下载文档原格式
名词解释（′′153×5=）1、压缩系数β是：液体相对压缩值VdV 与液体压强增量dp 的比值,即dpV dV /-=β。
2、黏滞性：液体具有运动状态下抵抗剪切变形的能力。
3、绝对压强：以设想的不存在任何气体的绝对真空状态作为计算零点的压强。
(已考过）4、相对压强：以当地的大气压作为计算零点的压强。
5、迹线：某一液体质点在运动过程中，不同时刻所流经的空间点所连成的线。
（已考过）流线：某一瞬时，在流场中画出这样一条光滑曲线，这条曲线上任意一点在该瞬时的速度矢量在该点处与曲线相切，这条曲线称为该瞬时的一条流。
6、过水断面：与元流或总流的流线相垂直的横断面。
7、恒定流：流场中的任何空间点上的所有运动要素都不随时间而变化的流动。
沿程水头损失：在流动过程中，要克服沿程摩擦阻力就需要做功，单位质量液体由于沿程阻力做功引起的机械能损失。
8、局部水头损失：在急变流段上所产生的流动阻力称为局部阻力，相应的水头损失称为局部水头损失。
9、水力最优断面：当渠道的i 、n 及过水断面面积w 一定时，使渠道所通过的流量最大的断面形状。
10、渠道底坡i ：为采用渠底的高差Z ∆与相应渠长L 的比值，即θsin =∆=LZ i 。
11、棱柱形明渠：为了使水流平顺以及施工方便，一般明渠横断面的形状和尺寸筑成沿程不变的。
12、允许流速：对渠身不会产生冲刷，也不会使水中悬浮的泥沙在渠道中发生淤积的断面平均流速。
13、壅水曲线：渐变流的水深可能沿流程增大而形成壅水，其水面线称为壅水曲线。
14、降水曲线：水深沿流程逐渐减小而形成降水，其水面线称为降水曲线。
15、水跃：明渠水流从急流转变到缓流时，水面突然升高的一种局部水力现象。
16、降水曲线：水深沿流程逐渐减小而形成降水，其水面线称为降水曲线。
17、水跃：明渠水流从急流转变到缓流时，水面突然升高的一种局部水力现象。
18、水跌：明渠缓流向急流过渡时，水面急剧下降的局部水力现象。
四川省考研水利工程复习资料水力学重点知识点总结水力学作为水利工程的核心学科，在考研复习中占据着重要地位。
下面，将对四川省考研水利工程复习资料中水力学的重点知识点进行总结，帮助考生更好地备考。
一、水力学基本概念1.1 流体力学基本概念流体：指能够流动的物质，包括气体和液体。
连续介质假设：将流体看作是连续分布的，忽略其内部的微观结构。
质量守恒定律：单位时间内通过单位面积某点的质量是恒定的。
动量守恒定律：单位时间内通过单位面积某点的动量是恒定的。
能量守恒定律：单位时间内通过单位面积某点的能量是恒定的。
1.2 流动的描述与性质流动：介质内部因受到外力而发生的相对运动。
流速：单位时间内通过某一横截面的液体体积与该横截面的面积之比。
流量：单位时间内通过某一横截面的液体体积，也叫单位时间的流入或流出体积。
雷诺数：描述流体的流动状态，是流体惯性力与粘性力比值的量纲。
黏性流体与非黏性流体：黏性流体的流动过程中，分子之间有相互作用力；非黏性流体的流动过程中，分子之间无相互作用力。
二、流体静力学2.1 流体静力学基本方程流体静力学：研究在静止流体中，流体受力和流体静压力的性质和分布规律。
流体静力学方程：描述流体静力学的基本方程，包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
2.2 流体静力学应用大气压力与高度关系：大气压力随着高度的增加而减小，符合指数函数的规律。
大气压力的测定：常用水银柱压力计来测定大气压力。
浮力与浸没：浮力作用在物体上的大小等于物体排开的流体质量。
压力的传递：静水的容器中，液体的压力大小与液体深度和液体密度有关。
三、流体动力学3.1 流体动力学方程流体动力学：研究流体在运动状态下的力学性质和流动规律。
流体动力学方程：包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
3.2 流体动力学应用流动的类型：包括层流和紊流两种类型。
雷诺实验：通过改变流体的速度和管道直径等因素，观察流动状态的转变。
导水管道与水泵：根据流体静力学和流体动力学的原理，设计和使用导水管道和水泵。
水力学知识点总结1. 水的基本性质水是自然界中非常重要的物质，它具有一系列独特的物理、化学性质。
如水的密度、粘度、表面张力等重要性质对水力学研究有着重要的影响。
2. 水动力学水动力学是研究流体的运动规律及其与物体之间的相互作用的科学。
水动力学是水力学的基础，分为静水力学和流体力学。
静水力学研究静止的流体，而流体力学则研究流体的运动。
3. 流体静力学流体静力学是研究静止流体中的压力、浮力和力的平衡问题。
在水力学中，流体静力学主要用于水库、坝体等结构的压力分析。
4. 流体动力学流体动力学是研究流体运动及其产生的压力、阻力以及对物体的作用力。
在水力学中，流体动力学主要应用于河流、渠道等流体动力学性质的研究。
5. 流态力学流体力学是研究流体运动状态与性质的学问。
在水力学中，流态力学主要应用于分析水流的速度、流量、流向、涡流情况等。
6. 水流的稳定性水流的稳定性是水力学中的重要概念，它指的是水体流动时所产生的稳定的流态特性，包括流态的平稳性、安定性和可操作性等。
