液流形态水头损失hxl.ppt

,考试时间:9周周一下午2:00考试地点:主楼428答疑时间:8周周四/周五下午 2：00-5：00答疑地点:中以楼A404,总水头线,测压管水头线,建立控制体的动量方程,X方向：,Y方向：,结论：水对支座的总推力与支座对水的作用力大小相等，方向相反，即。,2,3,1,1,3,2,0、绪论,0.1水力学的任务、研究对象和发展简史,液体与固体、气体的区别：（理解）固体：分子间距很小，内聚力很大，能保持固定的形状 和体积，能承受一定的拉力、压力和剪切力流体：分子间距较大，内聚力很小，几乎不能承受拉 力；在微小剪切力作用下，很容易发生变形或流 动，不能保持固定的形状。液体内聚力又比气体大得多，液体能保持固定的体 积，气体不能保持固定的体积。,0.2 液体的主要物理性质,惯性、质量与密度；万有引力特性、重力与容重；粘滞性（重点）（牛顿内摩擦定律、牛顿流体）；压缩性；表面张力量纲的概念基本量纲、导出量纲（掌握）,0.3 连续介质和理想液体的概念,连续介质假定液体质点之间没有空隙，液体质点连续充满所占的空间，其物理性质和运动要素都是连续分布的。（理解）理想液体把水看作是绝对不可压缩、不能膨胀、没有粘滞性、没有表面张力的连续介质。（理解）粘滞性是理想液体和粘滞液体最大的区别（重点）,0.4 作用于液体上的力（掌握）,表面力是作用于液体的表面上，并与受作用的表面面积成正比的力，如压力、粘滞力。质量力是指通过液体质量而起作用，其大小与质量成正比的力，如重力、惯性力。单位质量力,1、水静力学,1.1 静水压强及其特性,静水压力和静水压强的概念（掌握）静水压强的特性（掌握）及证明（理解）静水压强的方向与受压面垂直并指向受压面。（方向）作用于同一点上各方向的静水压强大小相等。（大小）,1.2 液体平衡微分方程与等压面,液体平衡微分方程的建立（理解）等压面的定义及特性（掌握）在相连通的同种液体中，由压强相等的各点所组成的面叫做等压面。等压面与质量力正交常见的等压面：水平面静止液体；自由表面；两种不同液体的交界面静止液体（掌握、应用）,1.3 重力作用下静水压强的分布规律,重力作用下水静力学基本方程（重点）压强的起算基准（2）（重点）绝对压强、相对压强、真空压强定义以及三者之间的关系压强的计量单位（掌握）应力、大气压强的倍数、液柱高,1.3 重力作用下静水压强的分布规律（续）,水头和单位势能（重点）压强的测量：测压管、U型水银测压计、差压计（掌握等压面应用）,1.5 作用于平面上的静水总压力（重点掌握计算矩形平面计算）,静水总压力的求解方法有图解法和分析法图解法（底边与液面平行的矩形平面）：分析法（任意平面）：压力中心 D 通常低于 面积形心 C,大小：方向：作用点：,内法线方向沿宽度方向在作用面的对称轴上，即b/2处，沿高度方向必在压强分布图的形心上。,P=Ap b,1.6 作用于曲面上的静水总压力（重点）,水平静水总压力竖直静水总压力,大小：方向：作用线：,与水平面的夹角,P,Pz,Px,通过PX 与PZ 的交点,Ax压力中心,压力体底面积 形心,2、液体运动的流速理论,2.1 描述液体运动的两种方法（理解）,拉格朗日法着眼于流体质点，跟踪质点描述其运动历程欧拉法着眼于空间点，研究质点流经空间各固定点的运动特性（是描述液体运动常用的一种方法）,2.2 液体运动的一些基本概念（掌握）,恒定流与非恒定流 恒定流各点运动要素都不随 时间变化的流动迹线与流线（流线的特性）流管、微小流束、总流和过水断面 流量和断面平均流速 一元流、二元流、三元流,2.2 液体运动的一些基本概念（续）,均匀流、非均匀流（渐变流、急变流）均匀流过水断面上的动水压强分布规律与静水压强分布规律相同，即在同一过水断面上各点测压管水头为一常数。急变流过水断面上的动水压强分布（定性分析）,2.3 恒定一元流连续性方程（重点）,2.4 实际液体恒定总流的能量方程式（重点）,适用条件：恒定流、质量力只有重力、均匀流（渐变流）断面,流程中途有能量H输入或输出：,2.4 实际液体恒定总流的能量方程式（续）,过水断面上单位重量的液体所具有的 平均位能，位置水头；,平均压能，压强水头；,平均动能，流速水头；,平均势能，测压管水头；,总机械能，总水头,总水头线和测压管水头线的绘制 选代表性的过水断面变径处；总水头线一定是一条逐渐下降的直线或曲线；测压管水头线可能是下降的，也可能是上升；D 不变，v 不变，总线测线；管路出口大气压强 p=0；对于河道、渠道中的均匀流或渐变流，水面线就是测压管水头线。