流體力學(xué)重點(diǎn)概念總結(jié)

1、第一章 第一章 緒論 緒論液體和氣體統(tǒng)稱流體 流體，流體的基本特性 是具有流動(dòng)性。 表面力 表面力是通過直接接觸，作用在所取流 體表面上的力。 質(zhì)量力 質(zhì)量力是作用在所取流體體積內(nèi)每個(gè)質(zhì) 點(diǎn)上的力，因力的大小與流體的質(zhì)量成 比例，故稱質(zhì)量力（重力是最常見的質(zhì) 量力） 。 慣性 慣性是物體保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)， 改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，都必須克服慣性 的作用。表示慣性大小的物理量是質(zhì) 量，質(zhì)量愈大，慣性愈大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)愈 難以改變。 密度

2、密度：單位體積的質(zhì)量，以符號(hào)ρ表示。 （單位：kg/m3） 。流體的流動(dòng)性： 流體的流動(dòng)性：流體具有易流動(dòng)性，不 能維持自身的形狀，即流體的形狀就是 容器的形狀。流體在靜止時(shí)不能承受剪 切力，任何微小的剪切力作用，都使流 體流動(dòng)，這就是流動(dòng)性的力學(xué)解釋。 粘性 粘性是流體的內(nèi)摩擦特性，或者說是流 體阻抗剪切變形速度的特性。在簡單剪 切流動(dòng)的條件下，流體的內(nèi)摩擦力符合 牛頓內(nèi)摩擦定律。 牛頓平板實(shí)驗(yàn) 平板實(shí)驗(yàn)。上平板帶動(dòng)粘附在板上 的流層

3、運(yùn)動(dòng)，而能影響到內(nèi)部各流層運(yùn) 動(dòng)，表明內(nèi)部相鄰流層之間存在著剪切 力，即內(nèi)摩擦力，這就是粘性的表象。 因此說粘性是流體內(nèi)摩擦特性。 牛頓內(nèi)摩擦定律 牛頓內(nèi)摩擦定律:T= :T=μA(du/dy) A(du/dy)【流體的 內(nèi)摩擦力 T 與流速梯度（U/h）=(du/dy) 成比例，與流層的接觸面積 A 成比例， 與流體的性質(zhì)有關(guān)，與接觸面上的壓力 無關(guān)。 】[動(dòng)力 動(dòng)力]粘度 粘度 ?：反映流體粘性大小的系 數(shù)，單位：Pa.s，? 值越

4、大，流體越 粘，流動(dòng)性越差。 運(yùn)動(dòng)粘度 運(yùn)動(dòng)粘度 ?：ν=μ/ρ。 液體的粘度隨溫度升高而減小，氣體的 粘度卻隨溫度的升高而增大。其原因是 液體分子間的距離很小，分子間的引力 即內(nèi)聚力是形成粘性的主要因素，溫度 升高，分子間距離增大，內(nèi)聚力減小， 粘度隨之減?。粴怏w分子間距離遠(yuǎn)大于 液體，分子熱運(yùn)動(dòng)引起的動(dòng)量交換是形 成粘性的主要因素，溫度升高，分子熱 運(yùn)動(dòng)加劇，動(dòng)量交換加大，粘度隨之增 大。 無粘性流體 無粘性流體，是指粘性，即μ=0

5、 的液 體。無粘性流體實(shí)際上是不存在的，它 是一種對(duì)物理性質(zhì)進(jìn)行簡化的力學(xué)模 型。 壓縮性 壓縮性是流體受壓，分子間距離減小， 體積縮小的性質(zhì)。 膨脹性 膨脹性是流體受熱，分子間距離增大， 體積增大的性質(zhì)。第二章 第二章 流體靜力學(xué) 流體靜力學(xué)靜止流體中應(yīng)力具有以下兩個(gè)特性 靜止流體中應(yīng)力具有以下兩個(gè)特性: 1.應(yīng)力的方向沿作用面的內(nèi)法線方向； 2.靜壓強(qiáng)的大小與作用面方位無關(guān)。 流體平衡微分方程物理意義： 流體平衡微分方程物理意義：

