水力学复习资料汇总
第零章绪论
0.1水力学的任务与研究对象(了解)
水力学的任务是研究液体(只要是水)的平衡和机械运动的规律及其实际应用. 水力学研究的基本规律有两大主要组成部分:一是关于液体平衡的规律.它研究液体处于静止或相对平衡状态时,作用于液体上各种力之间的关系,这一部分称为水静力学;二是关于液体运动的规律,它研究液体在运动状态时,作用于液体上的力与运动要素之间的关系,以及液体的运动特性与能量转换等,这部分称为水动力学.
0.2液体的粘滞性(理想液体与实际液体最大的差别)
粘滞性当液体处于运动状态时,若液体质点之间发生相对运动,则质点间会产生内摩擦力来阻碍其相对运动,液体的这种性质就称为粘滞性,产生的内摩擦力叫做粘滞力.
0.3牛顿内摩擦定律当液体做层流运动时，相邻液层之间在单位面积上作用的内摩擦力(或粘滞力)的大小与速度梯度成正比,同时和液体的性质有关.即
.
0.4牛顿内摩擦定律的另一种表述(了解)P7
0.5运动粘度系数它是动力黏度系数与液体密度的比值,是表征液体粘滞性
大小的物理量.其值是随温度的变化而变化的,即温度越高,其值越小(液体的流动性是随温度的升高而增强的)
0.6牛顿内摩擦定律只适用于牛顿流体(符合牛顿内摩擦定律的液体,其特点是温度不变,动力黏度系数就不变P8图0.3)
0.7体积压缩率液体体积的相对缩小值与压强的增大值之比.(水的压缩性很小,一般不考虑)
0.8表面张力表面张力是指液体自由表面上液体分子由于两侧引力不平衡,使其受到及其微小的拉力(表面张力仅存在于液体表面,液体内部不存在,其值表示为自由面单位长度受到拉力的大小,并且随液体种类和温度的变化而变化,怎样变化)
0.9毛细现象在水力学实验中，经常使用盛有水或水银细玻璃管做测压计，由于表面张力的影响使玻璃管中液面和与之向连通容器中的液面不在同一水平面上.这就是物理学中所讲的毛细现象.
0.10由实验得知,管的内经越小,毛细管升高值越大,所以实验用的测压管内径不宜太小.P10图0.4,0,5
0.11连续介质在水力学中,把液体当作连续介质看待,即假设液体是一种连续充满其所占据空间毫无空隙的连续体.(水力学所研究的液体运动是连续介质的连续流动,但实际上,从微观角度来看,液体分子与分子之间是存在空隙的,但水力学研究的是液体的宏观运动,故将液体看作连续接介质)
0.12把液体看作连续介质的意义
如果我们把液体看作连续介质,则液流中的一切物理量都可以视为空间坐标和时间坐标的连续函数,这样,在研究液体的运动规律时,就可以运用连续函数的分析方法.
0.13理想液体所谓理想液体,就是把液体看作绝对不可压缩,不能膨胀,没有粘滞性,没有表面张力的连续介质.
0.14表面力和质量力
表面力表面力是作用于液体的表面,并于受作用的的表面面积成比例的力.
质量力质量力是指通过所研究液体的每一部分质量而作用与液体的,其大小和液体的质量成比例的力(质量力又称体积力)
课后习题0.2
第一章水静力学
1.1液体在平衡状态下.没有内摩擦力的存在,因此理想液体和实际液体都是一样的,故在静水中没有区分的必要.
1.2静水压力静止(或处于平衡状态)的液体作用在与之接触的表面上的水压力
称为静水压力,常以表示.
1.3静水压强取微小面积，令作用在上的静水压力为,则面上单位面积
上所受的平均静水压力为称为面上的平均静水压强，当无限趋近与一
点时，比值的极限值定义为该点的静水压强.
1.4静水压强的两个重要特性
⑴静水压强的方向与受压面垂直并指向受压面(若不垂直,则必存在一个与液面平行的分力,这样必会破坏液体的平衡状态;静水压强若不指向受压面而是背向受压面,则必会受到拉力,同样不能保持平衡状态)
⑵作用在同一点上的静水压强相等(推导过程:在平衡液体内分割出一块无限小的四面体,倾斜面的方向任意选取,为简单起见,建立如图所示的坐标系,让四面
体的三个棱边与坐标轴平行,并让轴与重力方向平行,各棱边长为,四面
体四个表面上受有周围液体的静水压力,因四个作用面的方向各不相同,如果能够证明微小四面体无限缩小至一点时,四个作用面上的静水压强都相等即可.令
为作用在面上的静水压力, 令为作用在面上的静水压力, 令为作用在面上的静水压力, 令为作用在面上的静水压力.又假定作用在四面体上单位
质量力在三个坐标方向的投影为,则总质量力在三个坐标方向的投影分别
为
…因为液体处于平衡状态,由力的平衡条件
得:+若…以分别表示四面体四个面的面积,则
…将上式都除以,并且有化简可得
,上式中分别表示面上的平均静水压强, ,如
果微小四面体无限缩小至一点时,均趋近于0,对上式取极限有
,同理可证,故作用在同一点上的静水压强相等)
1.5等压面 在平衡液体中可以找到这样一些点,他们具有相同的静水压力,这些
点连成的面称为等压面(对于静止的液体其等压面是水平面,对于处于相对平衡
的液体,其等压面与自由液面平行,例如称有液体的圆柱形容器绕桶轴做等角速
度旋转,其等压面就是抛物面)
1.6等压面的两个性质
⑴在平衡液体中等压面即为等势面.
⑵等压面与质量力正交.
1.7绝对压强和相对压强
绝对压强 以设想没有大气存在的绝对真空状态作为零点计量的压强,称为绝对
压强.
相对压强 把当地大气压作为零点剂量的压强,称为相对压强.
1.8P29图1.11中各字母表示的含义
1.9真空及真空度
真空 当液体中某点的绝对压强小于当地大气压强，即相对压强为负值时，就称
该点存在真空.
真空度 真空度是指该点绝对压强小于当地大气压强的数值.(例题1.4 1.5 .16)
1.10压强的液柱表示法
1.11水头与单位势能
1.12液体的平衡微分方程式(欧拉平衡微分方程式)的推导过程P20,以及重力作
用下静水压强的基本公式的推导过程P24.
1.13压强的测量(各种压差计的计算) 计算中找等压面须注意:①若为连续液体，高度相等的面即为等压面.②若为不
连续液体(如液体被阀门隔开或者一个水平面穿过了不同介质，则高度相等的面
不是等压面③两种液体的接触面是等压面.
