动力学基础
1、 ( √ ) 2、( × ) 3、 ( × ) 4、 ( √ ) 5、 ( × ) 6、(×) 7、(×) 8、(√) 9、 (×) 10、(√)
11、(√) 12、(√) 13、(×) 14、(√) 15、(×) 16、(×) 17、(√) 18、(3) 19、(2) 20、
ρg
方向向下
68、 h V3 = 5.33 mH2O ； 69、 q v = 0.031 m3／s =31 l／s 70、(1) q vmax = 0.0234 m3／s = 23.4 l／s ； h max = 5.9 m (2) p 2 = − 4.526 mH2O
有压管道中的非恒定流(精)
荡问题。
非恒定流的连续方程 利用质量守恒原理，可直接导出非恒定总流的连续方程。
非恒定流连续方程的普遍形式
( vA) ( A) 0 s t
对不可压缩流体 ＝常 数上式变为
A (vA) 0 s t
上式常用于明槽非恒定流的计算。
即为微小流束非恒定流的运动方程
非恒定总流的运动方程
0 0 1 v p v2 z s g 2g gA g t
即
2 2 p1 v12 p2 v2 1 2 v 0 0 z1 z2 ds ds g 2g g 2 g 1 gA g 1 t
在非恒定流中，流速u为s及t的函数，故
du u u u dt t s
代入上式，整理并略去高价微量，即得
1 p u u z u g 0 s t s s a
或
p u2 1 u z s g 2 g ga g t
A→B 恢复原状 A→B 降低 p A→B A→B 增速减压恢复原状 减速减压 膨胀
L 2 L 0→ v0 t a a
2L 3L v0→0 t a a
3L 4 L 0→ 0 t a a
v B→A 恢复原状 A→B 增速增压恢复原状
水击压强 的计算
由动量定理得
pAt Al (v v0 )
非恒定流的基本方程包括运动方程及连续方程。
非恒定流的运动方程
作用在该微小 流束段上所有 外力在s轴上的 分力为：n－n 及m－m断面 上水压力之差
p a pa p s ds a s ds
p ds a 侧面的水压力 p ds s 2 s
非恒定流的连续方程 利用质量守恒原理，可直接导出非恒定总流的连续方程。
非恒定流连续方程的普遍形式
( vA) ( A) 0 s t
对不可压缩流体 ＝常 数上式变为
A (vA) 0 s t
上式常用于明槽非恒定流的计算。
即为微小流束非恒定流的运动方程
非恒定总流的运动方程
0 0 1 v p v2 z s g 2g gA g t
即
2 2 p1 v12 p2 v2 1 2 v 0 0 z1 z2 ds ds g 2g g 2 g 1 gA g 1 t
在非恒定流中，流速u为s及t的函数，故
du u u u dt t s
代入上式，整理并略去高价微量，即得
1 p u u z u g 0 s t s s a
或
p u2 1 u z s g 2 g ga g t
A→B 恢复原状 A→B 降低 p A→B A→B 增速减压恢复原状 减速减压 膨胀
L 2 L 0→ v0 t a a
2L 3L v0→0 t a a
3L 4 L 0→ 0 t a a
v B→A 恢复原状 A→B 增速增压恢复原状
水击压强 的计算
由动量定理得
pAt Al (v v0 )
非恒定流的基本方程包括运动方程及连续方程。
非恒定流的运动方程
作用在该微小 流束段上所有 外力在s轴上的 分力为：n－n 及m－m断面 上水压力之差
p a pa p s ds a s ds
p ds a 侧面的水压力 p ds s 2 s
武汉大学水力学题库第十章
第十章有压管道和明槽非恒定流10-1 直接水击是指有压管道末端阀门处的最大水击压强( )(1) 不受来自上游水库反射波的影响; (2) 受来自上游水库反射波的影响(3) 受阀门反射波的影响 (4) 不受管道长度的影响10-2 发生间接水击的条件是 ( )(1) (2) (3) (4)式中T a为阀门关闭时间，L为管道长度，C为水击波速。
10-3 在水击研究中，必须认为 ( )(1)液体是可压缩的，管道是刚体 (2)液体是不可压缩的，管道是弹性体(3)液体和管道都是弹性体 (4)液体是不可压缩的，管道是刚体10-4 当阀门突然关闭时，水击波传播的第二阶段(即L/C<t<2L/C)中，压强的变化为._________，波的传播方向为__________________，液体处于_____________状态。
