水力学--主要知识点教案资料.ppt

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1、水力学主要知识点绪论(一)液体的主要物理性质1.惯性与重力特性2.粘滞性:液体的粘滞性是液体在流动中产生能量损失的根本原因.描述液体内部的粘滞力规律的是牛顿内摩擦定律:3.可压缩性。在研究水击时需要考虑4.表面张力特性。进行模型试验时需要考虑水力学的两个基本假设:(二)连续介质和理想液体假设1.连续介质:液体是由液体质点组成的连续体,可以用连续函数描述液体运动的物理量.2.理想液体:忽略粘滞性、可压缩性的液体(三)作用在液体上的两类作用力可以是正值,也可以是负值。。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

2、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。4.压强的三种表示方法:绝对压强p′,相对压强p,真空度pv,它们之间的关系为:p=p′-papv=│p│(当p<0时pv存在)相对压强:p=ρgh静水总压力的计算1)平面壁静水总压力图解法: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。静水压强分布图是根据静水压强与水深成正比关系绘制的,只要用比例线段分别画出平面上两点的静水压强,把它们端点联系起来,就是静水压强分布图解析法:大小:P=pcA,pc—形心处压强

3、方向:垂直并指向受压平面作用点D:通常作用点位于对称轴上,在平面的几何中心之下。(2)曲面壁静水总压力水平分力:Px=pcAx=ρghcAx水平分力就是曲面在铅垂面上投影平面的静水总压力,它等于该投影平面形心点的压强乘以投影面面积。铅垂分力:Pz=ρgV,V---压力体体积.在求铅垂分力Pz时,要绘制压力体剖面图。压力体是由自由液面或其延长面,受压曲面以及过曲面边缘的铅垂平面这三部分围成的体积。当压力体与受压面在曲面的同侧,那么铅垂分力的方向向下;当压力体与受压面在曲面的两侧,则铅垂分力的方向向上.合力方向:α=arctg液流第2章液体运动的流束理

4、论1.流线的特点:反映液体运动趋势的图线流线的特征:流线不能相交;恒定流流线形状位置不变;恒定流迹线和流线重合。2.流动的分类:非恒定流均匀流恒定流非均匀流渐变流在均匀流和渐变流过水断面上,压强分布满足:(二)液体运动基本方程急变流1.恒定总流连续方程v1A1=v2A2,Q=vA利用连续方程,已知流量可以求断面平均流速,或者通过两断面间的几何关系求断面平均流速。2.恒定总流能量方程J=—水力坡度,表示单位长度流程上的水头损失。能量方程是应用最广泛的方程,能量方程中的最后一项hw是单位重量液体从1断面流到2断面的平均水头损失(1)能量方程应用条件:恒

5、定流,只有重力作用,不可压缩渐变流断面,无流量和能量的出入(2)能量方程应用注意事项:三选:选择统一基准面便于计算选典型点计算测压管水头:选计算断面使未知量尽可能少(压强计算采用统一标准)(3)能量方程的应用:它经常与连续方程联解求:断面平均流速,管道压强,作用水头等。文丘里流量计是利用能量方程确定管道流量的仪器。毕托管则是利用能量方程确定明渠(水槽)流速的仪器。当需要求解水流与固体边界之间的作用力时,必须要用到动量方程,3.恒定总流动量方程∑Fx=ρQ(β2v2x-β1v1x)投影形式∑Fy=ρQ(β2v2y-β1v1y)∑Fz=ρQ(β2v2z

6、-β1v1z)β—动量修正系数,一般取β=1.0式中:∑Fx、∑Fy、∑Fz是作用在控制体上所有外力沿各坐标轴分量的合力,V1i,V2i是进口和出口断面上平均流速在各坐标轴上投影的分量。动量方程的应用条件与能量方程相似,恒定流和计算断面应位于渐变流段。动量方程应用注意事项:动量方程是矢量方程,要建立坐标系。(所建坐标系应使投影分量越多等于0为好,这样可以简化计算过程。)b)流速和力矢量的投影带正负号。(当投影分量与坐标方向一致为正,反之为负)c)流出动量减去流入动量。d)正确分析作用在水体上的力,一般有重力、压力和边界作用力(作用在水体上的力通常有

7、重力、压力和边界作用力)e)未知力的方向可以任意假设。(计算结果为正表示假设正确,否则假设方向与实际相反)通常动量方程需要与能量方程和连续方程联合求解。4.量纲分析第3章流态与水头损失水头损失以及与水头损失有关的液体的流态。(一)水头损失的计算方法总水头损失:hw=∑hf+∑hj沿程水头损失:达西公式圆管λ—沿程水头损失系数R—水力半径圆管局部水头损失ζ—局部水头损失系数从沿程水头损失的达西公式可以知道,要计算沿程水头损失,关键在于确定沿程水头损失系数λ。而λ值的确定与水流的流态和边界的粗糙程度密切相关。(二)液体的两种流态和判别(1).液体的两种

8、流态:雷诺实验层流—液体质点互相不混掺的层状流动hf∝V1.0紊流—存在涡体质点互相混掺的流动hf∝V1.75-2当流速比

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