1.14作用于矩形平面上的静水总压力 ,为压强分布图面积.(压力中心的位置:当压强为三角形分布时, 压力中心离底部距离为
当压强分布为梯形分布时，压力中心离底部距离为)
1.15作用于曲面上的静水总压力
分为水平方向和竖直方向计算,水平方向方法同作用于矩形平面上的静水总压
力(将曲面投影在方向的图形即为矩形，则=为形心点处的压强),
竖直方向需画出压力体(压力体包括六个面:曲面本身,自由液面或者其延长面,曲面四个边延长至自由液面的四个面.这里注意自由液面必须是只受到大气压
强作用的液面),则,其中为压力体的体积.
1.16几种质量力同时作用下的液体平衡
1.17作用于物体上的静水总压力,潜体与浮力的平衡及其稳定性
第二章液体运动的流束理论
2.1描述液体运动的两种方法(拉格朗日法和欧拉法)P63
2.2流线和迹线
迹线某一液体质点在运动过程中,不同时刻所流经的空间点所连成的线称为迹线,即迹线就是液体质点运动时所走过的轨迹线
流线它是某一瞬时在流场中绘出的一条曲线,在该曲线上所有点的速度向量都与该曲线相切,所以流线表示除了瞬间的流动方向.
流线的基本特性P67
2.3恒定流与非恒定流
恒定流如果在流场中所有的运动要素都不随时间而改变,这种水流称为恒定流(也就是说,在恒定流的情况下,任一空间点上,无论哪个液体质点通过,其运动要素都是不变的.运动要素仅仅是空间坐标的函数,而与时间无关)
非恒定流如果在流场中所有的运动要素都是随时间而改变的这种水流称为非恒定流.
注：本章只研究恒定流.
2.4流管在水流中任意取一微分面积,通过该面积周界上的每一给点,均可以作一根直线,这样就构成了一个封闭的管状曲面,称为流管.
2.5微小流束充满以流管为边界的一束液流称为微小流束(按照流线不能相交的特性,微小流束内的液体不会穿过流管的管壁向外流动,流管外的液体也不会穿过流管的管壁向流束内流动,当水流为恒定流时,微小流束的形状和位置不会随时间而改变,在非恒定流中,微小流束的形状和位置将随时间而改变.微小流束的很横断面积是很小的,一般在其横断面上各点的流速或动水压强可看作是相等的)
2.6总流任何一个实际水流都具有一定规模的边界,这种有一定大小尺寸的实际水流称为总流(总流可以看作由无限多个微小流束所组成)
2.7过水断面与微小流束或总流的流线成正交的横断面称为过水断面.
2.8流量
2.9均匀流与非均匀流
均匀流当水流的流线为相互平行的直线时,该水流称为均匀流(直径不变的管道中的水流就是均匀流的典型例子)
非均匀流若水流的流线不是相互平行的直线时,该水流称为非均匀流.如果流线虽然相互平行但不是直线(如管径不变的弯管中的水流)或者流线虽直线但不相互平行(如管径沿程缓慢均匀扩散或收缩的渐变管中的水流)都属于非均匀流.
2.10均匀流的特性⑴均匀流的过水断面为平面,且过水断面的形状和尺寸沿程不变⑵均匀流中,同一流线上不同点的流速相等⑶均匀流过水断面上的动水压强分布规律与静水压分布规律相同
2.11均匀流过水断面上的动水压强分布规律与静水压分布规律相同的推导过程2.12渐变流和急变流
渐变流当水流的流线虽然不是相互平行的直线,但几乎近于平行直线称为渐变流
急变流若水流的流线之间夹角很大或者流线的曲率半径很小,这话水流称为急变流.
2.13恒定总流连续性方程的推导P71
2.14理想液体恒定流微小流束能量方程的推导P72
2.15实际液体恒定总流的能量方程的推导P78
2.15恒定总流动量方程的推导P94
第三章液流形态及水头损失
3.1沿程水头损失和局部水头损失
沿程水头损失在固体边界平直且无障碍物的水道中,单位重量的液体自一断面
流至另一断面所损失的机械能叫做沿程水头损失,常用表示.
局部水头损失当固体边界发生改变或液体遇到障碍物时,由于边界或障碍物的作用使液体质点相对运动加强,内摩擦增加,产生较大的能量损失,这种发生在
局部范围之内的能量损失叫做局部水头损失,常用表示.(就液体内部的物理作
用来说,水头损失不论其产生的外因如何,都是因为液体内部质点之间有相对运动,因粘滞性的作用产生切应力的结果)
当固体边界发生改变或液体遇到障碍物时,为什么会产生局部水头损失(了解)P120
3.2影响水头损失的液流边界条件
3.2.1横向条件(过水段面积,湿周和水力半径)
湿周液流过水断面与固体边界接触的周界线叫做湿周,常用表示.(当过水段面
积相等时,周长不一定相等,水与固体边界的接触要长些,故湿周对水损会产生影响,同样,当湿周相等时, 过水段面积不一定相等,通过同样大小的流量水损也不一定相等,故用水力半径来表征过水断面的水力特征)
水力半径过水段面积与湿周的比值称为水力半径,即 .
3.2.2纵向条件P123
3.3均匀流时无局部水头损失，非均匀渐变流时局部水头损失可以忽略不计,非均匀急变流时两种水头损失均有(知道).
3.4均匀流沿程水头损失与切应力的关系,以及半径为r处的（圆管中）切应力计算公式的推导P132
3.5计算均匀流沿程水头损失的基本公式——达西公式
对圆管来说，水力半径 ,故达西公式也可以写做
达西公式的推导过程应该不会考
3.6层流和紊流
层流当留速较小时,各流层的液体质点是有条不紊的运动,互不混杂,这种形态的流动叫层流.
紊流当流速较大时,各流层的液体质点形成涡体,在流动过程中,相互混杂,这种形态的流动叫紊流.
3.7雷诺试验
雷诺试验数据图形(两点三段.两点即上临界流速—水流从层流刚刚进入到紊流状态的速度和下临界流速—水流从紊流刚刚进入到层流状态的速度.三段即层流,过渡区,紊流所对应的曲线段.)P129
3.8根据雷诺实验的结果,层流时雷诺试验图形为一条直线,即沿程水损v呈
线性的一次方关系,但是由达西公式知与v是平方关系，试解释其原因.P132
3.9雷诺数的物理意义(为什么雷诺数可以判别液流形态)P131
3.10为什么采用下临界雷诺数而不采用上临界雷诺数来判断水流的型态
这是因为经大量试验证明,圆管中下临界雷诺数是一个比较稳定的数值,其值一般维持在2000左右,但上临界雷诺数是一个不稳定数值(一般在12000-2000),在个别情况下也有高达40000-50000.这要看液体的平静程度和来流有扰动而定,凡雷诺数大于下临界雷诺数的,即使液流原为层流,只要有任何微小的扰动就可以是层流变为紊流.在实际工程中扰动总是存在的,所以上下临界雷诺数之间的液流是极不稳定的,都可以看作紊流,因此判别液流型态以下临界雷诺数为标准:实际雷诺数大于下临界雷诺数的是紊流,小于下临界雷诺数的是层流.
