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第四章流动阻力、能量损失、孔口、管嘴与有压管流一、学习引导1.流动阻力与水头损失的两种型式：流体通过的边界不同，产生的阻力不同，流动阻力分为沿程阻力与局部阻力。
同样，克服这些阻力产生的能量损失也分为沿程水头损失与局部水头损失。
1）流动阻力沿程阻力：流体边界几何形状沿程不变，均匀分布在流程上的阻力称沿程阻力局部阻力：流体边界发生突变，集中分布在突变处的阻力，如转弯、阀门、进出口、突扩。
2）能量损失沿程水头损失：克服沿程阻力产生的能量损失，h f。
局部水头损失：克服局部阻力产生的能量损失h j。
2.流体的两种流动型态——层流和紊流1）层流与紊流层流：流体质点有条不紊，互不混掺的流动。
紊流：流体质点互相混掺的流动。
2）层流与紊流的判别标准层流与紊流的判别标准为临界雷诺数。
从层流到紊流时为上临界雷诺数，从紊流到层流时为下临界雷诺数。
上临界雷诺数不稳定，通常取下临界雷诺数作为层流与紊流的判别标准圆管流：ek R=2000 Re>2000紊流 Re<2000层流明渠流：ek R=500 Re>500 紊流 Re<500层流圆管流雷诺数：νυd ⋅=Re明渠流雷诺数：νυR ⋅=Re水力半径的计算： X A R =3.均匀流基本方程与沿程水头损失 1）均匀流基本方程RJ γτ=0适用范围：在压管流动，明渠流动。
圆管流中：2rJγτ=200Jr γτ=有： 00r r =ττ00r r ττ= 恒定均匀流中，有压管流的过流断面上切应力成线性分布，中心处τ最小，为零；边壁上τ最大，τ=0τ2）沿程水头损失的计算公式达西公式：圆管流中：g d l h f 22υλ⨯⨯= 明渠流动：g R l h f 242υλ⨯⨯= 达西公式适用：有压管流、明渠流， 层流 、紊流 4.圆管中的层流运动1）流速分布圆管中的层流运动流速分布为一个旋转抛物面：μγ4)(20r r J u -=最大流速位于圆管中心：r=0 ，μγ420m axJr u =平均流速：max22021328u Jd Jr ===μγμγυ2）动能修正系数与动量修正数 动能修正系数：2=α 动量修正数：33.1=β 5.紊流运动的特征和紊流阻力1）紊流运动的特征紊流运动最大的特点是具有脉动性与时均性。
第三章 总流（一元流动）流体动力学基础一、学习指导 1.主要概念：流线，过流断面，均匀流，渐变流，恒定流注：①流体是空间曲线。
对恒定流其空间位置不变，对非恒定流随时间而变化。
②渐变流是将流速的大小和方向变化不大的流段看成均匀流所作的工程近似，与均匀流无明确的界定，根据经验而定。
例：锥角较小的扩散段或收缩段，断面面积A(s)满足dA/ds=0的断面附近的流段是渐变流。
③过流断面，处处与流线垂直的断面。
2.基本方程：下述基本方程断面均取过流断面才成立。
①连续性方程条件：不可压缩流体恒定流 vA=const 即 v 1A 1=v 2A 2②总流能量方程条件：不可压缩流体恒定流，断面位于渐变流段，重力作用。
2l12222221111h 2g vg P Z 2g v g P Z -+++=++αραρ③动量方程条件：不可压缩流体恒定流，流出流进断面位于渐变流段，惯性坐标系。
ΣF=ρQ(β2v 2-β1v 1) ④动量矩定理条件：不可压缩流体恒定流，流出流进断面位于渐变流段，惯性坐标系。
ΣF ×r =ρQ(β2v 2×r 2-β1v 1×r 1)二、难点分析1.渐变流同一过流断面上：Z+P/(ρg)=const。
2.能量方程中Z+P/γ项可在断面上任一点取值，但必须在同一点取值，对管流通常取在轴线或管壁上，对明渠常取在自由面上。
不能将断面取在诸如管道进口等紧挨某些局部障碍的急变流段。
3.动量方程和动量矩方程是矢量方程，其各矢量的投影是代数值，正负与坐标系有关；方程是对控制体内的流体建立的，因此力ΣF是指流体的受力；在相对运动中，方程中的流速是惯性系中的流速。
解题前必须首先选择控制体和坐标系。
三、习题详解例3-1.断面为300mm×400mm的矩形风道，风量为2700m3/h，求平均流速。