7. 水力工程水利工程是利用水资源进行灌溉、供水、发电等利用的工程。
水利工程设计要考虑水力学的各种知识，如水流的稳定性、水利工程的结构和设备等方面。
8. 水道工程水道工程是为了改善河流、渠道等水道的通航、排涝等目的的工程项目。
在水道工程设计中，水力学知识对水流速度、水位变化、水力坡等方面有着重要影响。
9. 水电站在水力学中，水电站是一个重要的应用领域。
水力功率的计算、水轮机的设计、水库的水位控制等都需要水力学知识。
10. 河流水文学河流水文学是研究河流的水文特性、水位变化规律、涨落情况等方面的科学。
水文学是水力学中应用最广泛的一个分支，水利工程、水资源评价等方面都需要水文学的知识。
11. 液压机械液压机械是以流体静力学和流体动力学的理论为基础，利用液体作为传动介质的机械装置。
水力学的理论基础对液压机械的设计、制造和使用都有着重要的影响。
12. 水资源评价水力学的知识还被应用于水资源评价领域，通过水文学、水文模型等方法来评价水资源的分布、利用、保护等问题。
第零章绪论0.1水力学的任务与研究对象(了解)水力学的任务是研究液体(只要是水)的平衡和机械运动的规律及其实际应用. 水力学研究的基本规律有两大主要组成部分:一是关于液体平衡的规律.它研究液体处于静止或相对平衡状态时,作用于液体上各种力之间的关系,这一部分称为水静力学;二是关于液体运动的规律,它研究液体在运动状态时,作用于液体上的力与运动要素之间的关系,以及液体的运动特性与能量转换等,这部分称为水动力学.0.2液体的粘滞性(理想液体与实际液体最大的差别)粘滞性当液体处于运动状态时,若液体质点之间发生相对运动,则质点间会产生内摩擦力来阻碍其相对运动,液体的这种性质就称为粘滞性,产生的内摩擦力叫做粘滞力.0.3牛顿内摩擦定律当液体做层流运动时，相邻液层之间在单位面积上作用的内摩擦力(或粘滞力)的大小与速度梯度成正比,同时和液体的性质有关.即.0.4牛顿内摩擦定律的另一种表述(了解)P70.5运动粘度系数它是动力黏度系数与液体密度的比值,是表征液体粘滞性大小的物理量.其值是随温度的变化而变化的,即温度越高,其值越小(液体的流动性是随温度的升高而增强的)0.6牛顿内摩擦定律只适用于牛顿流体(符合牛顿内摩擦定律的液体,其特点是温度不变,动力黏度系数就不变P8图0.3)0.7体积压缩率液体体积的相对缩小值与压强的增大值之比.(水的压缩性很小,一般不考虑)0.8表面张力表面张力是指液体自由表面上液体分子由于两侧引力不平衡,使其受到及其微小的拉力(表面张力仅存在于液体表面,液体内部不存在,其值表示为自由面单位长度受到拉力的大小,并且随液体种类和温度的变化而变化,怎样变化)0.9毛细现象在水力学实验中，经常使用盛有水或水银细玻璃管做测压计，由于表面张力的影响使玻璃管中液面和与之向连通容器中的液面不在同一水平面上.这就是物理学中所讲的毛细现象.0.10由实验得知,管的内经越小,毛细管升高值越大,所以实验用的测压管内径不宜太小.P10图0.4,0,50.11连续介质在水力学中,把液体当作连续介质看待,即假设液体是一种连续充满其所占据空间毫无空隙的连续体.(水力学所研究的液体运动是连续介质的连续流动,但实际上,从微观角度来看,液体分子与分子之间是存在空隙的,但水力学研究的是液体的宏观运动,故将液体看作连续接介质)0.12把液体看作连续介质的意义如果我们把液体看作连续介质,则液流中的一切物理量都可以视为空间坐标和时间坐标的连续函数,这样,在研究液体的运动规律时,就可以运用连续函数的分析方法.0.13理想液体所谓理想液体,就是把液体看作绝对不可压缩,不能膨胀,没有粘滞性,没有表面张力的连续介质.0.14表面力和质量力表面力表面力是作用于液体的表面,并于受作用的的表面面积成比例的力.质量力质量力是指通过所研究液体的每一部分质量而作用与液体的,其大小和液体的质量成比例的力(质量力又称体积力)课后习题0.2第一章水静力学1.1液体在平衡状态下.没有内摩擦力的存在,因此理想液体和实际液体都是一样的,故在静水中没有区分的必要.1.2静水压力静止(或处于平衡状态)的液体作用在与之接触的表面上的水压力称为静水压力,常以表示.1.3静水压强取微小面积，令作用在上的静水压力为,则面上单位面积上所受的平均静水压力为称为面上的平均静水压强，当无限趋近与一点时，比值的极限值定义为该点的静水压强.1.4静水压强的两个重要特性⑴静水压强的方向与受压面垂直并指向受压面(若不垂直,则必存在一个与液面平行的分力,这样必会破坏液体的平衡状态;静水压强若不指向受压面而是背向受压面,则必会受到拉力,同样不能保持平衡状态)⑵作用在同一点上的静水压强相等(推导过程:在平衡液体内分割出一块无限小的四面体,倾斜面的方向任意选取,为简单起见,建立如图所示的坐标系,让四面体的三个棱边与坐标轴平行,并让轴与重力方向平行,各棱边长为,四面体四个表面上受有周围液体的静水压力,因四个作用面的方向各不相同,如果能够证明微小四面体无限缩小至一点时,四个作用面上的静水压强都相等即可.令为作用在面上的静水压力, 令为作用在面上的静水压力, 令为作用在面上的静水压力, 令为作用在面上的静水压力.