3.11雷诺实验虽然都是以圆管液流为研究对象,但其结论对其他边界条件下的液流也是适用的.只是边界条件不同,下临界雷诺数的数值不同而已.例如明渠的
雷诺数,其中R为水力半径(知道).
3.12紊流的特征P133(4点，后两个特点很重要)
3.13粘性底层在紊流中并不是整个液流都是紊流,在紧靠固体边界表面有一层极薄的层流存在该层流层叫粘性底层.
3.14沿程阻力系数的变化规律
⑴即液体处于层流状态,只与雷诺数有关,而与相对光滑度无关,且
⑵即液体处于从层流进入紊流的过渡区,只与雷诺数有关,而与
相对光滑度无关.因其范围很窄,实际意义不大.
⑶即液流进入紊流状态,这时决定于粘性底层厚度和绝对粗糙度的
关系:
①当较小时粘性底层较厚,可以淹没,抵消管壁粗糙度对水流的影响,从
而只与雷诺数有关,而与相对光滑度无关.
②继续增大, 粘性底层厚度相应减薄,一直不能完全淹没, 管壁粗糙度
对水流产生影响, 从而既与雷诺数有关,又与相对光滑度有关.
③当增大到一定程度时, 粘性底层厚度已经变得很薄,已经不能再抵消
管壁粗糙度对水流的影响,这时管壁粗糙度对起主要作用,从而只与相对光滑度有关,而与雷诺数无关.(因这时与v是平方关系,故该区又叫做阻
力平方区)
3.15谢齐公式和曼宁公式
谢齐公式 ,其中J为水力坡度,/l ,R水力半径.
曼宁公式 ,其中n为粗糙系数，简称糙率.
第四章有压管中的恒定流
4.1简单管道
简单管道管道直径不变且无分支的管道.
4.2自由出流和淹没出流
自由出流管道出口水流流入大气,水股四周都受大气压强的作用,称为自由出流
淹没出流管道出口如果淹没在水下,则称为淹没出流
4.3短管和长管
短管管道中若存在较大的局部水头损失,它在总水损中占的比重较大,不能忽略不计的管道称为短管.
长管若管道较长,局部水损和流速水头可以忽略不计,这样的管道叫做长管.
4.4简单管道的水力计算(以下均属于连续性方程和能量方程的具体应用)
总原则首先确定按长管还是短管计算.若按短管计算,则沿程损失,局损和流速水头都要计算;若按长管计算,
只需计算沿程损失, 局部水损和流速水头可以忽略不计;在没有把握估计局损的影响程度时,均按短管计算.
(先按短管计算,求出具体的沿程损失和局损数值,比较后可确定到底如何计算,若无法确定具体数值一般的,
给水管道按长管计算,虹吸管按短管计算,水泵吸水管按短管计算,压水管根据情况而定.
4.4.1自由出流和淹没出流的水力计算
自由出流上游存在行近流速,即有一个行近水头,列能量方程需计算在内(但其值一般很小,在计算结果以忽
略不计,即公式中的).
淹没出流上游存在行近流速,即有一个行近水头,列能量方程需计算在内(但其值一般很小,在计算结果时可
以忽略不计,即公式中的). 下游也存在一个流速水头,但由于
管道的过水断面积很小,
而下游过水断面积很大,水流速度在下游已经变得很小,可以忽略,不需计入能量方程.
4.4.2几种基本类型
4.4.3虹吸管和水泵装置的水力计算
4.4.4串联管道
整个管道的水头损失等于各支管水损之和.
4.4.5并联管道
并联管道一般按长管计算,各支管的水损相等(各支管的水损相等,只表明通过每一并联支管的单位重量液体
的机械能损失相等;但各支管的长度,直径及粗糙系数可能不同,因此其流量也不同,股通过各并联支管的总机
械能损失是不相等的)
4.4.6分叉管道
在分叉处分为若干个串联管道进行计算.
4.5沿程均匀泄流的水力计算
本章的水力计算题均是围绕这能量方程来设计的，所以熟练掌握能量方程的应用，加上对各个类型的管道
特点的了解，不用背繁琐的公式也可以解决本章的计算题，当然背下来更好
第五章明渠恒定均匀流
5.1明渠恒定均匀流(知道)
明渠恒定均匀流当明渠水流的运动要素不随时间而变化时,称为明渠恒定流.否则称为明渠非恒定流.明渠
恒定流中,如果流线是一簇相互平行的直线,则水深,断面平均流速和流速分布沿程不变,称为明渠恒定均流,
否则称为明渠恒定非均匀流.(明渠均匀流中,摩阻力与重力沿水流方向的分力
相平衡)
5.2矩形,梯形横断面水力要素的计算
梯形中,为梯形与水平面的夹角.
5.3底坡
明渠渠底的纵向倾斜程度称为明渠的底坡, 以符号表示.且,其中为渠
底线与水平面的夹角.
5.4顺坡,水平和逆坡明渠
当明渠渠底沿程降低时,称为顺坡明渠;沿程不变时称为水平明渠;沿程升高时称为逆坡明渠.(在水平明渠中,
由于故在其流动过程中，只存在摩阻力；在逆坡明渠中，摩阻力
与重力沿水流方向的
分力方向一致,因此这两种情况都不可能产生明渠均匀流;只有在顺坡渠
道中才可能产生明渠均匀
流)
5.5明渠恒定均匀流的特性及其产生条件
5.6明渠均匀流的计算公式(连续性方程和谢齐公式, 谢齐系数采用曼宁公式) 5.7矩形和梯形水力最佳断面的推导过程
5.8允许流速
不冲允许流速能够避免渠道遭受冲刷的流速.
不於流速能够保证水中悬浮的泥沙不淤积在渠槽的流速.
5.9明渠均匀流的水力计算
第六章明渠恒定非均匀流
6.1明渠非均匀渐变流和明渠非均匀急变流(知道)
在明渠非均匀流中,若流线是接近于相互平行的直线,或流线间的夹角很小,流线的曲率半径很大,这种水流称为明渠非均匀渐变流.反之为明渠非均匀急变流.(本章着重研究明渠非均匀渐变流的基本特性及其水力要素沿程变化的规律) 6.2正常水深(知道)
因明渠非均匀流的水深沿流程是变化的,为了不致引起混乱,把明渠均匀流的水
深称为正常水深.并以表示.
6.3明渠水流的三种形态
一般明渠水流有三种形态,即缓流,临界流和急流.
6.4明渠水流三种形态的判别方法(5种:微波波速法,比能曲线法,Fr法,临界水深法,临界底坡法)
6.4.1微波波速法
微波波速的描述（了解）P216
当 v<,水流为缓流,干扰波能向上游传播;
v=,水流为临界流,干扰波恰不能向上游传播;
v>,水流为急流,干扰波不能向上游传播.