10-5 减小水击压强的措施有：_______________________；_____________________________。
10-6 某水电站的压力钢管，管长L=328 m，直径D=800 mm，管壁厚度 δ=6 mm。
水轮机的静水头 H0=100 m。
管道末端阀门全开时，通过钢管的流量q v=2 m3/s。
求阀门完全关闭时间T s=0.6 s 时的水击压强。
(钢管弹性系数E=19.6×1010 N/m2，水的弹性系数E=19.6×108N/m2) ( 3738.8Kpa )10-7 当管道条件(材料、直径、管长等)、水头、流速相同时，为什么间接水击压强小于直接水击压强？10-8 圣维南方程对明渠非恒定渐变流和急变流均适用。
( )10-9 明渠非恒定流必是非均匀流。
( )10-10 水坝瞬时溃决时，坝的上游将发生( )( 1 ) 顺涨波 ( 2 ) 顺落波 ( 3 ) 逆涨波 ( 4 ) 逆落波10-11 明渠非恒定渐变流的连续方程为__________________________________________________________, 式中各项的意义是________________________________________________________________________ 10-12 当水位相同时，明渠非恒定流涨水过程中的流量_________(填写大于、等于或小于)落水过程中的流量。
河海大学考研水力学要点概要
• 814 水力学《水力学》李家星,赵振兴主编,河海大学出版社• 基础:第一章绪论• 基础:第二章水静力学(利用牛顿静摩擦公式考一题• 基础:第三章液体一元恒定总流基本原理• 重点:第四章层流和紊流,液流阻力和水头损失• 基础:第五章液体三元流动基本原理• 基础:第六章孔口,管嘴出流和有压管道恒定流• 重点:第七章明渠均匀流• 重点:第八章明渠水流的两种流态及其转换• 重点:第九章明渠恒定非均匀流• 了解:第十章堰流和闸孔出流• 了解:第十一章泄水建筑物下游水流的衔接和消能• 了解:第十二章渗流• 了解:第十三章有压管道非恒定流• 了解:第十八章水力模型试验基本原理 (填空、选择、判断计算题你可以根据历年真题从中发现一些必考的题型:例如, 牛顿内摩擦公式一般肯定会考一题,流函数势函数求方程肯定会考一题,沿程水头损失、渗流(达西定律、怎么确定 m 和 n 求 u 和 p 以及△ q 、明渠(谢才公式、水力最佳断面求底宽(最后适当注意一下第十章堰流的一些公式和求法,我觉得也许 13年会考第一章绪论• 1. 了解液体运动的基本特征 ,连续介质和理想液体概念及其在水利学研究中的作用。
• 2. 液体的主要物理性质• (1 理解五个主要的物理性质:惯性、万有引力(重力特性、粘滞性、可压缩性和表面张力特性和量纲。
• (2 重点掌握液体粘滞性、牛顿内摩擦定律及其适用条件。
• (3 了解在何种情况下需考虑液体可压缩性和表面张力特性。
• 3. 作用在液体上的力• 掌握质量力(重力、惯性力、表面力(切力、压力的定义和单位表面力(切应力、压强的物理意义。
第二章水静力学• 1. 理解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• 掌握公式p 0=p+γh z+p/γ=c和物理意义。
• 3. 静水压强表示方法、单位和水头的概念• 理解静水压强三种表示:绝对压强、相对压强、真空度及其相互关系,强调真空度的概念;压强的单位和位置水头、压强水头、测压管水头概念。
水力学 第十章 明渠流
高水位
梯形：常用的断面形状； 矩形：用于小型灌溉渠道当中； 圆形：为水力最优断面，常用于城市的排水系统中； 复合式：常用于丰、枯水量悬殊的渠道中。
§10 — 0 概 述
3
低水位
2、按断面形状和尺寸沿程是否变化分
棱柱形渠道（Prismatic Channel） ：断面形状和尺寸沿程不变的长
直明渠称为棱柱形渠道；h = f(i) 。
2、导出量
B — 水面宽： B = b + 2mh ；
A — 过水断面面积： A = (b + mh)h ；
2 χ — 过水断面湿周： χ b 2h 1 m
R——水力半径：
§10 — 1 恒定明渠均匀流
R
b mhh A χ b 2h 1 m 2
10
10-1-3 水力最优断面和允许流速
1
