水力学考试复习题

第一章

1、水力学是研究液体平衡和运动规律及其工程应用的一门科学。

2、液体的基本特性：易流动性、不能承受拉力、均质液体。

3、液体的粘滞性：在运动状态下，液体具有抵抗剪切变形的能力。

4、液体的粘滞性是液体固有的物理性质之一。静止的液体，粘滞性不起作用。只有在运动状态下，液体的粘滞性才能表现出来。

5、动力粘滞系数μ和运动粘滞系数ν间的关系 νρμ=。

6、液体的粘滞系数随温度的升高迅速变小。

7、流体的粘滞性是流体分子间动量交换和内聚力作用的结果。

9、牛顿内摩擦定律：做直线运动的液体，相邻两液层间单位面积上的内摩擦力与流速梯度成正比，与液体的性质有关。表示为dy

du μτ= 。 10、液体的压缩性：液体受压后，体积缩小，压力撤出后，体积恢复的性质。

11、连续介质：在水力学中，认为液体的物理性质和运动要素在时间和空间上具有连续性。

12、液体作为连续介质看待，即假设液体是一种充满其所占据空间毫无空隙的连续体。

13、实际液体：可压缩、能膨胀、具有粘滞性、具有表面张力的液体。

理想液体：不可压缩、不能膨胀、没有粘滞性、没有表面张力的连续介质。其中，有无粘滞性是实际液体和理想液体最主要的差别。

14、?????????????摩擦力水压力表面力惯性力重力质量力作用在液体上的力

15、单位质量力m

F f = 第二章

1、水静力学的任务是研究液体的平衡规律及其工程应用。

2、液体的平衡状态有两种：静止、相对静止。

3、静水压强的特性：方向：垂直指向受压面；大小：同一点上各方向的静水压强的大小相等。

4、平衡液体微分方程： )(Zdz Ydy Xdx dp ++=ρ。该方程反映的物理意义是：平衡的液体中，空间点的静水压强的变化是单位质量力作用的结果。

5、等压面：液体中，由压强相等的点构成的面。等压面与质量力正交。

6、只受重力作用的静止液体，等压面为一水平面。

7、重力作用下静水压强基本公式：常数=+γp

z 或 h p p γ+=0

8、标准大气压atm p ：在国际单位制中，把101.325 kN/m 2称为一个标准大气压。

9、当地大气压a p ：由于大气压强随海拔高程变化，地球上不同地点的大气压强

值不同，此压强称为当地大气压。

10、工程大气压at p ：利用当地大气压强进行水力计算很不方便，为此，在水力

学中又提出了at p 的概念，取1at p =98kN/m 2。在水力计算中，均采用at p 。

11、绝对压强：以绝对真空状态作为零点计量的压强。

相对压强：以当地大气压a p 作为零点计量的压强。

12、绝对压强的计算公式：h p p abs γ+=0

相对压强的计算公式：at abs r p p p -=

13、当液体内某点的相对压强小于零时，称该点存在真空，其真空值为该点的相对压强的负值。真空压强的计算公式：abs at r V p p p p -=-=

14、真空压强（也称为负压）总是大于零的。

15、压强有三种表示方法：

（1）用应力表示，即N/m 2或kN/m 2。

（2）用液柱高度表示。

如，工程计算上，1at p =98kN/m 2=736mmHg 柱=10m 水柱。

（3）用大气压强at p 的倍数表示。

16、位置水头z ：液体内任意点至基准面的高差。

17、压强水头γp

或单位压能，也称为测压管高度。

18、测压管水头γp z + 或单位势能：测压管内的自由水面距离基准面的高差。

19、计算平面上的静水总压力的方法有两种：图解法、分析法。

20、图解法计算平面上的静水总压力：

① P 大小： A p b A P c p ?=?= ；

② P 方向：方向垂直指向受压面；