要判别流态,必须首先确定微波传播的相对速度,相对速度的推导过程(了解)P217(如图6.3,对平静断面1-1和波峰所在断面2-2列连续性方程和能量方
程.1-1断面流速为,2-2断面流速为,最后令即可得出=,这就是
矩形明渠静水中微波传播的相对速度公式.如果明渠为任意形状时,则有=.式中为断面平均水深,A为断面面积,B为水面宽度.在实际工程中水流都是
流动的,设水流断面平均流速为v，则微波传播的绝对速度应是静水中的相对
波速与水流速度的代数和,即,正号为顺水方向,负号为逆
水方向)
6.4.2 Fr法
当 Fr<1,水流为缓流;
Fr=1,水流为临界流;
Fr>1,水流为急流.
对临界流来说,断面平均流速恰好等于微波相对波速,即,该式可改写为,其中称为弗劳德数,用符号Fr表示.
弗劳德数的两个物理意义P218
6.4.3比能曲线法
断面比能把基准面选在渠底,所计算的单位液体所具有的能量称为断面比能,
并以表示.则,在实际应用上,因一般坡底较小,,故常
采用 .
比能曲线当流量Q和过水断面的形状及尺寸一定时, 断面比能仅仅是水深的函数,按照此函数可以绘出断面比能随水深变化的关系曲线,该曲线称为比能曲
线.
比能曲线上存在可以使断面比能取最小值的K点.K点把曲线分成上下两支,上支即为缓流所对应的曲线,下支即为急流所对应的曲线.(比能曲线见P220图6.5)
比能曲线与弗劳德数的联系()及其推导过程(了解)P221
6.4.4临界水深法
临界水深相应于断面比能最小值的水深称为临界水深,以表示.
当 h> ,Fr<1,水流为缓流;
h= ,Fr=1,水流为临界流;
h< ,Fr>1,水流为急流.
临界水深的计算
在矩形断面明渠中,临界流的流速水头是临界水深的1/2,而临界水深则是最小
断面比能的2/3.（原题）P221（将.对水深h求导，并令其等于0.
得,规定对应于临界水深的水利要素以脚标K,则
.对于矩形断面明渠, ,代入得 ,即临
界流的流速水头是临界水深的1/2.再代入 ,得
,即临界水深是最小断面比能的2/3.
断面为任意形状时，临界水深的计算(了解)见P222(试算法和图解法)
重要例题:例题6.1
6.4.5临界底坡法(只适用于均匀流)
第七章水跃
7.1水跃当明渠中的水流又急流状态过渡到缓流状态时，会产生一种水面突然
跃起的特殊局部水力现象
,即在较短的渠道内水深从小于临界水深急剧的跃到大于临界水深.这种特殊的局部水力现象称为水跃.
跃高跃后水深与跃前水深之差
跃长跃前断面至跃后断面的水平距离
完全水跃有表面旋滚的水跃
发生完全水跃的条件Fr≥1.7
7.2棱柱体水平明渠的水跃方程及其推导过程(由于水跃过程中能量损失无法计
算,,故无法使用能量方程.对
跃前断面1-1和跃后断面2-2应用动量方程得 .
然后作三点假设:
⑴设水跃前后断面处的水流为渐变流,其动水压强分布规律和静水压强
同,
⑵设⑶设又有连续性方程代入动量方程即可得出水跃方程
7.3水跃函数当明渠中断面形状，尺寸以及流量一定时，水跃方程的左右两边
都仅是水深的函数，此函数
称为水跃方程.即
7.4共轭水深水跃方程左右两边所对应的两个水深就叫做共轭水深。
7.5水跃函数曲线及其特性P274
例题7.1，7.2很重要
7.6矩形明渠共轭水深的计算(已知量代入水跃方程,即可算出共轭水深.其中有
可能涉及到弗劳德数,应记清
楚)
7.7矩形明渠共轭水深的计算公式及水跃效能效率计算公式尽量记住，有可能会
考计算，公式推导过程要
了解
第八章堰流及闸孔出流
8.1堰流及闸孔出流(P291)
8.2堰流的类型
壁堰流，，如果堰坎宽度继续增加,若
水流特性将不再属于堰流而是明渠了.这时的沿程水损不能忽略.
8.3堰流的基本公式即流量公式对堰前断面1-1和堰后断面2-2列能量方程.特点:1-1断面属于渐变流,2-2断面属于急变流,过水断面测压管水头不为常数,用
上游存在行近流速,考虑局部水损(在堰流中只考虑局部水损);令
, 称为堰顶全水头.令, 为修正系数.这样就可以求
出速度.然后设2-2断面的水舌厚度为,为反映堰顶垂直收缩的系数.则过水断面积为,故通过的流量
, 式中称为流速
系数.令称为堰的流量系数，则, 这就是堰流的基本
公式.
8.4堰流的基本公式中各字母的含义
主要是反映局部水损的影响,是反映堰顶水流垂直收缩的程度,是代表堰顶
断面的平均测压管水头与堰顶全部水头之间的比例系数.