6、微元流團(tuán) 在 x, y, z 三個(gè)方向上均不發(fā)生移動(dòng)的條 件是微元流團(tuán)上的表面力和質(zhì)量力在三 個(gè)方向上的合力均為零。 液體靜力學(xué)基本方程 液體靜力學(xué)基本方程: P=Po+pgh P=Po+pgh 。等壓面 等壓面：流體中壓強(qiáng)相等的空間點(diǎn)構(gòu)成 的面（平面或曲面） ，例如液體的自由液 面就是一個(gè)等壓面。 絕對(duì)壓強(qiáng) 絕對(duì)壓強(qiáng)是以沒有氣體分子存在的完全 真空為基準(zhǔn)起算的壓強(qiáng)，以符號(hào) Pabs 表 示；相對(duì)壓強(qiáng) 相對(duì)壓強(qiáng)是以當(dāng)?shù)卮髿鈮簽榛鶞?zhǔn)

7、起 算的壓強(qiáng) ，以符號(hào) P 表示。絕對(duì)壓強(qiáng)和 相對(duì)壓強(qiáng)之間，相差一個(gè)當(dāng)?shù)卮髿鈮海琜 P=Pabs P=Pabs—Pa Pa（當(dāng)?shù)卮髿鈮海.真空度 真空度是指絕對(duì)壓強(qiáng)不足當(dāng)?shù)卮髿鈮旱?差值，即相對(duì)壓強(qiáng)的負(fù)值，以符號(hào) Pv 表 示。[ Pv=Pa-Pabs= Pv=Pa-Pabs= - P ]測(cè)壓管水頭：以測(cè)壓管水面到基準(zhǔn)面的 高度表示的單位重量水的總勢(shì)能。Z + P/ P/ρg = C (C (C 為常數(shù) 為常數(shù))Z : 該點(diǎn)位置相

8、對(duì)于基準(zhǔn)面的高度；p : 該點(diǎn)的相對(duì)壓強(qiáng) (pa)。ρg : 液體的容 重（N/m3）；P/ρg : 壓強(qiáng)水頭高度。 壓力體體積的組成： 壓力體體積的組成：（1）受壓曲面本 身；（2）通過曲面周圍邊緣所作的面； （3）自由液面或自由液面的延伸。 壓力體的種類： 壓力體的種類：實(shí)壓力體、虛壓力體、 壓力體疊加。實(shí)壓力體 Pz 方向向下；虛 壓力體 Pz 方向向上。 第三章 第三章 流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)拉格朗日法： 拉格朗日法：

9、是以流場(chǎng)中每一流體質(zhì)點(diǎn) 作為描述對(duì)象的方法，它以流體個(gè)別質(zhì) 點(diǎn)隨時(shí)間的運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)，通過綜合足夠 多的質(zhì)點(diǎn)（即質(zhì)點(diǎn)系）運(yùn)動(dòng)來確定整個(gè) 流體的流動(dòng)-- 質(zhì)點(diǎn)系法。 歐拉法 歐拉法：是以流體質(zhì)點(diǎn)流經(jīng)流場(chǎng)中各空 間點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)即以流場(chǎng)作為描述對(duì)象研究 流動(dòng)的方法— 流場(chǎng)法。 流體質(zhì)點(diǎn)的加速度（流速對(duì)時(shí)間求導(dǎo)） 流體質(zhì)點(diǎn)的加速度（流速對(duì)時(shí)間求導(dǎo)） 有兩部分組成： 有兩部分組成： 1）時(shí)變加速度（當(dāng)?shù)丶铀俣龋?）時(shí)變加速度（當(dāng)?shù)丶铀俣龋鲃?dòng)過 程中流