又假定作用在四面体上单位质量力在三个坐标方向的投影为,则总质量力在三个坐标方向的投影分别为…因为液体处于平衡状态,由力的平衡条件得:+若…以分别表示四面体四个面的面积,则…将上式都除以,并且有化简可得,上式中分别表示面上的平均静水压强, ,如果微小四面体无限缩小至一点时,均趋近于0,对上式取极限有,同理可证,故作用在同一点上的静水压强相等)1.5等压面在平衡液体中可以找到这样一些点,他们具有相同的静水压力,这些点连成的面称为等压面(对于静止的液体其等压面是水平面,对于处于相对平衡的液体,其等压面与自由液面平行,例如称有液体的圆柱形容器绕桶轴做等角速度旋转,其等压面就是抛物面)1.6等压面的两个性质⑴在平衡液体中等压面即为等势面.⑵等压面与质量力正交.1.7绝对压强和相对压强绝对压强以设想没有大气存在的绝对真空状态作为零点计量的压强,称为绝对压强.相对压强把当地大气压作为零点剂量的压强,称为相对压强.1.8P29图1.11中各字母表示的含义1.9真空及真空度真空当液体中某点的绝对压强小于当地大气压强，即相对压强为负值时，就称该点存在真空.真空度真空度是指该点绝对压强小于当地大气压强的数值.(例题1.4 1.5 .16) 1.10压强的液柱表示法1.11水头与单位势能1.12液体的平衡微分方程式(欧拉平衡微分方程式)的推导过程P20,以及重力作用下静水压强的基本公式的推导过程P24.1.13压强的测量(各种压差计的计算)计算中找等压面须注意:①若为连续液体，高度相等的面即为等压面.②若为不连续液体(如液体被阀门隔开或者一个水平面穿过了不同介质，则高度相等的面不是等压面③两种液体的接触面是等压面.1.14作用于矩形平面上的静水总压力,为压强分布图面积.(压力中心的位置:当压强为三角形分布时, 压力中心离底部距离为当压强分布为梯形分布时，压力中心离底部距离为)1.15作用于曲面上的静水总压力分为水平方向和竖直方向计算,水平方向方法同作用于矩形平面上的静水总压力(将曲面投影在方向的图形即为矩形，则=为形心点处的压强),竖直方向需画出压力体(压力体包括六个面:曲面本身,自由液面或者其延长面,曲面四个边延长至自由液面的四个面.这里注意自由液面必须是只受到大气压强作用的液面),则,其中为压力体的体积.1.16几种质量力同时作用下的液体平衡1.17作用于物体上的静水总压力,潜体与浮力的平衡及其稳定性第二章液体运动的流束理论2.1描述液体运动的两种方法(拉格朗日法和欧拉法)P632.2流线和迹线迹线某一液体质点在运动过程中,不同时刻所流经的空间点所连成的线称为迹线,即迹线就是液体质点运动时所走过的轨迹线流线它是某一瞬时在流场中绘出的一条曲线,在该曲线上所有点的速度向量都与该曲线相切,所以流线表示除了瞬间的流动方向.流线的基本特性P672.3恒定流与非恒定流恒定流如果在流场中所有的运动要素都不随时间而改变,这种水流称为恒定流(也就是说,在恒定流的情况下,任一空间点上,无论哪个液体质点通过,其运动要素都是不变的.运动要素仅仅是空间坐标的函数,而与时间无关)非恒定流如果在流场中所有的运动要素都是随时间而改变的这种水流称为非恒定流.注：本章只研究恒定流.2.4流管在水流中任意取一微分面积,通过该面积周界上的每一给点,均可以作一根直线,这样就构成了一个封闭的管状曲面,称为流管.2.5微小流束充满以流管为边界的一束液流称为微小流束(按照流线不能相交的特性,微小流束内的液体不会穿过流管的管壁向外流动,流管外的液体也不会穿过流管的管壁向流束内流动,当水流为恒定流时,微小流束的形状和位置不会随时间而改变,在非恒定流中,微小流束的形状和位置将随时间而改变.微小流束的很横断面积是很小的,一般在其横断面上各点的流速或动水压强可看作是相等的)2.6总流任何一个实际水流都具有一定规模的边界,这种有一定大小尺寸的实际水流称为总流(总流可以看作由无限多个微小流束所组成)2.7过水断面与微小流束或总流的流线成正交的横断面称为过水断面.2.8流量2.9均匀流与非均匀流均匀流当水流的流线为相互平行的直线时,该水流称为均匀流(直径不变的管道中的水流就是均匀流的典型例子)非均匀流若水流的流线不是相互平行的直线时,该水流称为非均匀流.如果流线虽然相互平行但不是直线(如管径不变的弯管中的水流)或者流线虽直线但不相互平行(如管径沿程缓慢均匀扩散或收缩的渐变管中的水流)都属于非均匀流.2.10均匀流的特性⑴均匀流的过水断面为平面,且过水断面的形状和尺寸沿程不变⑵均匀流中,同一流线上不同点的流速相等⑶均匀流过水断面上的动水压强分布规律与静水压分布规律相同2.11均匀流过水断面上的动水压强分布规律与静水压分布规律相同的推导过程2.12渐变流和急变流渐变流当水流的流线虽然不是相互平行的直线,但几乎近于平行直线称为渐变流急变流若水流的流线之间夹角很大或者流线的曲率半径很小,这话水流称为急变流.2.13恒定总流连续性方程的推导P712.14理想液体恒定流微小流束能量方程的推导P722.15实际液体恒定总流的能量方程的推导P782.15恒定总流动量方程的推导P94第三章液流形态及水头损失3.1沿程水头损失和局部水头损失沿程水头损失在固体边界平直且无障碍物的水道中,单位重量的液体自一断面流至另一断面所损失的机械能叫做沿程水头损失,常用表示.