8.5各种类型堰的水力计算
8.6闸孔出流的水力计算
水力学(流体力学)实验指导书汇总
水力学（流体力学）实验指导书 编著：刘凡 河北工程大学
目录 1、静水压强实验--------------------------------------------------------3-5页 2 平面静水总压力实验-------------------------------------------- - 6-9页 3、文丘里流量计实验------------------------------------------------10-12页 4、雷诺实验------------------------------------------------------------12-14页 5、管道沿程水头损失实验-----------------------------------------15-16页 6、局部管道水头损失实验----------------------------------------17-19页 7、流线演示实验-----------------------------------------------------20-21页 8、伯努利实验---------------------------------------------------------20-21页 9、涡流系列演示实验------------------------------------------------22-24页
实验一 静水压强实验 一、 实验目的 1、加深对水静力学基本方程物理意义的理解，验证静止液体中，不同点对于 同一基准面的测压管水头为常数（即z+ p C g ρ=） 。 2、学习利用U 形管测量液体（油）的密度。 3、建立液体表面压强0p >a p ，0p 工程流体力学及水力学实验报告及分析讨论
工程流体力学及水力学实验报告及分析讨论
工程流体力学及水力学实验报告及分析讨论 实验一流体静力学实验 验原理 重力作用下不可压缩流体静力学基本方程 (1.1) 中： z被测点在基准面的相对位置高度； p被测点的静水压强，用相对压强表示，以下同； p0水箱中液面的表面压强； γ液体容重； h被测点的液体深度。 对装有水油（图1.2及图1.3）U型测管，应用等压面可得油的比重S0有下列关系： (1.2) 此可用仪器（不用另外尺）直接测得S0。 验分析与讨论 同一静止液体内的测管水头线是根什么线？ 测压管水头指，即静水力学实验仪显示的测管液面至基准面的垂直高度。测头线指测压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根。 当P B<0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。 ，相应容器的真空区域包括以下三部分：
)过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占的空间区域，均为真。 )同理，过箱顶小水杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区)在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区。这段高度与测压管2液面低液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。 若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定γ0。 最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油 至油面的垂直高度h和h0，由式，从而求得γ0。 如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响？ 设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛由下式计算 中，为表面张力系数；为液体的容量；d为测压管的内径；h为毛细升高。常温(t=20℃，=7.28dyn/mm，=0.98dyn/mm。水与玻璃的浸润角很小，可认为cosθ=1.0。于是有 单位为mm) 一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm时，毛细影响可略而不计。另外，当水质，减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机玻璃作测压管时，浸润角较大，其h较普管小。 如果用同一根测压管测量液体相对压差值，则毛细现象无任何影响。因为测量高、时均有毛细现象，但在计算压差时，互相抵消了。 过C点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面？
(完整版)水力学试题带答案
水力学模拟试题及答案 1、选择题：（每小题2分） （1）在水力学中，单位质量力是指（） a、单位面积液体受到的质量力； b、单位体积液体受到的质量力； c、单位质量液体受到的质量力； d、单位重量液体受到的质量力。 答案：c （2）在平衡液体中，质量力与等压面（） a、重合； b、平行 c、相交； d、正交。 答案：d （3）液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为 a、1 kN/m2 b、2 kN/m2 c、5 kN/m2 d、10 kN/m2 答案：b （4）水力学中的一维流动是指（） a、恒定流动； b、均匀流动； c、层流运动； d、运动要素只与一个坐标有关的流动。 答案：d （5）有压管道的管径d与管流水力半径的比值d /R=（） a、8； b、4； c、2； d、1。 答案：b （6）已知液体流动的沿程水力摩擦系数 与边壁相对粗糙度和雷诺数Re都有关，即可以判断该液体流动属于 a、层流区； b、紊流光滑区； c、紊流过渡粗糙区； d、紊流粗糙区 答案：c （7）突然完全关闭管道末端的阀门，产生直接水击。已知水击波速c=1000m/s，水击压强水头H = 250m，则管道中原来的流速v0为 a、1.54m b 、2.0m c 、2.45m d、3.22m 答案：c （8）在明渠中不可以发生的流动是（） a、恒定均匀流； b、恒定非均匀流； c、非恒定均匀流； d、非恒定非均匀流。 答案：c （9）在缓坡明渠中不可以发生的流动是（）。 a、均匀缓流； b、均匀急流； c、非均匀缓流； d、非均匀急流。 答案：b （10）底宽b=1.5m的矩形明渠，通过的流量Q =1.5m3/s，已知渠中某处水深h = 0.4m，则该处水流的流态为 a、缓流； b、急流； c、临界流；
水力学实验指导书
实验一伯努利方程实验 一、实验目的 1．验证流体恒定总流的能量方程； 2．通过对动水力学诸多水力现象的实验分析研讨，进一步掌握有压管流中动水力学的能量转换特征； 3．掌握流速、流量、压强等动水力学水力要素的实验测量技能。 二、实验属性 综合性试验。本实验涉及的《工程流体力学》课程知识是综合性的。内容有: 流体力学相似性原理和因次分析、流体力学连续性方程、能量方程及动量方程等。 1、自循环供水器； 2、实验台； 3、可控硅无级调速器； 4、溢流板； 5、稳水孔板； 6、恒压水箱； 7、测压计； 8、滑动测量尺； 9、测压管； 10、实验管道；11、测压点；12、毕托管；13、实验流量调节阀 四、实验要求 实验前应预习实验报告。 实验开始前，待一切实验准备工作就绪后，报告指导教师。在启动设备之前，必须经指导教师检查认可。 实验结束时，实验数据要经指导教师审阅、签字，并整理好实验现场后，按要求在实验记录本上填写有关内容，方可离去，严禁将实验室的任何物品带走。