10、場(chǎng)由于速度隨時(shí)間變化而引起的 加速度； 2）位變加速度（遷移加速度） ）位變加速度（遷移加速度）—流動(dòng)過 程中流場(chǎng)中速度分布不均，因位置變化 而引起的加速度。 在恒定流中，流場(chǎng)中任意空間點(diǎn)的運(yùn)動(dòng) 要素不隨時(shí)間變化，所以時(shí)變加速度等 于零；在均勻流中，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度不隨 空間位置變化，所以位變加速度等于 零。 流體運(yùn)動(dòng)中的基本概念： 流體運(yùn)動(dòng)中的基本概念： ⑴、恒定流與非恒定流；⑵、一元流、二元流與三元流 》 》 》一元 流:流體在一個(gè)方向

11、流動(dòng)最為顯著，其余 兩個(gè)方向的流動(dòng)可忽略不計(jì)，即流動(dòng)流 體的運(yùn)動(dòng)要素是一個(gè)空間坐標(biāo)的函數(shù)。 二元流 :流體主要表現(xiàn)在兩個(gè)方向的流 動(dòng)，而第三個(gè)方向的流動(dòng)可忽略不計(jì)， 即流動(dòng)流體的運(yùn)動(dòng)要素是二個(gè)空間坐標(biāo) （不限于直角坐標(biāo)）函數(shù)。三元流 :流 動(dòng)流體的運(yùn)動(dòng)要素是三個(gè)空間坐標(biāo)函 數(shù)。 流線的概念 流線的概念：是表示某一瞬時(shí)流體各點(diǎn) 流動(dòng)趨勢(shì)的曲線，曲線上任一點(diǎn)的切線 方向與該點(diǎn)的流速方向重合。流線是歐 拉法描述流體運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)。圖為流線譜 中顯

12、示的流線形狀。 流線的性質(zhì)： 流線的性質(zhì)： （1） 、恒動(dòng)流動(dòng)中流線形狀不隨時(shí)間變 化，而且流體質(zhì)點(diǎn)的跡線和流線重合； （2） 、流線一般也不能是折線，而是一 條光滑的曲線或直線。實(shí)際流場(chǎng)中除駐 點(diǎn)和奇點(diǎn)外流線不能相交，不能突然轉(zhuǎn) 折。 跡線的定義： 跡線的定義：是指流體質(zhì)點(diǎn)在一段時(shí)間 的運(yùn)動(dòng)軌跡線。 流管 流管：某時(shí)刻，在流場(chǎng)內(nèi)任意作一封閉 曲線（不是流線） ，通過該封閉曲線的每 一點(diǎn)作流線，這些無數(shù)流線所組成的管 狀的假想表面

13、。 性質(zhì)：不能相交 ，流體質(zhì)點(diǎn)不能穿過流 管表面。在定常時(shí)，形狀和位置不隨時(shí) 間變化而變化。非定常時(shí)，形狀和位置 可能隨時(shí)間變化而變化。 流管內(nèi)的全部流體為流束 流束。流束的極限 是一條流線。極限近于一條流線的流束 為微元流束。 流束中處處與速度方向相垂直的橫截面 稱為該流束的過流斷面 過流斷面。元流 元流是過流斷面無限小的流束，其幾何 特征與流線相同。 把流管取在運(yùn)動(dòng)液體的邊界上，則邊界 內(nèi)整股液流的流束稱為總流 總流。單位時(shí)間內(nèi)通過

14、某一過流斷面的流體量 稱為該斷面的流量。 流量。過流斷面上各點(diǎn)的流速是不相同的，所 以常采用一個(gè)平均值來代替各點(diǎn)的實(shí)際 流速，稱斷面平均流速。 斷面平均流速。 總流能量方程（即伯努利方程）在推導(dǎo) 總流能量方程（即伯努利方程）在推導(dǎo) 過程中的限制條件 過程中的限制條件: （1）恒定流動(dòng)；（2）質(zhì)量力只有重 力；（3）不可壓縮流體（以上條件引自 粘性流體元流的伯努力方程） ；（4）所 取過流斷面為漸變斷面；（5）兩斷面無 分流和匯流。

