第1篇
一、实验目的
1. 理解堰流和水跃现象的物理原理。
2. 通过实验观察堰流和水跃的形态，分析其影响因素。
3. 测量堰流和水跃的参数，验证理论公式。
4. 掌握实验操作技能，提高实验数据处理和分析能力。
二、实验原理
1. 堰流：当水流通过堰顶时，由于流速和断面的突然变化，会在堰后形成一定的水头损失。根据流量和堰后水头损失的关系，可以推导出流量与堰后水头损失的关系式。
2. 水跃：当急流进入缓流时，水流速度降低，部分动能转化为位能，形成水跃。水跃现象主要表现为水深的急剧增加和流速的减小。根据水流连续性方程和能量方程，可以推导出水跃的水深和流速的关系式。
三、实验仪器与设备
1. 堰流实验装置：堰板、水槽、流量计、计时器等。
2. 水跃实验装置：水跃池、水位计、计时器等。
3. 数据采集与分析软件。
四、实验步骤
1. 堰流实验：
（1）调整堰板高度，确保堰后水流平稳。
（2）开启水源，控制流量，使堰后水流平稳。
（3）测量堰后水头损失，记录流量和水位数据。
（4）重复实验，记录不同流量下的数据。
2. 水跃实验：
（1）调整水跃池水位，确保水跃现象明显。 （2）开启水源，控制流量，使水流通过水跃池。
（3）测量水跃前后的水深和流速，记录数据。
（4）重复实验，记录不同流量下的数据。
五、实验结果与分析
1. 堰流实验：
（1）根据流量和堰后水头损失的数据，绘制流量-水头损失曲线。
（2）分析曲线特点，验证流量与水头损失的关系式。
2. 水跃实验：
（1）根据水跃前后的水深和流速的数据，绘制水深-流速曲线。
（2）分析曲线特点，验证水深和流速的关系式。
（3）分析水跃现象的影响因素，如流量、水跃池形状等。
六、实验结论
1. 堰流实验验证了流量与水头损失的关系式，表明在堰后水流平稳的条件下，流量与水头损失呈线性关系。
2. 水跃实验验证了水深和流速的关系式，表明在水跃现象中，水深与流速呈反比关系。
第一部分 自学指导
第一章 绪论
一、主要内容
1.流体力学及其任务
（1）流体力学的研究对象 （2）流体的连续介质假设 （3）流体力学的研究方法
（4）流体力学与土木工程
2.作用在流体上的力
（1）表面力 （2）质量力
3.流体的主要物理性质
（1）惯性 （2）粘性 （3）压缩性和膨胀性
二、重点
1.流体力学及其任务
（1）流体力学的研究对象 （2）流体的连续介质假设 （3）流体力学的研究方法
2.作用在流体上的力
（1）表面力 （2）质量力
3.流体的主要物理性质
（1）惯性 （2）粘性 （3）压缩性和膨胀性
三、难点
1.流体的流动性，连续介质模型。
2.作用在流体上的力以及流体的主要物理性质。
第二章 流体静力学
一、主要内容
1.静止流体中应力的特性
2.流体平衡微分方程
（1）流体平衡微分方程 （2）平衡微分方程的全微分形式 （3）等压面
3.重力作用下液体静压强的分布
（1）液体静力学基本方程 （2）气体压强的计算 （3）压强的度量 （4）测压管水头
（5）压强的计量单位
4.测量压强的仪器
（1）液柱式测压计 （2）金属测压计
5.作用在平面上的静水总压力
（1）图算法 （2）解析法
6.作用在曲面上的静水总压力
（1）曲面上的总压力 （2）压力表
二、重点
1.静止流体中应力的特性
2.流体平衡微分方程
（1）流体平衡微分方程 （2）平衡微分方程的全微分形式 （3）等压面
3.重力作用下液体静压强的分布
（1）液体静力学基本方程 （2）气体压强的计算 （3）压强的度量 （4）测压管水头
（5）压强的计量单位
4.作用在平面上的静水总压力
（1）图算法 （2）解析法
5.作用在曲面上的静水总压力
（1）曲面上的总压力
三、难点
1.作用在平面上的静水总压力。
2.作用在曲面上的静水总压力。
第三章 流体动力学基础
一、主要内容
1.流体运动的描述