局部水头损失当固体边界发生改变或液体遇到障碍物时,由于边界或障碍物的作用使液体质点相对运动加强,内摩擦增加,产生较大的能量损失,这种发生在局部范围之内的能量损失叫做局部水头损失,常用表示.(就液体内部的物理作用来说,水头损失不论其产生的外因如何,都是因为液体内部质点之间有相对运动,因粘滞性的作用产生切应力的结果)当固体边界发生改变或液体遇到障碍物时,为什么会产生局部水头损失(了解)P1203.2影响水头损失的液流边界条件3.2.1横向条件(过水段面积,湿周和水力半径)湿周液流过水断面与固体边界接触的周界线叫做湿周,常用表示.(当过水段面积相等时,周长不一定相等,水与固体边界的接触要长些,故湿周对水损会产生影响,同样,当湿周相等时, 过水段面积不一定相等,通过同样大小的流量水损也不一定相等,故用水力半径来表征过水断面的水力特征)水力半径过水段面积与湿周的比值称为水力半径,即 .3.2.2纵向条件P1233.3均匀流时无局部水头损失，非均匀渐变流时局部水头损失可以忽略不计,非均匀急变流时两种水头损失均有(知道).3.4均匀流沿程水头损失与切应力的关系,以及半径为r处的（圆管中）切应力计算公式的推导P1323.5计算均匀流沿程水头损失的基本公式——达西公式对圆管来说，水力半径 ,故达西公式也可以写做达西公式的推导过程应该不会考3.6层流和紊流层流当留速较小时,各流层的液体质点是有条不紊的运动,互不混杂,这种形态的流动叫层流.紊流当流速较大时,各流层的液体质点形成涡体,在流动过程中,相互混杂,这种形态的流动叫紊流.3.7雷诺试验雷诺试验数据图形(两点三段.两点即上临界流速—水流从层流刚刚进入到紊流状态的速度和下临界流速—水流从紊流刚刚进入到层流状态的速度.三段即层流,过渡区,紊流所对应的曲线段.)P1293.8根据雷诺实验的结果,层流时雷诺试验图形为一条直线,即沿程水损v呈线性的一次方关系,但是由达西公式知与v是平方关系，试解释其原因.P1323.9雷诺数的物理意义(为什么雷诺数可以判别液流形态)P1313.10为什么采用下临界雷诺数而不采用上临界雷诺数来判断水流的型态这是因为经大量试验证明,圆管中下临界雷诺数是一个比较稳定的数值,其值一般维持在2000左右,但上临界雷诺数是一个不稳定数值(一般在12000-2000),在个别情况下也有高达40000-50000.这要看液体的平静程度和来流有扰动而定,凡雷诺数大于下临界雷诺数的,即使液流原为层流,只要有任何微小的扰动就可以是层流变为紊流.在实际工程中扰动总是存在的,所以上下临界雷诺数之间的液流是极不稳定的,都可以看作紊流,因此判别液流型态以下临界雷诺数为标准:实际雷诺数大于下临界雷诺数的是紊流,小于下临界雷诺数的是层流.3.11雷诺实验虽然都是以圆管液流为研究对象,但其结论对其他边界条件下的液流也是适用的.只是边界条件不同,下临界雷诺数的数值不同而已.例如明渠的雷诺数,其中R为水力半径(知道).3.12紊流的特征P133(4点，后两个特点很重要)3.13粘性底层在紊流中并不是整个液流都是紊流,在紧靠固体边界表面有一层极薄的层流存在该层流层叫粘性底层.3.14沿程阻力系数的变化规律⑴即液体处于层流状态,只与雷诺数有关,而与相对光滑度无关,且⑵即液体处于从层流进入紊流的过渡区,只与雷诺数有关,而与相对光滑度无关.因其范围很窄,实际意义不大.⑶即液流进入紊流状态,这时决定于粘性底层厚度和绝对粗糙度的关系:①当较小时粘性底层较厚,可以淹没,抵消管壁粗糙度对水流的影响,从而只与雷诺数有关,而与相对光滑度无关.②继续增大, 粘性底层厚度相应减薄,一直不能完全淹没, 管壁粗糙度对水流产生影响, 从而既与雷诺数有关,又与相对光滑度有关.③当增大到一定程度时, 粘性底层厚度已经变得很薄,已经不能再抵消管壁粗糙度对水流的影响,这时管壁粗糙度对起主要作用,从而只与相对光滑度有关,而与雷诺数无关.(因这时与v是平方关系,故该区又叫做阻力平方区)3.15谢齐公式和曼宁公式谢齐公式 ,其中J为水力坡度,/l ,R水力半径.曼宁公式 ,其中n为粗糙系数，简称糙率.第四章有压管中的恒定流4.1简单管道简单管道管道直径不变且无分支的管道.4.2自由出流和淹没出流自由出流管道出口水流流入大气,水股四周都受大气压强的作用,称为自由出流淹没出流管道出口如果淹没在水下,则称为淹没出流4.3短管和长管短管管道中若存在较大的局部水头损失,它在总水损中占的比重较大,不能忽略不计的管道称为短管.长管若管道较长,局部水损和流速水头可以忽略不计,这样的管道叫做长管.4.4简单管道的水力计算(以下均属于连续性方程和能量方程的具体应用)总原则首先确定按长管还是短管计算.若按短管计算,则沿程损失,局损和流速水头都要计算;若按长管计算,只需计算沿程损失, 局部水损和流速水头可以忽略不计;在没有把握估计局损的影响程度时,均按短管计算.(先按短管计算,求出具体的沿程损失和局损数值,比较后可确定到底如何计算,若无法确定具体数值一般的,给水管道按长管计算,虹吸管按短管计算,水泵吸水管按短管计算,压水管根据情况而定.4.4.1自由出流和淹没出流的水力计算自由出流上游存在行近流速,即有一个行近水头,列能量方程需计算在内(但其值一般很小,在计算结果以忽略不计,即公式中的).