③ 作用点：

当压强分布图为矩形时，其形心点位于该矩形的2

1高度处；当压强分布图为三角形时，其形心点位于距离三角形的底边

3a 处；当压强分布图为梯形时，其形心点位于距离梯形的底边距离为H b a b a 33)2(++。

21、分析法计算平面上的静水总压力：

①大小：A p P c =

②方向：垂直指向受压面。

③作用点D 的位置（D x 、D y ）：A y I x c xy

D =，A

y I y y c xc c D += 22、作用在曲面上的静水总压力两个分力：x c x A p P =，V P z γ=。

z P 的方向取决于压力体的虚实。对实压力体，z P 方向向下；对虚压力体，z P 方向向上。

z P 的作用线通过压力体的体积形心。

23、掌握绘制相对静水压强分布图的方法。

24、绘制压力体时，要把握压力体由三个部分组围成：曲面本身；液面或液面的延长面；曲面的周边向液面或液面的延长面所做的铅垂平面。

第三章

1、研究液体运动的两种方法：拉格朗日法、欧拉法。

2、拉格朗日法：把液体运动看作是无数质点运动的总和，通过研究单个液体质点在不同空间点的运动情况，从而获得整个液体的运动规律。这种方法又称为质点系法。

3、欧拉法：通过研究各个液体质点通过固定空间的运动情况，从而获得整个流场空间的运动规律。

4、根据液体质点的运动要素是否随时间变化来划分恒定流与非恒定流。

恒定流：流场中各空间点的所有运动要素均不随时间变化的水流。即恒定流的运动要素仅随空间位置变化，不随时间变化。

非恒定流：流场中空间点的运动要素随时间变化的水流。即非恒定流的运动要素是时间和空间的函数。

5、迹线：单个液体质点在空间的运动轨迹。

流线：某一时刻在流场中绘制的一条曲线。曲线上各点切线的方向代表了同一时刻处于该点处的液体质点的运动方向。

6、流线的基本特性：

①同一时刻，流场中的各条流线不会相交。

②流线为一条光滑的曲线（即流线不能转折）。

③对恒定流，流线的形状不随时间变化，且流线与迹线重合；对非恒定流，流线具有瞬时性，不同瞬时流线各不相同，且流线与迹线不重合。

④流线分布的疏密程度反映流速的大小。密则大，疏则小。

⑤流线的形状总是尽可能接近边界的形状。

7、流管：在流场中，任取一个与水流速垂直的微小面，通过该微小面的周边上的所有流线围成的一个封闭的管状曲面。

8、微小流束（或称元流）：由流管包围的一束微小液流。

9、总流：任何一个实际的水流。

10、断面平均流速：?==A

udA A A Q V 1 11、按运动要素与空间坐标的关系，可把液流分为一元流、二元流和三元流。 一元流：运动要素仅随一个坐标变化的液流。

二元流：运动要素仅随二个坐标变化的液流。

三元流：运动要素随三个坐标变化的液流。。

12、恒定元流连续性方程：2211dA u dA u =

恒定总流连续性方程：21Q Q =或2211V A V A =

13、理想液体恒定元流的能量方程： =++g u p z 221

11γ

g u p z 22222++γ 实际液体恒定元流的能量方程：=++g

u p z 22111γw h g u p z '+++22222γ 实际液体恒定总流的能量方程 ：=++g V p z 22

111

1αγw h g V p z +++22

222

2αγ

14、根据流速的大小和方向是否随坐标位置变化来划分均匀流和非均匀流。 均匀流：流速的大小和方向不随坐标位置变化的流动。如，直径不变的直线管道中的水流。

非均匀流：流速的大小和方向随坐标位置变化的流动。根据流速变化的缓急程度将非均匀流划分渐变流和急变匀流。

15、均匀流的特性：