15、 元流的伯努利方程的物理意義與幾何意 元流的伯努利方程的物理意義與幾何意 義: z: 是元流過流斷面上單位重量流體從 某一基準(zhǔn)面算起所具有的位能，稱單位 位能。p/ρg : 是元流過流斷面上單位重 量流體所具有的壓能，稱單位壓能。 z+p/ z+p/ρg: 是元流過流斷面上單位重量流 體從某一基準(zhǔn)面算起所具有勢(shì)能，稱單 位勢(shì)能。u 2/ 2g 是元流過流斷面上單位 重量流體所具有的動(dòng)能稱單位動(dòng)能。 （1）物理意義： ）物

16、理意義：1）元流各過流斷面上 單位重量流體所具有的機(jī)械能（位能、 壓能、動(dòng)能之和）沿流程保持不變；2） 也表示了元流在不同過流斷面上單位重 量流體所具有的位能、壓能、動(dòng)能之間 可以相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系。（2）幾何意義： ）幾何意義：1）元流各過流斷面上 總水頭 H(位置水頭、壓強(qiáng)水頭、速度水 頭之和)沿流程保持不變。2）也表示了 元流在不同過流斷面上位置水頭、壓強(qiáng) 水頭、速度水頭之間可以相互轉(zhuǎn)化的關(guān) 系。z -是位置水頭； 是位置水頭；p/ρ

17、g -是壓強(qiáng)水 是壓強(qiáng)水頭； 頭；z+p/ z+p/ρg -是測(cè)壓管水頭； 是測(cè)壓管水頭；u 2/ 2g -是速度水頭。 是速度水頭。 微元控制體是在流場(chǎng)中劃定的微小空間 區(qū)域，形狀、位置均固定不變，而流體 可以不受影響地通過。 連續(xù)性方程 連續(xù)性方程是不涉及作用力的運(yùn)動(dòng)學(xué)方 程，對(duì)無粘性流體或粘性流體都適用。 總流的連續(xù)性方程 總流的連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒原理的流 體力學(xué)表達(dá)式（總流積分形式） ，是控制 總流運(yùn)動(dòng)的基本方程之一。 在非均

18、勻流 非均勻流中，流線的曲率很小，流線 間的夾角也很小的流動(dòng)，即流線近似于 平行直線的流動(dòng)是非均勻漸變流，否則 是急變流。第四章 第四章 流動(dòng)阻力和水頭損失 流動(dòng)阻力和水頭損失產(chǎn)生流動(dòng)阻力和能量損失的根源：流體 產(chǎn)生流動(dòng)阻力和能量損失的根源：流體 的粘性和紊動(dòng)。 的粘性和紊動(dòng)。 水頭損失產(chǎn)生的原因：一是流體具有粘 水頭損失產(chǎn)生的原因：一是流體具有粘 滯性 滯性;二是流動(dòng)邊界的影響。 二是流動(dòng)邊界的影響。在邊界沿程無變化（邊壁形狀、尺寸、

19、 過流方向均無變化）的均勻流段上，產(chǎn) 生的流動(dòng)阻力稱為沿程阻力或摩擦阻 力。由于沿程阻力做功而引起的水頭損 失稱為沿程水頭損失。 沿程水頭損失。 在邊界沿程急劇變化，流速分布發(fā)生變 化的局部區(qū)段上，集中產(chǎn)生的流動(dòng)阻力 稱為局部阻力。由于局部阻力引起的水 頭損失稱為局部水頭損失。 局部水頭損失。發(fā)生在管道 入口、異徑管、彎管、三通、閥門等管 件處的水頭損失，都是局部水頭損失。 局部水頭損失 局部水頭損失產(chǎn)生原因：（1）存在主流 和固體壁面

20、脫離的漩渦區(qū)；（2）斷面流 速重新分布。 層流： 層流：亦稱片流，是指流體質(zhì)點(diǎn)不互相 混雜，流體質(zhì)點(diǎn)作有條不紊的有序的直 線運(yùn)動(dòng)。 紊流 紊流（湍流）：是指隨流速增 大，流層逐漸不穩(wěn)定，質(zhì)點(diǎn)相互混摻， 流體質(zhì)點(diǎn)沿很不規(guī)則無序的路徑運(yùn)動(dòng)。 雷諾數(shù)的物理意義：為什么 雷諾數(shù)的物理意義：為什么 Re Re 可以判別 可以判別水流流動(dòng)型態(tài)？ 水流流動(dòng)型態(tài)？ Re 反映了慣性力與粘性 力的對(duì)比關(guān)系。若 Re 較小，反映出粘性 力的作用