1、具有水力最优断面的明渠均匀流，当i，n，A给定时，水力 半径R最大，即湿周χ最小的断面能通过最大的流量； 2、 i，n，A 给定时，湿周χ 最小的断面是圆形断面，即圆管 为水力最优断面。
§10 — 1 恒定明渠均匀流
11
二、梯形过水断面渠道的水力最优断面
A hb mh
χ b 2h 1 m 2 A mh 2h 1 m 2 h
第十章 明渠流
1
§10 — 0 概
述
明渠（Channel）：是人工渠道、天然河道以及不满流管道统称为明渠。
明渠流（Channel Flow） ：具有露在大气中的自由液面的槽内液体流动 称为明渠流（明槽流）或无压流（Free Flow）。
一、明渠流动的特点
1、具有自由液面，p0=0，无压流（满管流则是有压流）； 2、重力是流动的动力，也称重力流（管流是压力流）； 3、渠道的底坡度 i 影响水流的流速、水深。坡度大，则流速 ，水深；
梯形：常用的断面形状； 矩形：用于小型灌溉渠道当中； 圆形：为水力最优断面，常用于城市的排水系统中； 复合式：常用于丰、枯水量悬殊的渠道中。
§10 — 0 概 述
3
低水位
2、按断面形状和尺寸沿程是否变化分
棱柱形渠道（Prismatic Channel） ：断面形状和尺寸沿程不变的长
直明渠称为棱柱形渠道；h = f(i) 。
2、导出量
B — 水面宽： B = b + 2mh ；
A — 过水断面面积： A = (b + mh)h ；
2 χ — 过水断面湿周： χ b 2h 1 m
R——水力半径：
§10 — 1 恒定明渠均匀流
R
b mhh A χ b 2h 1 m 2
10
10-1-3 水力最优断面和允许流速
1
1、具有水力最优断面的明渠均匀流，当i，n，A给定时，水力 半径R最大，即湿周χ最小的断面能通过最大的流量； 2、 i，n，A 给定时，湿周χ 最小的断面是圆形断面，即圆管 为水力最优断面。
§10 — 1 恒定明渠均匀流
11
二、梯形过水断面渠道的水力最优断面
A hb mh
χ b 2h 1 m 2 A mh 2h 1 m 2 h
第十章 明渠流
1
§10 — 0 概
述
明渠（Channel）：是人工渠道、天然河道以及不满流管道统称为明渠。
明渠流（Channel Flow） ：具有露在大气中的自由液面的槽内液体流动 称为明渠流（明槽流）或无压流（Free Flow）。
一、明渠流动的特点
1、具有自由液面，p0=0，无压流（满管流则是有压流）； 2、重力是流动的动力，也称重力流（管流是压力流）； 3、渠道的底坡度 i 影响水流的流速、水深。坡度大，则流速 ，水深；
《水力学》课件——第十章 有压管道中的非恒定流动
承前页例，t = 2.5L/c
p
B
A
1/2L
在(c)段
L
在(b)段
L
在(a)段
p
B
A
B
A
四.水击压强的确定
水击计算的主要目的是确定最大水击增压值。最大水击压强 一定发生在阀门断面A处，而且只可能发生在关闭时间段内的各 相末。如果是直接水击，A处在第一相末的水击压强即为最大水 击压强。间接水击的最大水击压强可能发生第一相末，称为第一 相水击；也可能发生在关闭时间段内的最后一相末，称为末相水 击。取决于阀门的关闭规律。
用叠加法分析阀门逐渐关闭情况下任意时刻管中的压强增量分布
关闭时间TS 关闭方式
流速、压强 变化规律
水击增压波 波前形状
例如T S= 1.0 L/c，关闭方式：流速线性减小， 从v0 减至零。压强从零线性增至 p = cρv0
水击增压波 波前形状
p L
用叠加法分析阀门逐渐关闭情况下任意时刻管中的压强增量分布
§10—3 调压系统的液面振荡
一.U形管中的液面振荡
等直径U形管中的液面
振荡是非恒定管道流动最源自简单的一种情况。重力和0
2
2
z
0
惯性力的相互作用，造成 管中液面的振荡，阻力则
1
1
使振幅衰减。由于运动要
素随时间变化并不剧烈，
可认为流体不可压缩。
连 续 方 程 显 然 为 v=F(t) ， 在 如 图 坐 标 系 中 ， v=dz/dt ， 能量方程成为
p
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
t /L/c
距A 2/3L 断面
p
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
水力学10
c H V0 Ve g p
——儒可夫斯基公式
当阀门突然完全关闭时，V=0，则有