淹没出流上游存在行近流速,即有一个行近水头,列能量方程需计算在内(但其值一般很小,在计算结果时可以忽略不计,即公式中的). 下游也存在一个流速水头,但由于管道的过水断面积很小,而下游过水断面积很大,水流速度在下游已经变得很小,可以忽略,不需计入能量方程.4.4.2几种基本类型4.4.3虹吸管和水泵装置的水力计算4.4.4串联管道整个管道的水头损失等于各支管水损之和.4.4.5并联管道并联管道一般按长管计算,各支管的水损相等(各支管的水损相等,只表明通过每一并联支管的单位重量液体的机械能损失相等;但各支管的长度,直径及粗糙系数可能不同,因此其流量也不同,股通过各并联支管的总机械能损失是不相等的)4.4.6分叉管道在分叉处分为若干个串联管道进行计算.4.5沿程均匀泄流的水力计算本章的水力计算题均是围绕这能量方程来设计的，所以熟练掌握能量方程的应用，加上对各个类型的管道特点的了解，不用背繁琐的公式也可以解决本章的计算题，当然背下来更好第五章明渠恒定均匀流5.1明渠恒定均匀流(知道)明渠恒定均匀流当明渠水流的运动要素不随时间而变化时,称为明渠恒定流.否则称为明渠非恒定流.明渠恒定流中,如果流线是一簇相互平行的直线,则水深,断面平均流速和流速分布沿程不变,称为明渠恒定均流,否则称为明渠恒定非均匀流.(明渠均匀流中,摩阻力与重力沿水流方向的分力相平衡)5.2矩形,梯形横断面水力要素的计算梯形中,为梯形与水平面的夹角.5.3底坡明渠渠底的纵向倾斜程度称为明渠的底坡, 以符号表示.且,其中为渠底线与水平面的夹角.5.4顺坡,水平和逆坡明渠当明渠渠底沿程降低时,称为顺坡明渠;沿程不变时称为水平明渠;沿程升高时称为逆坡明渠.(在水平明渠中,由于故在其流动过程中，只存在摩阻力；在逆坡明渠中，摩阻力与重力沿水流方向的分力方向一致,因此这两种情况都不可能产生明渠均匀流;只有在顺坡渠道中才可能产生明渠均匀流)5.5明渠恒定均匀流的特性及其产生条件5.6明渠均匀流的计算公式(连续性方程和谢齐公式, 谢齐系数采用曼宁公式) 5.7矩形和梯形水力最佳断面的推导过程5.8允许流速不冲允许流速能够避免渠道遭受冲刷的流速.不於流速能够保证水中悬浮的泥沙不淤积在渠槽的流速.5.9明渠均匀流的水力计算第六章明渠恒定非均匀流6.1明渠非均匀渐变流和明渠非均匀急变流(知道)在明渠非均匀流中,若流线是接近于相互平行的直线,或流线间的夹角很小,流线的曲率半径很大,这种水流称为明渠非均匀渐变流.反之为明渠非均匀急变流.(本章着重研究明渠非均匀渐变流的基本特性及其水力要素沿程变化的规律) 6.2正常水深(知道)因明渠非均匀流的水深沿流程是变化的,为了不致引起混乱,把明渠均匀流的水深称为正常水深.并以表示.6.3明渠水流的三种形态一般明渠水流有三种形态,即缓流,临界流和急流.6.4明渠水流三种形态的判别方法(5种:微波波速法,比能曲线法,Fr法,临界水深法,临界底坡法)6.4.1微波波速法微波波速的描述（了解）P216当 v<,水流为缓流,干扰波能向上游传播;v=,水流为临界流,干扰波恰不能向上游传播;v>,水流为急流,干扰波不能向上游传播.要判别流态,必须首先确定微波传播的相对速度,相对速度的推导过程(了解)P217(如图6.3,对平静断面1-1和波峰所在断面2-2列连续性方程和能量方程.1-1断面流速为,2-2断面流速为,最后令即可得出=,这就是矩形明渠静水中微波传播的相对速度公式.如果明渠为任意形状时,则有=.式中为断面平均水深,A为断面面积,B为水面宽度.在实际工程中水流都是流动的,设水流断面平均流速为v，则微波传播的绝对速度应是静水中的相对波速与水流速度的代数和,即,正号为顺水方向,负号为逆水方向)6.4.2 Fr法当 Fr<1,水流为缓流;Fr=1,水流为临界流;Fr>1,水流为急流.对临界流来说,断面平均流速恰好等于微波相对波速,即,该式可改写为,其中称为弗劳德数,用符号Fr表示.弗劳德数的两个物理意义P2186.4.3比能曲线法断面比能把基准面选在渠底,所计算的单位液体所具有的能量称为断面比能,并以表示.则,在实际应用上,因一般坡底较小,,故常采用 .比能曲线当流量Q和过水断面的形状及尺寸一定时, 断面比能仅仅是水深的函数,按照此函数可以绘出断面比能随水深变化的关系曲线,该曲线称为比能曲线.比能曲线上存在可以使断面比能取最小值的K点.K点把曲线分成上下两支,上支即为缓流所对应的曲线,下支即为急流所对应的曲线.(比能曲线见P220图6.5)比能曲线与弗劳德数的联系()及其推导过程(了解)P2216.4.4临界水深法临界水深相应于断面比能最小值的水深称为临界水深,以表示.当 h> ,Fr<1,水流为缓流;h= ,Fr=1,水流为临界流;h< ,Fr>1,水流为急流.临界水深的计算在矩形断面明渠中,临界流的流速水头是临界水深的1/2,而临界水深则是最小断面比能的2/3.（原题）P221（将.对水深h求导，并令其等于0.得,规定对应于临界水深的水利要素以脚标K,则.对于矩形断面明渠, ,代入得 ,即临界流的流速水头是临界水深的1/2.再代入 ,得,即临界水深是最小断面比能的2/3.断面为任意形状时，临界水深的计算(了解)见P222(试算法和图解法)重要例题:例题6.16.4.5临界底坡法(只适用于均匀流)第七章水跃7.1水跃当明渠中的水流又急流状态过渡到缓流状态时，会产生一种水面突然跃起的特殊局部水力现象,即在较短的渠道内水深从小于临界水深急剧的跃到大于临界水深.这种特殊的局部水力现象称为水跃.跃高跃后水深与跃前水深之差跃长跃前断面至跃后断面的水平距离完全水跃有表面旋滚的水跃。