21、大，粘性力作用對(duì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)起 控制作用，質(zhì)點(diǎn)呈現(xiàn)有秩序的線狀運(yùn) 動(dòng)，為層流。當(dāng)流動(dòng)的雷諾數(shù)逐漸增大 時(shí)，粘性力對(duì)流動(dòng)的控制也隨之減小， 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)失去控制時(shí)，層流即失去了穩(wěn) 定，由于外界的各種原因，如邊界上的 高低不平等因素，慣性作用將使微小的 擾動(dòng)發(fā)展擴(kuò)大，形成湍流。 在理想流體 里，因?yàn)闆]有粘性的作用，所以無所謂 層流和湍流。所以雷諾數(shù)可以用來判別 流動(dòng)型態(tài)。 【慣性力↑，動(dòng)能↑，粘性力 ↓，則呈湍流；慣性力↓，動(dòng)能↓，粘 性力↑，則呈

22、層流。 】 == ==尼古拉滋實(shí)驗(yàn) 尼古拉滋實(shí)驗(yàn)== ==實(shí)驗(yàn)?zāi)康模貉芯垦爻套枇ο禂?shù)λ與雷諾 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模貉芯垦爻套枇ο禂?shù)λ與雷諾 數(shù) Re Re 和管壁相對(duì)粗糙度 和管壁相對(duì)粗糙度 Ks/d Ks/d 之間的關(guān) 之間的關(guān)系，揭示λ的變化規(guī)律。 系，揭示λ的變化規(guī)律。 第 1 區(qū)——層流區(qū)， ?=f(Re) 。 ?=64/Re，沿程損失與流速的一次方程正 比。 第 2 區(qū)——層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯倪^渡區(qū)。 ?=f(Re) ，范圍較小，一般按

23、水力光滑 區(qū)處理。 第 3 區(qū)——水力光滑管區(qū)。紊流狀態(tài)， Re>3000, ?=f(Re) ，水頭損失與流速的 1.75 次方成比例。 第 4 區(qū)——由“光滑管區(qū)”轉(zhuǎn)向“粗糙 管區(qū)”的紊流過渡區(qū)，?=f(Re, ?/d) 。 第 5 區(qū)——水力粗糙管區(qū)或阻力平方 區(qū)。 ?=f（?/d） ，水流處于發(fā)展完全的 紊流狀態(tài)，水流阻力與流速的平方成正 比，故又稱阻力平方區(qū)。 壓差阻力： 壓差阻力：指流體繞曲面體或具有銳緣 棱角的物體流

24、動(dòng)時(shí)，附面層要發(fā)生分 離，從而產(chǎn)生旋渦所造成的阻力。這種 阻力與物體形狀有關(guān)，故稱為壓差阻 力。 繞流阻力： 繞流阻力：細(xì)長流線型物體，以平板為 例，繞流阻力主要由摩擦阻力（Df）來 決定，阻力系數(shù)與雷諾數(shù)有關(guān)；鈍頭曲 面物體，以圓柱和圓球?yàn)槔?，繞流阻力 既與摩擦阻力有關(guān)，又與壓差阻力有 關(guān)。在低雷諾數(shù)時(shí)，主要為摩擦阻力， 阻力系數(shù)與雷諾數(shù)有關(guān)。在高雷諾數(shù) 時(shí)，主要為壓差阻力（Dp） 。 【D= Df+ Dp】第五章 第五章 孔口、