第一章
连续介质假设：把流体当作是由密集质点构成的、
内部无空隙的连续体来考虑。
表面力：作用在流体表面上的力； 质量力：作用在所取流体体积内每个质点上的力；
单位2/ms 牛顿内摩擦定律：du
dy
动力粘度系数，运动粘度系数：；
无粘性流体：指无粘性，0的流体；
不可压缩流体：指流体的每个质点在运动全过程中，
密度不变化的流体。 常温常压下气体状态方程：pRT
第二章
静止流体的应力特征 1.应力方向沿作用面的内法线方向；
2.静压强的大小与作用面方位无关。 等压面：流体中压强相等的空间点构成的面（平面
或曲面）称为等压面。
重力作用下流体静压强分布
oppgh
推论：静压强的大小与液体的体积无关
两点的压强差等于两点之间单位面积垂直液
柱的重量
在平衡状态下，液体内任意一点压强的变化
等值地传递到其他各点。 压强的度量：
绝对压强：流体实有的全部压强
相对压强：绝对压强与当地大气压的差值
真空度：指绝对压强不足当地大气压的差值，即相
对压强的负值vaabsppp；
pzcg，
c为测压管水头（总势能），其中z为位置水头；
p
g压强水头；
作用在平面上的静水压力
图算法：pbs（矩形板）
b为受压面宽度，s为压强分布图的面积 总压力的作用线通过压强分布图的形心
解析法：cpghA（任意形状平面板）
ch：受压面形心的淹没深度
A：受压面面积
作用在曲面上的静水压力
xcx
zpghA
pgv
压力体：实压力体，虚压力体，混合压力体
第三章 描述流体运动的方法：拉格朗日法和欧拉法
拉格朗日法：以个别质点为观察对象，再将每个质
点的运动情况汇总起来描述整个流体运动；
欧拉法：以流体运动的空间点作为观察对象，观察
不同时刻各空间点上流体质点的运动，再将每个质点的运动情况汇总起来描述整个
流体运动。
xxxxxxyz
yyyyyxyz
zzzzzxyzuuuuauuutxyz
粘滞性：流体在粘滞力作用下，具有抵抗流体相对运动的能力。
质量力：所在力场作用流体各质点的分布力，又称体积力。对于均质流体总质量力的大小与流体的质量成正比。
压缩性：流体随压强增大而体积缩小的性质。
牛顿流体：简单剪切流动中的剪切应力与速度梯度的关系符合牛顿内摩擦定律的流体.
等压面：在同一种连续静止流体中。静水压强相等的各点所组成的面。
压力体：用铅垂线沿曲面边缘平行移动一周，割出的以自由液面为上底，曲面本身为下底的主体。
真空度：大气压强与绝对压强的差值，用符号Pv表示。
流线：某一时刻在流场中画出一条空间曲线，该时刻，曲线上所有质点的流速矢量都与该曲线相切。
湿周：过流断面上流体与固体壁面接触的周界。
水力半径：有R=A/x定义的，过流断面面积与湿周的比值。
沿程水头损失：沿程阻力做功而引起的水头损失。
局部水头损失：局部阻力引起的水头损失。
当量粗糙高度：指和工业管道粗糙管区入值相等的同直径人工粗糙管的粗糙高度。
水力坡度：一定流量Q通过单位长度管道所需要的作用水头。
棱柱形渠道：渠道断面形状、尺寸、底坡沿程不变的长直渠道。
水力最优断面：使水力半径尺寸最大，即湿周最小的断面形式。 临界底坡：当明渠作均匀流时正常水深恰好等于流量下的临界水深，此时的相应的渠道的底坡。
断面比能：各断面最底点为计算基准面的单位重量液体所具有的机械能。
临界水深：断面比能发生在临界流状态，此时对应的水深。
堰流：从障碍物上溢流至下游的水流现象。
自流井：汲取承压地下水的井。
普通井：在具有自流水面的潜水层中凿的井。
完整井：井底直达不透水层的井
位变加速度：速度场随位置变化而引起的加速度变化。
有旋流动：在运动中，流体微团存在的旋转运动。
一、静水压强的特征：
1）静水压强的方向是垂直于被作用面。2）任一点的各方向的静水压强相等。
二、等压面的特征：等压面永远与质量正交。
三、静力学基本方程：P=Po+rh