目录目录 (1)复习题一 (2)参考答案 (5)复习题二 (8)参考答案 (12)复习题一一、填空题（每小题2分，共10分）1、 一般情况下，给水管道中的流速不大于 ，不小于 。
2、能量方程中g v 22α项的能量含义为： 。
3、圆管半径m r 1=，满管流动时的水力半径R 为 米；如果正常水深m h 20=，则水力半径R 为 米。
4、从流体内部结构来看，流体的运动形态可以分成 流与 流。
5、只有途泄流量管道的水头损失是相同流量的管道的水头损失的 。
二、判断题（每小题2分，共10分）1、15℃时水的[动力]粘度小于20℃时水的[动力]粘度。
（ ）2、恒定流时的流线与迹线二者重合。
（ ）3、有压管道的测压管水头线只能沿程降低 （ ）4、工业管道的沿程摩阻系数λ在紊流粗糙区随e R 增加而增加( )5、均匀流的同一过水断面上，各点流速相等。
（ ） 三、名词解释（每小题3分，共15分）1、粘滞性2、流线3、阻力平方区4、当量粗糙度5、断面比能 四、简答题（每小题5分，共10分）1、水力学对液体做了哪些物理模型化假设？请写出相应内容。
2、 均匀流水力特性如何？ 五、作图题（共15分）1、作出标有字母的平面压强分布图并注明各点相对压强的大小（3分）2、作出下面的曲面上压力体图并标明垂直方向分力的方向（4分）3、请作出明渠恒定流的水面曲线 （4分）4、请定性作出下图总水头线与测压管水头线（两段均为缓坡）（4分）六、计算与证明题（8分 + 8分+6分+10分+8分，共40分）1、水平放置的压力管，渐变段起点的相对压强a kp p 4001=进口管径流量s m Q /8.13=，m D 50.1=，出口管径md 1=，不计水头损失，求镇墩所受的轴向推力为多少。
2、 水自水池A 沿水平放置的铸铁管流入水池C 若水管m d 2.0=,m l 301=，m l 502=，m H 40=,mH 12=,设沿程阻力系数03.0=λ，求在水池B 中的水深1H3、如右图所示的梯形断面明渠，底宽m b 10=，边坡系数5.1=m ，水深m h 5=，流量s m Q /3003=求流体的弗劳德数r F 及渠中流态。
浙江省考研水利工程复习资料水力学与水文学重要概念梳理一、水力学概念梳理1. 流体力学流体力学是研究流体静力学和流体动力学的学科，其中包括了对于流体运动规律的研究和分析。
流体力学的研究主要关注流体的力学性质、流体的运动和流体与固体的相互作用等。
2. 流量流量是指流体在单位时间内通过某一截面的体积，通常用Q表示。
流量是一个重要的水力学概念，它可以用来描述河流、管道、渠道等水体运动的特性。
3. 流速流速是指流体通过某一截面的速度，通常用v表示。
流速与流量之间存在着一定的关系，即流速乘以截面积等于流量。
4. 水头水头是指流体的能量，通常用h表示。
水头是水力学中一个重要的概念，它可以通过流体的压力、速度和重力势能来计算。
5. 水位水位是指水面相对于参考点的高度，通常用h表示。
水位是描述水体的垂直位置的一种重要参数，在水文学和水利工程中起着重要的作用。
6. 水压水压是指水受到的压力，通常用p表示。
水压与水头之间存在着一定的关系，即水压等于水头乘以单位重力加速度。
7. 水流动力学水流动力学是研究流体在流动过程中的力学性质以及与之相关的现象和问题的学科。
水流动力学主要涉及水体的流动速度、流态、水动力学参数等内容。
二、水文学概念梳理1. 降水量降水量是指单位时间内降水的量，通常用P表示。
降水量是水文学中一个重要的指标，用于描述降水的强度和分布。
2. 蒸发量蒸发量是指单位时间内水分从地表蒸发的量，通常用E表示。
蒸发量是水文学中一个重要的概念，它可以用来描述水分的损失和地表水的消耗。
3. 积雪积雪是指在地表覆盖的雪层，通常以厘米或毫米为单位。
积雪是水文学中一个重要的指标，它对于水资源管理和洪水预测等方面有着重要的影响。
4. 地下水地下水是指地下岩石或土壤中的水体，通常是储存在地下水层中的水。
地下水是水文学中一个重要的概念，它对于地下水资源的开发和利用具有重要意义。
5. 河流径流河流径流是指河流中单位时间内通过某一截面的流量，通常用Q表示。
工程水力学复习要点液体的主要物理性质连续介质、密度、粘滞性、压缩性、表面张力一、水跃复习要点1.棱柱体水平明渠的水跃方程2.共轭水深的计算3.水跃跃长的计算1、一、水跃的概念水跃（hydraulic jump）：是明槽水流从急流状态过渡到缓流状态时水面突然跃起的局部水力现象。
水跃的分区旋滚区：水跃区域的上部呈饱搀空气的表面旋滚似的水涡。
主流区：水跃区域下部为在铅直平面内急剧扩张前进的水流。