实验完成后应按学校对实验报告的格式、纸张要求写出实验报告。实验报告描述应清楚、肯定，语言通顺，用语专业、准确；结构严谨、层次清晰。实验报告数据观察细致，记录及时、准确、真实，外文、符号、公式准确，使用统一规定的名词和符号。 实验报告的内容要求： 1．实验名称； 2. 实验目的； 3．实验原理； 4. 实验装置； 5．实验步骤； 6. 实验原始数据； 7．实验数据处理及结果； 8．思考题分析。 五、实验原理 在实验管路中沿管内水流方向取n 个过水断面。可以列出进口断面（1）至另一断面（i ）的能量方程（i=1，2，3，……，n ） )1(22111 122i w i i i i h g v a p Z g v a p Z -+++=++γγ 取1a ＝2a ＝……n a ＝1选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出γ p Z + 值，测出 通过管路的流量，即可计算出断面平均流速v 及g av 22 ，从而即可得到各断面测管水头和总 水头。 六、实验步骤 1、熟悉实验设备，分清哪些测管是普通测压管，哪些是毕托管测压管，以及两者功能的区别。 2、打开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流，检查调节阀关闭后所有测压管水面是否平齐。如不平则需要查明故障原因（例连接管受阻、漏气或夹气泡等）并加以排除，直至调平。 3、开阀13，观察思考： 1) 测压管水头线和总水头线的变化趋势； 2) 位置水头、压强水头之间的相互关系； 3) 测点（２）、（３）测管水头同否？为什么？ 4) 测点（10）、（11）测管水头是否不同？为什么？ 5) 当流量增加或减少时测管水头如何变化？ 4、调节阀13开度，待流量稳定后，测记各测压管液面读数，同时测记实验流量（毕
水力学实验报告思考题答案(供参考)
水力学实验报告 实验一流体静力学实验 实验二不可压缩流体恒定流能量方程（伯诺利方程）实验 实验三不可压缩流体恒定流动量定律实验 实验四毕托管测速实验 实验五雷诺实验 实验六文丘里流量计实验 实验七沿程水头损失实验 实验八局部阻力实验 实验一流体静力学实验 实验原理 在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程 或 (1.1) 式中：z被测点在基准面的相对位置高度； p被测点的静水压强，用相对压强表示，以下同； p0水箱中液面的表面压强； γ液体容重； h被测点的液体深度。 另对装有水油（图1.2及图1.3）U型测管，应用等压面可得油的比重S0有下列关系： (1.2) 据此可用仪器（不用另外尺）直接测得S0。 实验分析与讨论
1.同一静止液体内的测管水头线是根什么线？ 测压管水头指，即静水力学实验仪显示的测管液面至基准面的垂直高度。测压管水头线指测压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根水平线。 2.当P B<0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。 ，相应容器的真空区域包括以下三部分： (1)过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，该水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占的空间区域，均为真空区域。 (2)同理，过箱顶小水杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区域。 (3)在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区。这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。 3.若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定γ0。 最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度h和h0，由式，从而求得γ0。 4.如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响？ 设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛细高度由下式计算 式中，为表面张力系数；为液体的容量；d为测压管的内径；h为毛细升高。常温(t=20℃)的水，=7.28dyn/mm，=0.98dyn/mm。水与玻璃的浸润角很小，可认为cosθ=1.0。于是有 (h、d单位为mm)
水力学考试试题与答案
1、选择题：（每小题2分） （1）在水力学中，单位质量力是指（） a、单位面积液体受到的质量力； b、单位体积液体受到的质量力； c、单位质量液体受到的质量力； d、单位重量液体受到的质量力。 答案：c （2）在平衡液体中，质量力与等压面（） a、重合； b、平行 c、相交； d、正交。 答案：d （3）液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为 a、1 kN/m2 b、2 kN/m2 c、5 kN/m2 d、10 kN/m2 答案：b （4）水力学中的一维流动是指（） a、恒定流动； b、均匀流动； c、层流运动； d、运动要素只与一个坐标有关的流动。 答案：d （5）有压管道的管径d与管流水力半径的比值d /R=（） a、8； b、4； c、2； d、1。 答案：b （6）已知液体流动的沿程水力摩擦系数 与边壁相对粗糙度和雷诺数Re都有关，即可以判断该液体流动属于 a、层流区； b、紊流光滑区； c、紊流过渡粗糙区； d、紊流粗糙区 答案：c （7）突然完全关闭管道末端的阀门，产生直接水击。已知水击波速c=1000m/s，水击压强水头H = 250m，则管道中原来的流速v0为 a、1.54m b 、2.0m c 、2.45m d、3.22m 答案：c （8）在明渠中不可以发生的流动是（） a、恒定均匀流； b、恒定非均匀流； c、非恒定均匀流； d、非恒定非均匀流。 答案：c （9）在缓坡明渠中不可以发生的流动是（）。 a、均匀缓流； b、均匀急流； c、非均匀缓流； d、非均匀急流。 答案：b （10）底宽b=1.5m的矩形明渠，通过的流量Q =1.5m3/s，已知渠中某处水深h = 0.4m，则该处水流的流态为 a、缓流； b、急流； c、临界流； 答案：b
13级给排水： 水力学实验指导书(多学时)
工程流体力学 实 验 指 导 书 河北联合大学给排水实验室 编者：杨永 2014 . 5 . 12 适用专业：建筑环境与设备工程专业
实验目录： 实验一：雷诺实验 实验二：伯努利方程实验 实验操作及实验报告书写要求： 一、实验课前认真预习实验要求有预习报告。 二、做实验以前把与本次实验相关的课本理论内容复习一下。 三、实验要求原始数据必须记录在原始数据实验纸上。 四、实验报告一律用标准实验报告纸。 五、实验报告内容包括： 1. 实验目的； 2. 实验仪器； 3. 实验原理； 4. 实验过程； 5. 实验数据的整理与处理。 六、实验指导书只是学生的指导性教材，学生在写实验报告时指导书制作 为参考，具体写作内容由学生根据实际操作去写。 七、根据专业不同以及实验学时，由任课教师以及实验老师选定实验内容。 建筑工程学院给排水实验室 编者：杨永 2014.5
实验一 雷诺实验指导书 一、实验目的： （一）观察实验中实验线的现象。 （二）掌握体积法测流量的方法。 （三）观察层流、临界流、紊流的现象。 （四）掌握临界雷诺数测量的方法。 二、实验仪器： 实验中用到的主要仪器有：雷诺实验仪、1000mL 量筒、秒表、10L 水桶等 三、实验原理： 有压管路流体在流动过程中，由于条件的改变（例如，管径改变、温度的改变、管壁的粗糙度改变、流速的改变）会造成流体流态的变化，会出现层流、临界流、紊流等现象。英国科学家雷诺（Reynolds ）在1883年通过系统的实验研究，首先证实了流体的流动结构有层流和紊流两种形态。层流的特点是流体的质点在流动过程中互不掺混呈线状运动，运动要素不呈现脉动现象。在紊流中流体的质点互相掺混，其运动轨迹是曲折混乱的，运动要素发生脉动现象。 雷诺等人经过大量的实验发现临界流速与过流断面的特征几何尺寸管径d 、流体的动力粘度μ和密度ρ有关，即()ρμ、、d f u k =。由以上四个量组成一个无量纲数，称为雷诺数e R ,即ν μρ ud ud R e ==
水力学知识点讲解.