p cV0
或
p c H V0 g g
例如某压力引水钢管内水击波传播的速度c=1000m/s，设 流速由6 m/s减少到零时，阀门突然关闭时的压强水头增 量为
1000 H 6 600m 9.8
c K
K D 1 E
阀门逐渐关闭时有压管道中的水击
若关闭阀门所经历的总时间为Ts，则可将它分成n 个时段△t1， △t2 ，…… △tn ， Ts =∑△t1 ，
△t1时段
p0 g
V0
p1 c(V0 V1 )
△t2时段 p2 c(V1 V2 )
H0
直接水击
2L 若 Ts 则阀门处 c 2L 若 Ts 则阀门处 c
爆裂。
一维非恒定流动的基本方程组 连续性方程
根据质量守恒定律 在时段dt初，该控制体内的液体质量为ρAds, 在时段dt末，该控制体内的液体质量变为
vAdt
n
ds
m
vAdt
( vAdt ) ds s
θ
Ads Ads dt t
n
m
又，在dt时段内流入与流出该控制体的液体质量差为
2L c
或
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
L
cTs 2
时，在阀门完全关
闭之前，从库端反射回来的减压波已影响到阀门端
的水击值，即抵消了阀门端的部分水击值。阀门处
的压强与阀门关闭时间的长短有关。
工程设计中减小水击压强的措施： 合理选择参数，并尽可能延长阀门调节时间，以
避免产生直接水击。
在管壁材料强度允许的条件下，应当选用直径较大， 管壁较薄的水管。
——儒可夫斯基公式
当阀门突然完全关闭时，V=0，则有
p cV0
或
p c H V0 g g
例如某压力引水钢管内水击波传播的速度c=1000m/s，设 流速由6 m/s减少到零时，阀门突然关闭时的压强水头增 量为
1000 H 6 600m 9.8
c K
K D 1 E
阀门逐渐关闭时有压管道中的水击
若关闭阀门所经历的总时间为Ts，则可将它分成n 个时段△t1， △t2 ，…… △tn ， Ts =∑△t1 ，
△t1时段
p0 g
V0
p1 c(V0 V1 )
△t2时段 p2 c(V1 V2 )
H0
直接水击
2L 若 Ts 则阀门处 c 2L 若 Ts 则阀门处 c
爆裂。
一维非恒定流动的基本方程组 连续性方程
根据质量守恒定律 在时段dt初，该控制体内的液体质量为ρAds, 在时段dt末，该控制体内的液体质量变为
vAdt
n
ds
m
vAdt
( vAdt ) ds s
θ
Ads Ads dt t
n
m
又，在dt时段内流入与流出该控制体的液体质量差为
2L c
或
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
L
cTs 2
时，在阀门完全关
闭之前，从库端反射回来的减压波已影响到阀门端
的水击值，即抵消了阀门端的部分水击值。阀门处
的压强与阀门关闭时间的长短有关。
工程设计中减小水击压强的措施： 合理选择参数，并尽可能延长阀门调节时间，以
避免产生直接水击。
在管壁材料强度允许的条件下，应当选用直径较大， 管壁较薄的水管。
水力学孔口管嘴出流和有压管流PPT文档共135页
上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
135
水力学孔口管嘴出流和有压管流
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
135
水力学孔口管嘴出流和有压管流
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
水力学 孔口、管嘴出流和有压管流共135页文档
的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
水力学 孔口、管嘴出流和有压管流
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
水力学 孔口、管嘴出流和有压管流
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
水力学孔口管嘴出流和有压管流共135页文档
ห้องสมุดไป่ตู้
水力学孔口管嘴出流和有压管流
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