25、管嘴出流和有壓管流 孔口、管嘴出流和有壓管流有壓管流： 有壓管流：管道中流體在壓力差作用下 的流動(dòng)。 有壓管道： 有壓管道：輸送有壓液流的管道。 有壓恒定管流： 有壓恒定管流：當(dāng)管流的所有運(yùn)動(dòng)要素 均不隨時(shí)間變化的管流。 有壓非恒定管流： 有壓非恒定管流：管流的運(yùn)動(dòng)要素隨時(shí) 間變化的管流。 容器壁上開孔，水經(jīng)孔口流出的水力現(xiàn) 象稱為孔口出流。 孔口出流。 孔口的分類：當(dāng)孔口的直徑 d（或高度 e）與孔口形心在水面下的深度 H 相比很 小

26、，如 d«H/10 時(shí)，可認(rèn)為孔口斷面上的 各點(diǎn)水頭相等，這樣的孔口稱為小孔 小孔口；當(dāng) d>10/H 時(shí)，應(yīng)考慮不同高度上的 水頭不等，這樣的孔口是大孔口 大孔口。 水由孔口流入大氣中稱為自由出流。 自由出流。 若 經(jīng)孔口流出的水流不是進(jìn)入空氣，而是 流入下游水體中，致使孔口淹沒在下游 水面之下，這種情況稱為淹沒出流 淹沒出流。 按孔口作用水頭（或壓力）的穩(wěn)定與否 分：恒定出流： 恒定出流：當(dāng)孔口出流時(shí)，水箱中 水量如

27、能得到源源不斷的補(bǔ)充，從而使 孔口的水頭不變，此時(shí)的出流稱為恒定 出流。非恒定出流： 非恒定出流：當(dāng)孔口出流時(shí)，水 箱中水量得不到補(bǔ)充，則孔口的水頭不 斷變化，此時(shí)的出流稱為非恒定出流。 在孔口上對(duì)接長度為 3～4 倍孔徑的短 管，水通過短管并在出口斷面滿流出的 水力現(xiàn)象稱為管嘴出流 管嘴出流。短管 短管是有壓管道的基本型，其水頭損失 包括沿程水頭損失和局部水頭損失。 虹吸現(xiàn)象： 虹吸現(xiàn)象：虹吸現(xiàn)象是液態(tài)分子間引力 與位能差所造成的，即

28、利用水柱壓力 差，使水上升后再流到低處。由于管口 水面承受不同的大氣壓力，水會(huì)由壓力 大的一邊流向壓力小的一邊，直到兩邊 的大氣壓力相等，容器內(nèi)的水面變成相 同的高度，水就會(huì)停止流動(dòng)，利用紅吸 現(xiàn)象很快就可將容器內(nèi)的水抽出。 長管： 長管：指管道中以沿程水頭損失為主， 局部水頭損失和流速水頭所占比重小， 可以忽略的管道。長管是管道的簡化模 型。 水擊現(xiàn)象 水擊現(xiàn)象：在管道系統(tǒng)中，當(dāng)某種外界 因素（閘閥急速開啟或關(guān)閉，水泵的開 停機(jī)）使管

29、道流速發(fā)生變化時(shí)，從而引 起管道中壓強(qiáng)交替升降，壓力波在管道 中的傳播，產(chǎn)生水力沖擊的現(xiàn)象。 直接水擊： 直接水擊：當(dāng)關(guān)閉閥門時(shí)間小于或等于 一個(gè)相長時(shí)，最早由閥門處產(chǎn)生的向上 傳播而后又反射回來的減壓順行波，在 閥門全部關(guān)閉時(shí)還未到達(dá)閥門斷面，在 閥門斷面處產(chǎn)生的可能最大水擊壓強(qiáng)將 不受其影響，這種水擊稱直接水擊。 間接水擊： 間接水擊：當(dāng)關(guān)閉閥門時(shí)間大于一個(gè)相 長時(shí)，從上游反射回來的減壓波會(huì)部分 抵消水擊增壓，使閥門斷面處不致達(dá)到