① 所有流线为相互平行的直线。

② 同一流线上，所有点的流速相同。

③ 过水断面为平面。过水断面平均流速和水深沿程不变。

④ 同一过水断面上，各点的测压管水头为常数。注意：不同断面测压管水头不同。

16、两种水力坡度：总水头线的水力坡度L h L H H J w

=-=2

1； 测压管水头线的测压管坡度L p z p z J p )()(2211γγ+

-+

=

17、有能量输入或输出时的能量方程：=±++m H g V p z 221

111αγw h g V p z +++22

222

2αγ

18、比托管测量点流速的原理：元流能量方程。

19、恒定总流动量方程的三个投影方向上的标量式：

∑=-x x x F V V Q )(1122ββρ；∑=-y y y F V V Q )(1122ββρ；z z z F V V Q ∑=-)(1122ββρ

第四章

1、水头损失：单位重量液体从某一断面流至另一断面过程中损失的机械能。

2、产生水头损失的内因是液体存在粘滞性，外因是固体边界壁的影响，使得液流流速的改变。

3、沿程水头损失f h ：固体边界壁的形状、尺寸沿程不变时出现的水头损失，或

认为均匀流和渐变流情况下的水头损失。

4、局部水头损失j h ：固体边界壁的形状、尺寸沿程变化时出现的水头损失。或

认为急变流情况下的水头损失。

5、雷诺提出了用临界雷诺数区别层流和紊流：水流的雷诺数大于临界雷诺数时，为紊流，反之为层流。有压圆管的临界雷诺数常取为2000。明渠、天然河道的临界雷诺数约为500。

6、圆管的雷诺数：νVd =Re ；明渠、天然河道雷诺数：ν

VR =Re 7、水力半径R ：χ

A R = 8、雷诺数的物理意义：水流的惯性力与粘滞力之比。

9、魏斯巴赫—达西公式g V d L h f 22λ= ，它是沿程水头损失计算的通用公式。适用于

层流与紊流，明渠流与管流。

10、圆管均匀层流的沿程水头损失与断面平均流速的一次方成正比。

紊流的水力粗糙区的沿程水头损失与断面平均流速的二次方成正比。

11、圆管层流的沿程阻力系数只与Re 有关，即Re

64=λ。

12、流速脉动：在恒定流中任取一个空间点，在不同的时间会有不同的液体质点以不同的流速通过该空间点，但在某一时刻，只有一个液体质点通过该空间点，此液体质点的瞬时速度即为该空间点的瞬时流速。瞬时流速随时间不断变化的现象称为流速脉动。

13、紊流中的层流底层：在紊流中，贴近固体边界壁的地方，由于流速梯度很大，液体与管壁间粘滞力较大，因此，在贴近固体边界壁的地方有一层极薄的层流层存在，该层称为层流底层（或称粘性底层） 。

14、管道边壁的粗糙度的表示方法 ：

绝对粗糙度?：采用人工加糙时，均匀沙粒的直径d 即为?。

当量粗糙度?：对实际工程管道（即自然加糙），通过沿程阻力系数试验，结合公式计算出的圆管的粗糙度。 相对粗糙度：d ?（或R

?）。

15、紊流的三个流区：根据固体边界壁绝对粗糙度与层流底层厚度相对大小不同，紊流被分成三种不同的流区：水力光滑区；水力粗糙区；水力过渡粗糙区。

16、尼古拉兹试验目的：研究紊流的沿程阻力系数的变化规律。

17、尼古拉兹试验结论：得出了沿程阻力系数的五个不同分区的规律，如下。（看图4-26）

18、舍齐公式（或称谢才公式）RJ c V =，曼宁公式611R n

c =

19、谢才公式与魏斯巴赫—达西公式是一致的。魏斯巴赫—达西公式适用于层流、紊流、明渠、管流，是一个通用公式。但谢才公式计算谢才系数时，因为引用糙率n 资料（见表4-2）多为紊流的水力粗糙区条件，因此，这限制了谢才公式只适用于明渠或管道的紊流的水力粗糙区（即阻力平方区）。