水力学孔口管嘴出流和有压管流
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第十章有压管道和明槽非恒定流10-1直接水击是指有压管道末端阀门处的最大水击压强( )(1) 不受来自上游水库反射波的影响; (2) 受来自上游水库反射波的影响 (3) 受阀门反射波的影响(4) 不受管道长度的影响 10-2 发生间接水击的条件是( )(1) C L T a /< (2) C L T a /> (3) C L T a /2< (4) C L T a /2> 式中 T a 为阀门关闭时间，L 为管道长度，C 为水击波速。
10-3 在水击研究中，必须认为( )(1)液体是可压缩的，管道是刚体 (2)液体是不可压缩的，管道是弹性体 (3)液体和管道都是弹性体 (4)液体是不可压缩的，管道是刚体10-4 当阀门突然关闭时，水击波传播的第二阶段(即L/C<t<2L/C)中，压强的变化为._________，波的传播方向为__________________，液体处于_____________状态。
10-5 减小水击压强的措施有：_______________________；_____________________________。
10-6 某水电站的压力钢管 ，管长 L =328 m ，直径 D =800 mm ，管壁厚度 δ=6 mm 。
水轮 机的 静水头 H 0=100 m 。
管道末端阀门全开时，通过钢管的流量 q v =2 m 3/s 。
求阀门 完全 关闭时间 T s =0.6 s 时 的水击压强。
(钢管弹性系数 E=19.6×1010 N/m 2，水的弹性系数 E=19.6×108 N/m 2) ( 3738.8Kpa )10-7 当管道条件(材料、直径、管长等)、水头、流速相同时，为什么间接水击压强小于直接水击压强？ 10-8 圣维南方程对明渠非恒定渐变流和急变流均适用。
( )10-9 明渠非恒定流必是非均匀流。
( ) 10-10 水坝瞬时溃决时，坝的上游将发生( )( 1 ) 顺涨波 ( 2 ) 顺落波 ( 3 ) 逆涨波 ( 4 ) 逆落波 10-11明渠非恒定渐变流的连续方程为 __________________________________________________________,式中各项的意义是_______________________________________________________________________________________。
10-12 当水位相同时，明渠非恒定流涨水过程中的流量_________(填写大于、等于或小于)落水过程中的流量。
10-13 明渠非恒定流通常以波的形式出现。
按波的传播方向可分为____________波和____________波；按水位变化可分为__________波和_____________波。
10-14 对于图示的简单管道系统，试绘制阀门突然开启过程中，水击波传播4个阶段的示意图。
10-15 某水电站压力钢管，管长m L 800=，管径cm D 100=，管壁厚度mm e 20=，水头m H 1000=，水头损失忽略不计。
管道末端装有一节流阀门，用以控制水轮机的运转。
阀门全开时，管中流速s m v /2max =。
若假定阀门的启闭s T s 1=，试计算（1）初始开度10=τ，终止开度5.0=e τ；（2）初始开度10=τ，终止开度0=e τ，这两种情况下阀门断面的水头。
( 189.2m; 339.12m)10-16 一水电站压力钢管的直径m D 5.2=，管壁厚度mm e 25=，若钢管从水库引水到水电站管道长度m L 2000=，管道末端阀门关闭时间s T s 3=，问将产生直接水击或间接水击？若关闭时间为6s ，则将产生什么水击？如在距水电站m L 5001=处设置调压室，阀门关闭时间仍为3s ，这时将产生什么水击？如果阀门关闭前管道通过流量为10m 3/s ，相应水头H 0=90m ，关闭后将产生最大水击压强的增量是多少？计算时不考虑水头损失。
(直接水击 ,间接水击, 间接水击。
第二相末的水击压强为最大，其值为42.4m)10-17 某电站引水钢管的长度m L 950=，水头m H 3000=，阀门全开时管道流速s m v /40=，钢管直径m D 3=，厚度mm e 25=，已知最大水击压强值产生在第一相末。