1 第一章 绪 论 (一)液体的主要物理性质 1．惯性与重力特性：掌握水的密度ρ和容重γ； 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 : 注意牛顿内摩擦定律适用范围：1)牛顿流体， 2)层流运动 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。 下面我们介绍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：忽略粘滞性的液体。 （三）作用在液体上的两类作用力 第二章 水静力学 水静力学包括静水压强和静水总压力两部分内容。通过静水压强和静水总压力的计算，我们可以求作用在建筑物上的静水荷载。 （一）静水压强： 主要掌握静水压强特性,等压面,水头的概念，以及静水压强的计算和不同表示方法。 1．静水压强的两个特性： （1）静水压强的方向垂直且指向受压面 （2）静水压强的大小仅与该点坐标有关，与受压面方向无关， 2.等压面与连通器原理：在只受重力作用,连通的同种液体内, 等压面是水平面。 (它是静水压强计算和测量的依据） 3．重力作用下静水压强基本公式（水静力学基本公式） p=p 0+γh 或 其中 ： z —位置水头， p/γ—压强水头 （z+p/γ）—测压管水头 请注意，“水头”表示单位重量液体含有的能量。 4．压强的三种表示方法：绝对压强p ′，相对压强p ， 真 空度p v , ↑ 它们之间的关系为：p= p ′-p a p v =│p │（当p ＜0时p v 存在）↑ 相对压强:p=γh,可以是正值，也可以是负值。要求 掌握绝对压强、相对压强和真空度三者的概念和它们之间的转换关系。 1pa(工程大气压)=98000N/m 2=98KN/m 2 下面我们讨论静水总压力的计算。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。 （一）静水总压力的计算 1)平面壁静水总压力 （1）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俩点的静水压强，把它们端点联系起来，就是静水压强分布图。 （2）解析法：大小：P=p c A, p c —形心处压强 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。 求作用在曲面上的静水总压力P ，是分别求它们的水平分力P x 和铅垂分力P z ，然后再合成总压力P 。 （3）曲面壁静水总压力 1）水平分力：P x =p c A x =γh c A x 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。要求能够绘制水平分力P x 的压强分布图，即曲面在铅垂面上投影平面的静水压强分布图。 2〕铅垂分力：P z =γV ,V---压力体体积。 在求铅垂分力P z 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。 3〕合力方向：α=arctg 下面我们举例来说明作用在曲面上的压力体和静水总 压力。 例5图示容器左侧由宽度为b 的直立平面AB 和半径为R 的1/4圆弧曲面BC 组成。容器内装满水，试绘出AB 的 压强分布图和BC 曲面上的压力体剖面图及水平分力的压强分布图，并判别铅垂作用力的方向, 铅垂作用力大 小如何计算？ 解：(1)对AB 平面，压强分布如图所示。总压力P=1/2 γH 2b ； (2)对曲面BC ，水平分力的压强分布如图所示， c p z =+γ x z P P d y d u μ τ=
水力学总结
● 流体的力学特征： 静止时抗拉；运动时抗拉，抗切 ● 连续介质模型概念： 把流体视为密集质点（含有大量分子，体积忽略不记，具有一定质量的流体微团）构成的无空隙连续介质，且其所有的物理量都是空间坐标和时间的连续函数的一种假设模型 ● 流体的主要物理性质： 1. 惯性（不可压缩流体，可压缩流体）； 2. 粘滞性 （动力粘滞系数，运动粘滞系数 ） μ随压强变化不大，温度升高液体粘滞系数降低，气体粘滞系数升高。理想流体不 考虑粘滞性 3． 压缩性和热胀性 4． 表面张力特性（毛细现象 测压管的管径不小于10mm ） 5． 汽化压强（空化和气浊现象） ● 静压强的两个特征: 特征1: 静压强的方向与作用面的内法线方向一致 特征2: 静压强的大小与作用面方位无关, 只与空间坐标点的位置有关. ● 重力作用下静止液体压强分布规律: 压强p 的大小与水深h 成正比,与液体体积无直接关系; 压强相等时,水深h 为常数,即等压面与液面平行的水平面； 对于任意两点压强: p B =p A +ρgh AB ； 压强等值传递 ● 压强的量度方法及计算量换算： 绝对压强：p abs ≥0 相对压强：p=pabs-pa 真空压强：pv=pa-pabs=-p 标准大气压：1atm=101.3kpa=10.33mH2O=760mmHg 工业大气压：1at=98kpa=10mH2O=736mmHg ● 液柱式测压计测压原理： 等压面是指流体中压强相等p=Const 的各点组成的面 ● 液体的相对平衡： 1． 处于相对平衡的流体，质量力除重力外还有牵连惯性力，因此等压面不是水平面 2． 处于相对平衡的流体，只要单位质量力在铅直轴向分力与重力一致，则铅直方向的 压强分布规律与静止液体相同 3． 处于相对平衡的流体，各点测压管水头不是常数 压强分布图和曲面压力体的绘制： 1. 根据基本方程式p=γh 绘制静水压强大小; 2. 静水压强垂直于作用面且为压应力； 3. 在受压面承压的一侧，以一定比例尺的矢量线段表示压强的大小和方向 解析法：潜没在液体中的任意形状的静水总压力P ，大小等于受压面面积A 与其形心 点的静压强pc 之积 du T du T A dy A dy μτμ===或μνρ=
土木水力学实验指导书
《流体力学》 实验指导书 流体力学实验室编 适用专业：土木 青岛理工大学环境与市政工程学院 2015年04 月 目录
目录 (i) 实验一静水压强实验 (1) 实验二能量方程演示实验 (3) 实验三文丘里流量计 (4) 实验四动量方程演示实验 (11) 实验五水流流态实验 (12) 实验六沿程阻力水头损失实验 (14) 实验七局部水头损失实验 (18) 实验八旋涡演示实验 (24) 实验九水跃演示实验 (25) 实验十流谱与流线演示实验 (25) 实验一静水压强实验 一、实验目的： 2
3 １、测定静止液体内任意一点的静水压强 ２、在重力作用下静止液体中任何一点的势能都相等 ３、测定酒精的重度γ值 二、实验原理： 1、根据水静力学基本方程：P=P 0+γh 式中：P —液体中任意一点的压强，（Pa ）； P 0—表面压强，（Pa ）； γ —液体的重度，（9800N/m 3）； h —对应计算的液体淹没深度，（cm ）。 2、势能公式： γ γ B B A A p p + Z =+ Z 式中：Z —位置水头；γ p —压强水头。 三、实验装置： 如图 图一 ①放气阀；②密闭容器；③直尺；④针管；⑤阀门 四、实验步骤： １．读取A 、B 两点的刻度B A ??、 ２．打开容器上的阀门①。容器内表面压强P 0= P a ，各测压管液面齐平 ３．关闭阀门①，打开阀门⑤，用针管向容器②内输水，此时P 0﹥P a ，关
4 闭阀门⑤，读各测压管液面标高▽１，▽２，……▽７ 记入表中，P 0﹥P a 做三次 ４．打开阀门①使容器内表面压强P 0= P a ，检查各测压管液面是否齐平， 否则重新排气 ５．关闭①打开⑤，用针管抽出容器内的水，容器表面压强P 0﹤P a ，改变 容器中的水位重复三次，每次将各测压管液面位置读数记入表中。 五、注意事项 １．读取测压管水位时，视线必须和液面同在一个水平面上，避免产生误 差。 ２．用针管向容器内注水或抽水时要缓慢进行，以免损坏针管。 ３．如发现各测压管水位不断改变，说明容器或测压管有漏气，需要修理。 六、记录表格和计算参考表（以厘米计） ６ ＋＋＋＋＋＝６５４３２１ 平均 γγγγγγγ''''''' 思考题：
《流体力学》实验指导书
实验（一）流体静力学综合性实验 一、实验目的和要求 掌握用测压管测量流体静压强的技能；通过测量静止液体点的静水压强，加深理解位臵水头、压强水头、及测管水头的基本概念；观察真空现象，加深对真空度的理解；验证不可压缩流体静力学基本方程；测量油的重度。 二、实验装臵 本实验装臵如图1.1所示 图1.1流体静力学综合性实验装臵图 1.测压管 2.带标尺测压管 3.连通管 4.真空测压管 5.U 型测压管 6.通气阀 7.加压打气球 8.截止阀 9.油柱 10.水柱 11.减压放水阀 说明： 1.所有测压管液面标高均以标尺(测压管2)零度数为基准； 2.仪器铭牌所注▽B 、▽C 、▽D 系测点B 、C 、D 标高；若同时取标尺零点作为静力学基本方程的基准，则▽B 、▽C 、▽D 亦为ＺB 、ＺC 、ＺD 3.本仪器中所有阀门旋柄顺管轴线为开。 4.测压管读数据时，视线与液面保持水平，读凹液面最低点对应的数据。 三、实验原理 1在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程 const γ p z =+ 或h p p γ+=0 式中：z —被测点在基准面以上的位臵高度；