20、局部水头损失计算的统一公式g V h j 22

ζ= 第五章

1、有压管流：液体质点完全充满输水管道，没有自由水面存在。

2、短管：流速水头、局部水头损失、沿程水头损失都要考虑的管路。

3、长管：流速水头、局部水头损失可以忽略不计的管路。

4、长管分为四种：

简单管：直径和流量沿程不变，且无分支的管路。

串联管：由直径不同的简单管路串联而成的管路。

并联管：由简单管路并联而成的管路。

管网：由许多管路组成的复杂管路。管网分为树状管网和环状管网。

5、计算长管沿程水头损失常用的经验公式：222528SQ alQ lQ d

g l h f ===

πλ 6、串联管路水力计算公式：∑∑=2i i i f Q l a h ；

并联管路水力计算公式：222222111n n n Q l a Q l a Q l a == 。

第六章

1、明渠：人工渠道、天然河道、未充满水流的管道统称为明渠。

2、明渠流：在明渠中流动，具有显露在大气中的自由表面，水面上各点的压强

都等于大气压强。

3、明渠的底坡（或比降）L

z z i 21-= 4、棱柱形明渠：横断面形状、尺寸以及底坡都沿程不变的明渠。

非棱柱形明渠：横断面形状、尺寸、底坡只要有一个沿程变化的明渠。

5、明渠均匀流的特性：

（1）水深、流速、断面的流速分布均沿程不变；

（2）总水头线、水面、底坡三者平行。即i J J p ==

6、明渠均匀流产生的条件：

（1）水流为恒定流；（2）流量沿程不变；（3）长而直的棱柱形顺坡明渠；

（4）明渠糙率沿程不变；（5）明渠中无闸、坝或跌水建筑物的局部干扰。

7、明渠均匀流计算的基本公式：舍齐公式（谢才公式）Ri c V

=

8、正常水深：明渠中水流为均匀流时的水深0h 。

9、当明渠中通过的流量Q 一定时，随着明渠底坡的增大，0h 减小。

10、水力最佳断面：从经济的角度，在选定的横断面形状下，明渠通过已知的设计流量时，过水面积最小的断面。或过水面积一定，能通过最大流量的断面。

11、对梯形或矩形断面的明渠，水力最佳断面应满足)1(22m m h b -+==β。 12、根据明渠水流断面平均流速V 与微波波速C 相对大小的不同，可将明渠水流区分为三种流态：缓流w V V <；急流w V V >；临界流w V V =。

13、弗汝德数r F 反映的物理意义：过水断面单位重量的液体的平均动能与平均

势能的比值大小。r F 越大，则意味着水流的平均动能较大。

14、断面比能s E ：基准面选在渠底时，明渠断面水流总能量称之。

15、比能曲线的特点：

（1）两条渐近线。（2）最小比能水深为临界水深。（3）上半支对应缓流，下半支对应急流。

16、临界水深c h ：明渠水流为临界流时的水深。

17、在明渠断面形状、尺寸一定的情况下，临界水深k h 只与明渠中通过的流量

大小有关。

18、临界底坡c i ：明渠水流为均匀流的条件下，当渠道中的流量Q 一定时，0h 随底坡i 增大而较小。当渠中的水深0h 恰好为c h ，此时，明渠的底坡称为临界底坡。

19、临界底坡c i 应同时满足明渠均匀流方程和临界流方程，即 ?????==g Q B A i R C A Q c c c c c c 23

20、对于给定的明渠（断面形状和尺寸、糙率n 、底坡i 一定），当明渠中通过流量Q 增大时，c i 将减小。

21、水跃现象：水面线突然上升。水深从小于临界水深变为大于临界水深。 水跃出现的场合：明渠的底坡由陡坡变为缓坡时（或水流由急流过渡为缓流）发生。

22、水跌现象：水面线急剧下降，水深从大于临界水深变为小于临界水深。

水跌出现的场合：明渠中有跌坎或明渠的底坡由缓坡变为陡坡时（或明渠水流由缓流过渡到急流时）发生。

23、要掌握水面曲线定性分析的方法。

24、堰流：受到堰坎或两侧边墙的束窄阻碍，上游水位壅高，水流下泄时，溢流上表面不受约束，为光滑连续的自由降落水面，这种水流现象称之。

25、闸孔出流：水流受到闸门或胸墙的控制，闸前水位壅高，水流由闸门底缘与闸底板之间孔口流出，过水断面受闸门开启尺寸的限制，其水面是不连续的，这种水流现象称之。

26、工程上，通常按照堰顶厚度δ与堰上水头H 的比值大小，将堰分为三种：薄壁堰67.0

。

27、堰流基本公式2/302H g mb

Q =

28、堰流的泄流类型：

按照下游水位对堰的泄流能力的影响程度，堰流的泄流分为：自由出流，形成条件：0)85.075.0(H h y 至<或k y h h <（相当于下游水位低于临界水深线）；淹没出流，形成条件：0)85.075.0(H h y 至≥。