如果求最大水击压强水头不超过1.25H 0，则阀门关闭时间应为相长r T 的多少倍？设阀门关闭为线性规律。
(T s 至少应为相长的T r 的3.64倍)10-18 一水平放置的电站引水管道，管径m D 9.0=，管长m L 1296=，上游端与水库相连接，其水头m H 900=，流量s m Q /7.03=，沿程损失系数02.0=λ，波速s m c 1000=，阀门关闭规律()vs T -=1τ，阀门关闭时间s T s 6=。
要求计算在关闭指数2,1=y 种情况下，总时间s T e 16=内，管道水击压强沿程的变化情况。
计算时可将管道分为5=N 段。
10-19 试以恒定流与非恒定流流量公式作对比，并引入附加水面坡度概念，说明洪水期水位~流量关系曲线呈现绳套形的原因。
10-20 试证棱柱体渠道非恒定流中的水力坡度J 可以下式表示：()tQgA t A gA Q J i F J J p r p ∂∂-∂∂+-+=1222式中，p J 为水面坡度；r F 为佛汝德数。
10-21 证明Bi s AsA hz+∂∂=∂∂，其中A 为面积，B 为水面宽，i 为底坡。
10-22 在洪水期一般首先出现水面坡度最大值max p J ，然后出现流速最大值max v ，再出现流量最大值max Q ，最后出现水位最大值max z ，请从理论上加以说明。
10-23 某梯形断面渠道，下游与一溢流坝相接，已知：渠道长度L=4km ，底宽b=8m ，边坡系数m=1.5，粗糙系数n=0.025，底坡I=0.0009。
初始时假定为均匀流，此时流量s m Q 315=，渠中各断面相应水深h 0=1.26m 。
末端断面的流量d Q 按下式变化236056.10d d h Q =式中d h 为末端断面水深。
由于渠道的上游流域下了一场大雨，在上游端断面测得洪水水位过程如下表所示： t(s)60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 z(m) 1.26 1.421.641.832.002.152.222.212.122.051.901.771.661.551.471.30试用特征线法、差分法计算各时刻各断面的水深、流量。
10-24 有一梯形断面渠道，下游与一水塘相接，渠道数据与上题一样。
末端断面的水位d h 按下式变化d d d Q Q h 0008.0056.06.0-+= 式中d Q 为末端断面流量。
由于渠道的上游流域下了一场大雨，在上游端断面测得洪水过程如下表所示。
t(s)60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 Q(m 3/s) 15 171921232525242322212019181716试用特征线法、差分法计算各时刻各断面的水深、流量。
第十一章 渗流1、( )2、( )3、( )4、( )5、( )6、(2 )7、(4)8、(2)9、v kJ =；一。
10、完全井井底到达不透水层、否则为非完全井。
12、1、day m 278.0q 2= 2、m 21.10h 1= A 处水位抬高 p g c =-⨯=-ρ138413565.. 13、1、2A mkN 5.73p = 2、sm 107.6u 6B -⨯=3、m 8H 2H H H 1)2((1)=∆-==m 4H 6H H 1)3(=∆-= 14、m 5H H B A ==；m 2H c =；2A mkN2.88p =；2B mkN8.107p =；2c m kN6.68p =15、 0v 202r r lg q k 733.0h z =-； 16、 0v 0r rln kt 2q h z π=- ； 17、s cm 0467.0k =18、sm1045.5q 34v -⨯=；s /cm 107.25-⨯=υ；11-1 q=2.63 m 2/d(米2/日)11-2 q=9.434×10-3cm 2/s11-3(1)q=2.64×10-3cm 2/s ; (2)q=4.3×10-3cm 2/s 11-4 h=10.98 m11-5 Q=7.4×10-4cm 3/s ,h=7.63m 11-6 k=3.66×10-3 cm/s 11-10 q ≈4.8×10-6m 3/(s m) F=508.16KN/m11-11 q=36.7×10-6m 3/(s m)F=3255KN/m11-12 k=4×10-2m/s。