水跃区的几个要素跃前水深——跃前断面（表面旋滚起点所在过水断面）的水深；跃后水深——跃后断面（表面旋滚终点所在过水断面）的水深；水跃高度a=h“-h’水跃长度——跃前断面与跃后断面之间的距离二、水跃的基本方程1. 水跃函数2.水跃的基本方程式中、分别为跃前水深、跃后水深，称为共轭水深，即对于某一流量Q，具有相同的水跃函数的那两个水深，即为共轭水深三、水跃的形式临界水跃：当时，水跃的跃首刚好发生在收缩断面上，跃后水深等于下游水深，称为临界水跃。
远离式水跃：当时，水跃发生在收缩断面之后，跃后水深大于下游水深，称为远离式水跃。
淹没水跃：当时，当下游水深大于临界水跃的跃后水深时，水跃淹没收缩断面，称为淹没水跃。
二、堰流及闸孔出流复习要点1、概述堰和堰流：无压缓流经障壁溢流时,上游发生壅水,然后水面跌落,这一局部水力现象称为堰流（Weir Flow）;障壁称为堰。
堰流的基本特征量1.堰顶水头H；2.堰宽b；3.上游堰高P、下游堰高P1；4.堰顶厚度δ；5.上、下水位差z；6.堰前行近流速υ0。
堰的分类堰流及孔流的界限堰流：当闸门启出水面，不影响闸坝泄流量时。
孔流：当闸门未启出水面，以致影响闸坝泄流量时。
堰流和孔流的判别式（1）宽顶堰式闸坝堰流：e/H ≥0.65 孔流：e/H <0.65（2）实用堰式闸坝（闸门位于堰顶最高点时）堰流：e/H ≥0.75 孔流：e/H <0.75式中：e——闸门开启高度；H——堰孔水头。
2、堰流的基本公式式中:m——堰流流量系数，m=堰流公式式中: ——淹没系数，≤1.0；——侧收缩系数，≤1.0 。
m0——计及行近流速的流量系数。
例：某矩形断面渠道，为引水灌溉修筑宽顶堰（如图10-19）。
已知渠道宽B=3m，堰宽b=2m，坎高P=P1=1m，堰上水头H=2m，堰顶为直角进口，单孔，边墩为矩形，下游水深h=2m。
试求过堰流量。
解:（1）判别出流形式h s=h-P=1m>0 ————必要条件——充分条件满足淹没溢流必要条件，但不满足充分条件，为自由式溢流。
b< B，有侧收缩。
综上所述，本堰为自由溢流有侧收缩的宽顶堰。
（2）计算流量系数m : 堰顶为直角进口，P/H=0.5<3，则由公式得（3）计算侧收缩系数（4）计算流量：自由溢流有侧收缩宽顶堰其中用迭代法求解Q，第一次取H 0(1)≈H第二次近似，取第三次近似，取本题计算误差限值定为1%，则过堰流量为Q=Q(3) =8.48m3/s（5）校核堰上游流动状态上游来流为缓流，流经障壁形成堰流，上述计算有效。
用迭代法求解宽顶堰流量高次方程，是一种基本的方法，但计算繁复，可编程用计算机求解。
三、泄水建筑物下游的水流衔接与消能复习要点泄水建筑物下游的水流特性表现为:流速高、水深小、单宽流量大、能量集中。
下泄水流对河床具有极大的破坏性，直接威胁大坝本身的安全。
底流消能的水力计算挑流消能的水力计算底流式消能(underflow energy dissapition）在建筑物下游采取一定的工程措施，控制水跃发生的位置，通过水跃产生的表面旋滚和强烈的紊动来消除余能。
挑流式消能(ski-jump energy dissapition)将水流挑射至远离建筑物的下游，使下落水舌对河床的冲刷不会危及建筑物的安全。
下泄水流的余能一部分在空中消散，大部分在水舌落入下游河道后被消除。
面流式消能(surface flow energy dissapition)将下泄的高速水流导向下游水流的上层，主流与河床被巨大的底部旋滚隔开。
余能主要通过水舌扩散，流速分布调整及底部旋滚与主流的相互作用而消除§9.1 底流消能的水力计算❖泄水建筑物下游收缩断面水深的计算❖ 泄水建筑物下游水跃的位置及其对消能的影响 ❖ 控制水跃位置的工程措施 例题某 WES 堰,顶设计水头H d = 3.2 m ，设计水头下溢流堰流量系数 m d = 0.502, 流速系数 为0.95，上下游堰高均为 30 m,下游水深 h t = 4.6 m 。
（1）不考虑侧收缩影响，求通过溢流堰的单宽设计流量q ；（2）判断通过设计流量时，堰下游水流衔接形式，若需要建消能工，则进行挖深式消能池的水力计算。
解1. 判断溢流坝下游水流衔接形式 为了判断溢流坝下游水流衔接形式，先计算下游收缩水深hc 及其共轭水深 hc ” 。
可用查图法或迭代法。
解法一：采用查图法计算hc 及hc ”（1）计算堰顶水头作用下通过溢流堰的单宽流量 当不计侧向收缩影响及行进流速水头时，由实用堰流量公式可得因下游水位低于堰顶，溢流堰为自由出流。
取淹没系数σs = 1.0 。
于是（2）计算临界水深 h k 对于矩形断面有，故（3）计算以下游收缩断面底部水平面为基准的总水头E 0sm 42.12m)2.3()s m 8.9(249.00.12232=⨯⨯⨯⨯=q gq h 33k=23s 2H g m bQ q σ==m 5062)s m 89()s m 2.421(322232k ..g q h ===因为溢流坝较高，行近流速水头可以忽略不计 （4） 查图计算hc 及hc ”由及参变量查矩形断面渠道收缩水深及其共轭水深求解图得 于是收缩水深h c 的共轭水深题目某溢流坝共7孔，每孔净宽b = 6 m ，闸墩厚度d =1.8 m 。
