水力学总结

第一章 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）

8． 表面力：作用于液体隔离体表面上的力。

思考题：

1． 什么是连续介质模型？为什么要提出此模型？

2． 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。

3． 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？

第二章 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：

5． 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。

6． 基本方程的几何、水力学、能量意义：pz+=Cr

z——计算点的位置高度；位置水头；单位位能；

pr—— =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。

7． 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。

8． 压强较大时：水银U型管。

9． 静水总压力的计算：1，作用于平面上的静水压力=平面形心处压强*受压面积；2，作用于曲面壁上的静水压力：水平分力=曲面铅垂投影面积形心处压强*铅垂投影面积；铅垂分力=压力体中的液体重量。

第三章 水动力学基础

1． 流场：液体流动的空间。

2． 拉格朗日法：引用固体力学的方法，把液体看成是一种质点系，并把流场中的液体运动看成是由无数液体质点的迹线构成。每一质点运动都有其运动迹线，由此可进一步得到液体质点流速及加速度等运动要素的数学表达式。综合每一质点的运动情况，即可获得整个液体的的流动情况，即先从单个指点入手，再建立流场中液流流速及加速度的数学表达式。（除分析波浪运动外，很少用。）

3． 欧拉法： 直接从流场中每一固定空间点流苏分布规律入手，建立流速、加速度等运动要素的数学表达式，然后从中综合整体水流的运动规律，进一步建立液体运动的质量守恒方程、能量守恒方程及动量方程。和拉格朗日法的不同点是：它只以空间点的流速、加速度为研究对象，并不涉及液体质点的运动过程，也不考虑各点流速及加速度属于哪个质点。实际工程问题绝大多数也不需要追求流体运动的全过程，而只需确定流场中每一固定点的运动要素。

4． 当地加速度：是因时间推移出现的速度变化。 5． 前一加速度：是不同空间点液体速度的变化。

6． 流线：同一时刻与流场中各点运动矢量相切的曲线。

7． 流线特点：1，流线一般不会相交，也不会成90°转折。否则，在交点或折点处将出现两种运动方向的矛盾结果。2，流线只能是一根光滑曲线。因为液体是连续介质，运动要素的空间分布为连续函数。3，任一瞬时，液体质点沿流线的切线方向流动，在不同瞬时，因流速可能有变化，流线的图形肯能不同。

8． 元流：过水断面无限小的股流，称为元流。其上各点的流速及压强都相等。元流的极限即为流线。

9． 总流：无数元流的总和。

10． 流量：单位时间内流经过水断面的液体体积，以Q表示。Q=vA。

11． 断面平均流速：实际液体中因粘滞性的影响，过水断面上的流速一般呈不均匀分布，各点流速的加权平均值，记为v。

12． 动能修正系数α：当用断面平均流速计算动能时，其值小于用实际流速u计算的动能，需引用动能修正系数加以修正。α是断面流速分布不均匀的结果实际过程中常取为1。

13． 恒定流（当地加速度为0）：运动要素不随时间变化的流动。否则为非恒定流。

14． 均匀流（迁移加速度为0）：流线簇彼此呈平行直线的流动。否则为非均匀流。

15． 非均匀流分为：渐变流（流线簇彼此呈接近平行直线的流动，近似为均匀流。）和急变流（流线簇彼此不平行，流线间夹角大或流线曲率大。）。

16． 在急变流中，过水断面上各点侧管水头不相等，即不为常数。恒定渐变流断面上各点测管水头为一常数，即渐变流同一过水断面上各点的测管水头相等。渐变流或均匀流的断面的测管水头都为某一常数，但沿程个断面的测管水头不相等。

17． 总流连续性方程：v1A1=v2A2。该方程既没有涉及任何力，也没有含时间条件，是个运动方程。它反映的是沿程两断面间的流速关系，它对理想液体与实际液体、恒定流与非恒定流、均匀流与非均匀流、渐变流与急变流以及有压无压流等水流运动都适用。

18． 恒定流理想液体元流能量方程：22112212pupuZZ2g2g++=++gg，左式表明，理想液体元流的单位总能沿程守恒，由此所得的总水头为一水平线，而测管水头沿程可有升降。

19． 恒定流实际液体元流能量方程：22112212pupuZZh2g2gw¢++=+++gg（水头损失）

20． 水力坡度：单位长度上的水头损失，以J表示。

21． 毕托管：是一种点流速的测量仪器。

22． 恒定流实际液体总流能量方程： 22112212pvpvZZh2g2gw¢++=+++gg

23． 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为均匀流，但两断面之间可以有急变流存在；5，沿程流量不变12QQQ==。