30、最大的水擊壓強(qiáng)，這種水擊稱為間接水 擊。 圓柱形外管嘴的正常工作條件是： 圓柱形外管嘴的正常工作條件是：①作 用水頭 H。«9m；②管嘴長度 l=（3～4） d 。 ■水擊產(chǎn)生的因素 ■水擊產(chǎn)生的因素：水流慣性，水體壓 縮性，管壁彈性是引起水擊現(xiàn)象的力學(xué) 因素。水擊破壞 水擊破壞：水擊產(chǎn)生的高壓會(huì)導(dǎo)致輸送管道破裂，閘門等管道裝置損 壞；水泵與電機(jī)的損壞；水擊引起的低 壓，產(chǎn)生真空，使薄壁鋼管由失穩(wěn)而扭 曲，管中水體汽化發(fā)生斷流

31、，引起彌合 水擊 防止水擊危害的措施： 防止水擊危害的措施： 1、限制流速； 2、控制閥門關(guān)閉或開啟時(shí)間； 3、縮短管道長度，采用彈性模量想、較 小材質(zhì)的管道； 5、設(shè)置安全閥，進(jìn)行水擊過載保護(hù)。第六章 第六章 明渠流動(dòng) 明渠流動(dòng)明渠流動(dòng) 明渠流動(dòng)是水流的部分周界與大氣接 觸，具有自由表面的流動(dòng)。由于自由表 面上相對(duì)壓強(qiáng)為零，所以又稱為無壓流 動(dòng)。明渠是一種具有自由表面(表面上各 點(diǎn)受大氣壓強(qiáng)的作用)水流的渠道。根據(jù) 它的形成可分為天

32、然明渠和人工明渠。 前者如天然河道；后者如人工輸水渠 道、運(yùn)河及未充滿水流的管道等。 明渠流動(dòng)的特點(diǎn)： 明渠流動(dòng)的特點(diǎn)： 1、明渠流動(dòng)具有自由表面，沿程各斷面 的表面壓強(qiáng)都是大氣壓，重力對(duì)流動(dòng)起 主導(dǎo)作用。 2、明渠底坡的改變對(duì)斷面的流速和水深 有直接影響。 3、明渠局部邊界的變化，如設(shè)置控制裝 備渠道形狀和尺寸的變化，改變底坡 等，都會(huì)造成水深在很長的流程上發(fā)生 變化。 斷面形狀、尺寸沿程不變的長直渠道稱 為棱柱形渠道 棱柱形渠道。

33、渠道的連接過渡段是典型的非棱柱形渠 道，天然河道的斷面不規(guī)則，都屬于非 棱柱形渠道 棱柱形渠道。 明渠均勻流 明渠均勻流是明渠流動(dòng)最簡單的形式。 底坡 底坡 i——渠道底部沿程單位長度的降 低值。平坡：i=0；正坡：i>0；逆坡： i0)； 3）渠道中沒有建筑物的局部干擾； 4）明渠中的水流必須是恒定的，沿程無 水流的匯入、匯出，即流量不變。 明渠均勻流的特征： 明渠均勻流的特征： 1）過水?dāng)嗝娴男螤詈统叽?、斷面平均?速、流量

34、和水深沿程不變。 2）總水頭線、測(cè)壓管水頭線（水面坡 度）和渠底線互相平行 水力最優(yōu)斷面 水力最優(yōu)斷面：明渠的輸水能力取決于 底坡 i、渠壁的粗糙系數(shù) n 及過水?dāng)嗝?A 的大小及形狀。通常，i 的大小隨當(dāng)?shù)?的地形而定，n 則取決于所選的渠壁材 料。因此，渠道的 Q 僅取決于 A 的大小 及形狀 R。而在底坡 i、粗糙系數(shù) n 和過 流面積 A 一定的條件下，能使渠道的輸 水能力最大的斷面形狀稱為水力最優(yōu)斷 面。 臨界流速﹠弗勞德數(shù)：

35、 臨界流速﹠弗勞德數(shù)：緩流: vvc, Fr>1。 臨界底坡： 臨界底坡：緩坡——i?ic，均勻流是緩 流 hO?hc；臨界坡——i=ic，均勻流是 臨界流 hO=hc；陡坡或稱急坡—— i>ic，均勻流是急流 hOV>Vmin Vmax>V>Vmin 。 水躍： 水躍：是明渠水流從急流狀態(tài)（水深小 于臨界水深）過渡到緩流狀態(tài)（水深大 于臨界水深）時(shí)，水面驟然躍起的急變 現(xiàn)象。 水跌： 水跌：是明渠水