解： Q=2700m3/h=0.75 m3/sA=300mm×400mm=0.12 m2v=Q /A=6.25 m/s答：平均流速为6.25 m/s。
第六章明渠流动
一、复习思考题
二、习题
1、选择题
2、计算题
一、复习思考题
1．与有压管流相比较，明渠流动有哪些特点？
2．明渠均匀流的形成条件和特征是什么？
3．明渠均匀流的水深（正常水深）与哪些因素有关？
4．两渠道的流量相同，若下列参数不同（其它参数均相同）：（1）粗糙系数n1与n2；(2)底坡i1与i2；试比较两渠道的正常水深和临界水深。
5．怎样从运动学的角度区分缓流与急流？有哪些判别方法？
6．缓流和急流同层流和紊流、渐变流和急变流在概念上有何区别？7．明渠水流从急流过渡到缓流或从缓流过渡到急流，发生什么局部水力现象？
8．缓流、急流和临界流是否一定和缓坡、急坡、临界坡渠道相对应？在什么条件下相对应？
9．各种底坡的渠道，N-N线（正常水深线）和c-c线（临界水深线）的相对位置如何？
10．怎样定性分析水面曲线的变化？
二、习题
1、选择题
6-1明渠均匀流可能发生在（）：
（a）平坡棱柱形渠道
（b）顺坡棱柱形渠道
（c）逆坡棱柱形渠道
（d）都有可能
6-2水力最优断面是（）：
（a）造价最低的渠道断面
（b）壁面粗糙系数最小的断面
（c）对一定的流量具有最大断面积的断面
（d）对一定的面积具有最小断湿周的断面
6-3水力最优矩形断面，宽深比是（）：
（a）0.5
（b）1.0
（c）2
（d）4
6-4明渠流动为急流时（）：
（a）Fr>1
（b）h>h c
（c）v<v c
（d）>0
6-5明渠流动为缓流时（）：
（a）Fr<1
（b）h<h c
（c）v>v c
（d）<0
6-6明渠水流由急流过渡到缓流时发生（）：
（a）水跃
（b）水跌
（c）连续过渡
（d）都有可能
6-7在流量一定，渠道断面的形状、尺寸和壁面粗糙一定时，随底坡的增大，正常水深将（）：
（a）增大
（b）减小
（c）不变
（d）以上都有可能
6-8在流量一定，渠道断面的形状、尺寸一定时，随底坡的增大，临界水深将（）：
（a）增大
（b）减小
（c）不变
（d）以上都有可能
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2、计算题
6-9梯形断面土渠，底宽b=3m，边坡系数m=2，水深h=1.2m，底坡i=0.0002，渠道收到中等养护，试求通过的流量。
6-10修建混凝土砌面（较粗糙）的矩形渠道，要求通过流量Q=9.7m3/s，底坡i=0.001，试按水力最优断面条件设计断面尺寸。
6-11修建梯形断面渠道，要求通过流量Q=1m3/s，渠道边坡系数m=1.0，底坡i=0.0022，粗糙系数n=0.03，试按最大允许流速（不冲流速）[v]max=0.8m/s设计断面尺寸。
6-12已知一钢筋混凝土圆形排水管，污水流量Q=0.2m3/s，底坡i=0.005，粗糙系数n=0.014，试决定此管道的直径。
6-13钢筋混凝土圆形排水管，已知直径d=1.0m，粗糙系数n=0.014，底坡i=0.002，试确定该排水管道的过流量。
6-14一矩形渠道，断面宽度b=5m，通过流量Q=17.25m3/s，求此渠道水流的临界水深
6-15有一梯形土渠，底宽b=12m，边坡系数m=1.5，粗糙系数n=0.025，通过流量Q=18m3/s，求临界水深及临界坡度。
6-16在矩形断面平坡渠道中发生水跃，已知跃前断面的Fr=，问跃后水深是跃前水深的几倍？
6-17试分析下列棱柱形渠道中水面曲线连接的可能形式。
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6-18有棱柱形渠道，各渠段足够长，其中底坡i1<i c，闸门开度小于临界水深h c，试绘制水面曲线示意图，并标出曲线的类型。
6-19用矩形断面长直渠道向低处排水，末端为跌坎，已知渠道底宽b=1m，底坡i=0.0004，正常水深h0=0.5m，粗糙系数n=0.014。
试求。
（1）渠道中的流量；
（2）渠道末端出口断面的水深；
（3）绘出渠道中水面曲线示意。
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