溢流坝顶高程为161 m ，设计水位为167.15 m ，流量系数 m = 0.49，收缩系数ε1= 0.95，挑坎为连续式，坎顶高程为111.0，挑角 = 28°；下游河床高程为102 m ，岩基冲刷系数为1.10（Ⅱ类岩），下游水深为7.0 m 。
试估算挑流射程及冲刷深度并检查冲刷坑是否危及大坝安全。
解本题首先确定在设计水位167.15 m 时，溢流坝下泄流量 Q ; 然后进行挑流射程 L 及冲刷24813m5062m 233k00...h E ===ξ950.=ϕm 5190m 50622070k c c ...h h =⨯==ξm5187m 506203k c c ...h h ''''=⨯==ξ▽ 167.15 161▽ ▽ 111▽ 102▽ 109 θ22002070c .=ξ0.3c =''ξ坑深度 t s 的估算，最后进行冲刷坑后坡 i 的验算。
挑流射程 L 为空中射程 L 0 与水下射程 L 1 之和。
若 忽略坎顶水深 h 1 , 则空中射程 L 0 及水下射程 L 1可分别按以下计算式估算：1.溢流坝下泄流量 Q 的计算因溢流坝较高，行近流速水头可忽略不计，即H 0≈H = 167.15 m －161m = 6.15 m; 同时下游水位较低，溢流坝为自由泄流，故下泄流量计算式为：2.冲刷坑深度 t s 的估算为了计算水下射程 L 1，先计算冲刷坑深度 t s冲刷坑深度估算式为： 式中, 岩基冲刷系数 k s= 1.10 ，其它各参数计算如下:3. 射程估算 L根据已知数据求得 计算流速系数 的经验公式较多，这里采用长江流域规划办公室的经验公式计算t⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++=θϕθ212t 120sin )(112sin S h a S φL θϕθ212t 2ts 1cos tg S h a h t L -++=2312H g b mn Q '=ε/sm 1320m)15.6(m/s 8.92m 6749.095.03232=⨯⨯⨯⨯⨯=Q t 25.05.0s s h zq k t -=/s m 25m 8.1)17(m 67/s m 1320)1(23=⨯-+⨯=-+=d n nb Q q m 15.58m 109m 15.167=-=z m 7m 102m 109t =-=h m 19.8m 7m)8.155(/s)m 25(1.125.05.02s =-⨯⨯=t m 50m 111m 1611=-=s m9m 102m 111=-=a式中流能比4. 检验冲刷坑后坡 i故认为冲刷坑不致于危及大坝的安全。
t35.0E055.01K -=ϕ0226.0m)50(m/s 9.8/sm 255.1225.11E =⨯==s g q K 86.0055.0135.0E=-=Kϕ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-++=θϕθϕ2sin 112sin 12t 120S h a S L m87.64)282sin(m)50(86.0m7-m 911)282sin(m)50(86.0220=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯++⨯⨯⨯⨯= L m57.2528cos m)50(86.0m 7m 928tg m 7m 19.8cos tg 222212t2ts 1=⨯⨯-++=-++=θϕθS h a h t L 091.0m57.2587.64m 19.8s =+==）（L t i 51~5.21k =<i i四、水击的复习要点1、水击现象的基本概念水击现象（Water-hammer Phenomena）：在有压管道系统中，由于某一管路中的部件工作状态的突然改变，就会引起管内液体流速的急剧变化，同时引起液体压强大幅度波动，这种现象称为水击现象。
直接水击（Rapid Closure）：当关闭阀门时间小于或等于一个相长时，最早由阀门处产生的向上传播而后又反射回来的减压顺行波，在阀门全部关闭时还未到达阀门断面，在阀门断面处产生的可能最大水击压强将不受其影响，这种水击称直接水击。
间接水击（Slow Closure）：当关闭阀门时间大于一个相长时，从上游反射回来的减压波会部分抵消水击增压，使阀门断面处不致达到最大的水击压强，这种水击称为间接水击。
2、有压管道中的水击的四个阶段1. 增压逆波阶段水击波的传播现象：一个增压波以一定速度向水库方向传播的现象，2.：减压顺波阶段3.：减压逆波阶段4. 增压顺波阶段3、水击的计算1）水击波的传播速度式中：c0——水中声波的传播速度，c0 =1425m/s ；E0——水的弹性模量，E0 =2.04´109 N/m2 ；E——管壁的弹性模量；D——管径（m）；d——管道壁厚（m）2）水击压强的计算直接水击压强最大值计算公式：间接水击压强计算公式：（用水击联锁方程求解，初估用下式）式中：Tz——阀门关闭时间；Tr =2l/c——水击波相长；v0 ——水击前的管中流速。