36、流從緩流過渡到急流， 水面急劇降落的局部水力現(xiàn)象。常見于 渠道底坡由緩坡突然變?yōu)槎钙禄蛳掠吻?道斷面形狀突然改變處。第七章 第七章 堰流 堰流堰流 堰流是明渠緩流由于流動(dòng)邊界急劇變化 而引起的明渠急變流現(xiàn)象。 在緩流中，為控制水位和流量而設(shè)置的 頂部溢流的障壁稱為堰，水經(jīng)堰頂溢流 的水力現(xiàn)象稱為堰流 堰流。堰頂溢流的水流情況，隨堰頂厚度 堰頂溢流的水流情況，隨堰頂厚度δ與 δ與堰上水頭 堰上水頭 H 的比值不同而異，按 的比值不同而異，

37、按δ/H 比值將分為三類： 值將分為三類：1、當(dāng)δ/H10 時(shí)，因沿程損失不能忽略，故是明 渠，而不是堰。 寬頂堰的自由出流條件： 寬頂堰的自由出流條件：由實(shí)驗(yàn)知，當(dāng) 4<d/H<10 時(shí)：水流在進(jìn)口以后的不遠(yuǎn)處 形成一收縮水深 h2，則 h2<hk，在此之 后形成的流線近似平行于堰頂?shù)臐u變 流，水面在堰尾再下降。第八章 第八章 滲流 滲流流體在孔隙介質(zhì)中的流動(dòng)稱為滲流 滲流。水 在土孔隙中的流動(dòng)，即地下水流動(dòng)，是 自

38、然界最常見的滲流現(xiàn)象。滲流理論在 水利、土建、給水排水、環(huán)境保護(hù)、地 質(zhì)、石油、化工等許多領(lǐng)域都有廣泛的 應(yīng)用。 滲流的分類： 滲流的分類：1）按參數(shù)隨時(shí)間變化分： 恒定和非恒定滲流；2）按參數(shù)沿流程變 化分：均勻和非均勻滲流；3）按參數(shù)的 自變量個(gè)數(shù)：一元、二元、三元滲流； 4）按有無自由水面分：無壓和有壓滲 流；5）按水頭損失與流速的關(guān)系分：線 性和非線性滲流== ==達(dá)西定律 達(dá)西定律== ==達(dá)西定律的適用范圍：1）恒定均勻滲

39、流；2）線性滲流（流速與水頭損失的一 次方成正比） 《《《u = kJ 必須指出，并 非所有滲流都是線性滲流。 判別雷諾數(shù)為:Re=vd/ν≤1～10,為安全 起見，取雷諾數(shù) Re≤1。 在地表下面潛水含水層中開鑿的井，稱 為普通井或潛水井 普通井或潛水井。含水層位于兩個(gè)不 透水層之間，頂面的壓強(qiáng)大于大氣壓 強(qiáng)，這樣的水層是承壓含水層，汲取承 壓地下水的井，稱為承壓井或自流井 承壓井或自流井。 井管貫穿整個(gè)含水層，井底直達(dá)不透水 層的井

40、稱為完全井 完全井（完整井） 。井底未達(dá) 到不透水層的井稱為非完全井 非完全井。第九章 第九章 量綱分析和相似原理 量綱分析和相似原理將一個(gè)物理導(dǎo)出量用若干個(gè)基本量的冪 之積表示出來的表達(dá)式，稱為該物理量 的量綱乘積式或量綱式，簡稱量綱 量綱。在量綱和諧原理基礎(chǔ)發(fā)展起來的量綱分 析法有兩種：瑞利法和∏定理 瑞利法和∏定理。流體力學(xué)相似擴(kuò)展為以下四方面： 流體力學(xué)相似擴(kuò)展為以下四方面：1、幾 何相似；2、運(yùn)動(dòng)相似；3、動(dòng)力相似； 4、邊