,2.4 实际液体恒定总流的能量方程式（续）,2.5 实际液体恒定总流的动量方程式（重点）,注意点：矢量方程；相对压强；输出的动量减去输入的动量；动量修正系数通常=1,3、液流型态及水头损失,3.1 水头损失的物理概念及分类（掌握）,水头损失单位重量液体的机械能损失沿程水头损失局部水头损失某一流段的总水头损失：,3.2 液流边界几何条件对水头损失的影响,液流边界横向轮廓的形状和大小对水头损失的影响（理解）过水断面的水力要素：面积、湿周、水力半径（掌握）液流边界纵向轮廓水头损失的影响（理解）,边界纵向轮廓不同,均匀流,非均匀流,（沿程水头损失）,3.3 均匀流沿程水头损失与切应力的关系,均匀流沿程水头损失与切应力的关系（掌握）,对均匀流中任一流束,对管道,对宽浅明渠,3.3 均匀流沿程水头损失与切应力的关系（续）,达西公式（重点）,3.4 液体运动的两种型态,当流速较小时，各流层的液体质点是有条不紊地运动，互不混杂，这种型态的流动叫做层流。（掌握）当流速较大时，各流层的液体质点形成涡体，在流动过程中，互相混掺，这种型态的流动叫做紊流。（掌握）液流型态的判别下临界雷诺数（掌握）紊流形成的过程及条件：（理解）扰动波动(横向压差)力偶(旋转倾向)涡流 条件：涡体的形成；雷诺数达到一定数值,3.5 圆管中的层流运动及其沿程水头损失的计算（理解）,流速分布：,断面平均流速：,沿程水头损失：,沿程阻力系数：（掌握）,抛物型流速分布,3.6 紊流的特征,运动要素的时均概念（理解）紊流产生附加切应力（理解）紊流中存在粘性底层（重点）层流底层厚度随雷诺数的增加而减小 水力光滑面、过渡粗糙面、水力粗糙面紊动使流速分布均匀化（原因）（掌握）,3.7 沿程阻力系数的变化规律（掌握）,1当Re2000时，层流区，,2当2000Re4000时，过渡区，,3当Re4000时，,1）Re小时，水力光滑管，,2）Re稍大时，过度粗糙区，,3）Re大时，水力粗糙管，又称阻力平方区。,尼古拉兹试验：,3.8 计算沿程水头损失的经验公式谢齐公式（重点）,与达西公式的转换：,曼宁公式,巴甫洛夫斯基公式（可不记）,n为粗糙系数，简称糙率。水力半径单位均采用m。,这两个公式均依据阻力平方区紊流的实测资料求得，故只能适用于阻力平方区的紊流。,3.9 局部水头损失（重点）,局部水头损失系数,式中局部水头损失系数由试验测定，V为发生局部水头损失后或前的平均流速,4、孔口、管嘴和有压管中的恒定流,孔口出流：（理解）,管嘴出流：（理解）,4.1 有压管的定义及其分类（掌握）,有压管管道的整个横断面都充满了液体，管内不存在自由表面，管道周界上的各点均受到液体压强的作用按2类水头损失所占比例分类 长管、短管（定义、区分条件)按管道布置分类 简单管道、复杂管道,4.2 简单管道水力计算的基本公式（掌握）,自由出流淹没出流c(自由)=c(淹没)（管道布置情况一样时）总水头线和测压管水头线的绘制长管：,4.3 简单管道水力计算的基本类型（理解）,1）已知：l 管道布置；d 管径；H 作用水头 求Q？（同上）2）已知：l 管道布置，d 管径；Q 输水能力 求H？长管：短管：3）已知：l 管道布置，Q 输送流量 求：设计管道直径 D=?已知或未知总水头 H4）确定各断面的压强分布,4.4 简单管道水力计算特例（重点）,虹吸管 输水能力；最大安装高度倒虹吸 输水能力水泵管系 离心泵安装高度；扬程,4.5 复杂管道的水力计算（理解）,串联管道并联管道分叉管道,5、明渠恒定均匀流,5.1 明渠及明渠水流的定义,明渠是一种人工修建或自然形成的渠道。明渠中的水流称为明渠水流。它具有与大气相接触的自由表面，由于自由表面上各点的相对压强为零，所以也称为无压流。（掌握）,5.2 明渠的几何特性,明渠的横断面垂直于渠道中心线作铅垂面与渠底及渠壁的交线所包围的断面称为明渠的横断面。（理解）明渠过水断面的水力要素（以梯形断面为例）（掌握）棱柱体渠道和非棱柱体渠道的概念（理解）明渠底坡isin及其分类（掌握）：顺坡、平坡、逆坡,5.3 明渠均匀流的特性及其产生条件,明渠均匀流的特性：过水断面的形状、尺寸及水深沿程不变；（理解）过水断面上的流速分布、断面平均流速、动能修正系数及流速水头沿程不变；（理解）总水头线、水面线及底坡线相互平行，J=Jz=i；（掌握）水流方向上的重力分量与渠道边界的摩擦阻力相等，只能在正坡渠道才可能形成均匀流。（掌握）明渠均匀流产生的条件：（理解）恒定流；流量不变；棱柱体渠道；顺坡(i0)；渠道中无建筑物的局部干扰。,5.4 明渠均匀流的计算公式（重点）,5.5 水力最佳断面及允许流速,水力最佳断面定义（掌握）梯形水力最佳断面的宽深比为（理解）允许流速：不冲允许流速V；不淤流速V（理解）,5.6 明渠均匀流的水力计算（主要掌握流量计算）,以梯形断面为例：,