24． 有流量分出时：

25． 有流量汇入时：

26． 动量方程：单位时间内质点系的动量变化率等于其所受外力和。反映液流动量变化与固体边壁作用的关系，常用以求解水流对边壁的作用力。

27． 元流动量方程：21dKFdQ(uu)dt==r-uvvvv

28． 总流动量方程：21FQ(vv)=r-åvvv、12FPPGR=+++åvuvuvuvuv P1,2为控制端面上的总水压力；G控制体重量；R管壁约束对总流隔离体（即控制体）侧表面的作用力。F作用体所受合外力。 29． 应用要点：1，必须先绘出计算流段的隔离体，并标明外力方向及所取坐标系；2，液流动量变化，只能是隔离体的出口动量与流入动量之差。二者不可颠倒计算。；3，前后控制断面应选在渐变流断面处，P=p*A ;4，边壁反力R为边壁对液流的外力，绘制隔离体时，其方向可认识选定，结果可正可负；5，R与R¢大小相等，方向相反；6，对理想液体与实际液体均适用。

第四章 水流阻力与水头损失

1． 水流阻力：液体粘性及惯性对流动产生的阻力。（沿程阻力、局部阻力）

2． 水头损失：单位质量液体在流动中的能了损失，用hw表示。（沿程水头损失fh、局部水头损失jh）

3． 雷诺试验：阐明了水头损失的机理，明确了水头损失与流速间关系式由于液流中存在层流和紊流两类性质不同的流动形态。

4． 层流：管中的液体质点在流动中互不发生混掺而是在分层有序的流动，这种流动称为层流。

5． 紊流：液体质点互相混掺的无序无章的流动。

6． 上临界流速：由层流突变为紊流时的临界流速kv¢。

7． 下临界流速：有紊流突变为层流时的临界流速kv，常用作判别层流和紊流的重要参数。Vkv，紊流；中间值时状态不稳定。

8． 临界雷诺数：kekvdR=n=2000/2300，n为运动粘度。

9． 液流实际雷诺数：evdR=n；圆管 ；明渠

10． 雷诺数大，惯性力占支配地位；雷诺数小，粘性力将处于支配地位。

11． 水力半径：R=断面面积A与湿周的X比。

12． 沿程水头损失：

13． 均匀流基本方程：0f0lh*;RJRt=t=gg

14． 上式导出了沿程水头损失与水流阻力间的关系。它表明，沿程水头损失与液体重度和水力半径成反比，与切应力及流程长度成正比。

15． 非圆形断面的有压流或无压流：

16． 有压圆管的水头损失：

17． 沿程阻力系数l：e64Rl=（层流区）

18． 当量粗糙度：和工业管道沿程阻力系数相等的同直径人工均匀粗糙管道的绝对粗糙度。

19． 谢才公式（明渠流）：vCRJ= C为谢才系数。

20． 曼宁公式：161CRn=，n为粗糙系数。

21． 28Cl=达西与谢才的契合点。

22． 局部水头损失的成因：局部边界条件剧烈改变。1，导致液流中产生涡旋，加大水流的紊乱和脉动，增大液流得得能量损失；2，造成液流断面流速重新分布，加大流速梯度及紊流附加切应力，导致局部较集中的水头损失。 23． 计算公式：2jvh2g=z，z为局部阻力系数。

24． 局部阻力系数z：管道锐缘进口0.5；边缘平缓进口0.2；淹没出流1.0；自由出流0。

第五章 有压管流

1． 有压管流：水沿管道作满管运动的水力现象。

2． 基本特征：断面形状多为圆形，整个断面被水充满，无自由表面，过水断面的周界即为湿周，管壁处处都受水压力，液体压强一般不等于大气压。

3． 简单管路：管径沿程不变的管路。

4． 复杂管路：由两根以上管道组成的管路。串联管路；并联管路；管网。

5． 长管：管路流速水头和局部水头损失可以忽略不计的管路，l1000d>时，按长管计算。

6． 短管：必须同时计算管路沿程水头损失、局部水头损失及流速水头的管路。

7． 作用水头0H：出口流速水头与管路损失水头之和。它是用于克服水头损失并保证出口动能的能量。

第六章 明渠水流

1． 明渠流：开敞式的泄水凹槽，称为明渠或河道。河渠中的水流运动，称为明渠流。又称无压流。

2． 容许流速：为防止冲刷，渠中流速不能大于容许不冲刷流速；为防止淤积，渠中流速不能小于容许不淤积流速。

3． 明渠断面水力要素：

形状 过水面积 水面宽度 湿周 水力半径 边坡系数m、充满度a

梯形

矩形

圆形

4． 明渠均匀流：1，明渠均匀流是一种等深、等速直线运动，断面流速分布沿程不变；2，总水头线、测管水头线及渠底线三者平行。

5． 发生条件：1，属恒定流，流量沿程不变；2，长直的棱柱形顺坡渠道；3，渠道糙率m及底坡i沿程不变。

6． 明渠水力最佳半径：当渠道过水断面面积A、糙率n 及渠道底坡i一定时，过水能力最大的断面形式。

7． 欲使渠道泄水流量最大，应使其湿周最小。

8． **梯形断面渠道水力计算

第七章 不考

第八章 不考

第九章 河流概论

1． 降水：在桥涵水文中，对于地球上的雨，雪，冰，雹及小雪珠等现象，统称为降水。

2． 径流：降水在重力作用下沿一定路径流动的水流。

3． 水文现象：即降水，入渗，径流，蒸发等现象的统称。