p —被测点的静水压强，用相对压强表示，以下同； 0p —水箱中液面的表面压强 γ—液体容重； h —被测点的液体深度。 上式表明，在连通的同种静止液体中各点对于同一基准面的测压管水头相等。 利用液体的平衡规律，可测量和计算出连通的静止液体中任意一点的压强，这就是测压管测量静水压强的原理。 压强水头 γ p 和位臵水头z 之间的互相转换，决定了夜柱高和压差的对应关系：h γp ?=? 对装有水油（图1.2及图1.3）U 型侧管,在压差相同的情况下，利用互相连通的同种液体的等压面原理可得油的比重So 有下列关系： 2 1100h h h γγS w += = 图1.2 图1.3 据此可用仪器（不用另外尺）直接测得So 。 四、实验方法与步骤 1.搞清仪器组成及其用法。包括： 1）各阀门的开关； 2）加压方法 关闭所有阀门（包括截止阀），然后用打气球充气； 3）减压方法 开启筒底阀11放水 4）检查仪器是否密封 加压后检查测管1、2、5液面高程是否恒定。若下降，表明漏气，应查明原因并加以处理。
水力学实验1-参考答案
水力学实验 参考答案 静水压强实验 1．同一静止液体内的测压管水头线是根什么线？ 测压管水头指p z +，即静水力学实验仪显示的测压管液面至基准面的垂直高度。测压管水头线指测压管液面的连线。实验直接观察可知，同一静止液面内的测压管水头线是一根水平线。 2．当0?B p 时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。 0?B p ，相应容器的真空区域包括以下三个部分： （1）过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，该水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占区域，均为真空区域。 （2）同理，过箱顶小不杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区域。 （3）在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区域。这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。 3．若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定0γ。 最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度h 和0h ，由式00h h w w γγ= ，从而求得0γ。 4．如测压管太细，对于测压管液面的读数将有何影响？ 设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛细高度由下式计算 γ θσd h cos 4= 式中，σ为表面张力系数；γ为液体容量；d 为测压管的内径；h 为毛细升高。常温的水，
m N 073.0=σ，30098.0m N =γ。水与玻璃的浸润角θ很小，可以认为0.1cos =θ。于是有 d h 7.29= （h 、d 均以mm 计） 一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm 时，毛细影响可略而不计。另外，当水质不洁时，σ减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机下班玻璃作测压管时，浸润角θ较大，其h 较普通玻璃管小。 如果用同一根测压管测量液体相对压差值，则毛细现象无任何影响。因为测量高、低压强时均有毛细现象，但在计算压差时，互相抵消了。 5．过C 点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面？哪一部分液体是同一等压面？ 不全是等压面，它仅相对管1、2及水箱中的液体而言，这个水平面才是等压面。因为只有全部具有下列5个条件的平面才是等压面：（1）重力液体；（2）静止；（3）连通；（4）连通介质为同一均质液体；（5）同一水平面。而管5与水箱之间不符合条件（4），相对管5和水箱中的液体而言，该水平面不是水平面。 6、用该实验装置能演示变液位下的恒定水流吗？ 关闭各通气阀门，开启底阀，放水片刻，可看到有空气由C 进入水箱。这时阀门的出流就是变液位下的恒定水流。因为由观察可知，测压管1的液面始终与C 点同高，表明作用于底阀上的总水头不变，故为恒定流动。这是由于液位的降低与空气补充使箱体表面真空度的减小处于平衡状态。医学上的点滴注射就是此原理应用的一例，医学上称这为马利奥特容器的变液位下恒定流。
水力学知识点小结(给排水专业)
2、若以τ代表单位面积上的内摩擦力，则称为切应力，根据牛顿内摩擦定律， 则τ的计算公式为：dy du μτ= 。 3、毛细管现象是在 表面张力 的作用下产生的，用测压管来测管道中水的 压强时，若测压管太细，会使测量结果： 偏大 （偏大或偏小）。 6、理想气体不可压缩流体恒定元流能量方程或伯努利方程为： g u Z P g u Z P 2222222 111++=++γγ 。 7、均匀流（或渐变流）过流断面上的压强分布服从于水静力学规律，则任一均匀流（或渐变流）过流断面上的压强分布规律为：22 11 Z P Z P +=+γγ 。 6、求作用于曲面的液体压力时，我们通常将此压力分为水平方向和铅直方向的 分力分别进行计算，试写出水平分力F x 和铅直分力F z 的数学表达式，F x = z c A h ??γ F z = V ?γ 8、写出恒定总流伯努利方程式：212 222 22 111 122-+++=++l h g V p z g V p z αγαγ 14、孔口自由出流的基本方程式为：02H g A Q ????=μ 。 17、已知流速分布22y x y u x +-=，则旋转线变形速度=x θ ()2222y x xy + 18、不可压缩流体三元流连续性微分方程为：0=??+??+??z u y u x u z y x 。 19、不可压缩流体的速度分量为：0,2,2=-==z y x u y u x u ，则其速度势函数 =? 233 1y x - 。 6、对于空气在管中的流动问题，气流的能量方程式可以简化为：2122 22 1122-++=+l h v p v p ρρ，其中121==αα。 5、盛满水的圆柱形容器，设其半径为R ，在盖板边缘开一个孔，当容器以某一 个角速度ω绕铅直轴转动时，液体中各点压强分布为：??? ? ??-=g r g R P V 222222ωωγ 。 9、测压管水头H p 与同一断面上总水头H 之间的关系为：g v H H P 22 += 。
水力学考试重点总结
水力学.docx？ 以下是该文档的文本预览效果，预览是为了您快捷查看，但可能丢失了某些格式或图片。打印|下载？ 水力学总结 概念 1粘性；粘滞性是流体固有的物理属性，当液体处于运动状态时，若液体质点之间存在相对运动则质点之间要产生内摩擦力，抵抗其相对运动，这种性质称为液体的粘滞性，其中的内摩擦力称为粘滞力。 2质量力；作用于隔离体内每一个液体质点上的力，其大小与受作用的液体的质量成正比，与加速度有关。在均质液体中，质量力也必然与受作用的液体的体积成比例，所以又称为体积力。最常见的质量力包括重力、惯性力。 3表面力；作用于隔离体表面上的力，并与受作用的液体表面积成比例。 4牛顿内摩擦定律（公式）；液体的内摩擦力与其速度梯度du成正比，与液层的接触面积A成正比，与流体的性质有关，而与接触面的压力无关。液体的粘滞性是液体发生机械能损失的根源。内摩擦力：T=μAdu切应力：t=μdu 5静水压强；静水压力除以接触面积称为静水压强。 6静水压强特性；第一特性：压强方向与作用面内法线方向重合。第二特性：静止液体中任一点静水压强的大小与作用面的方向无关，或者说，作用于同一点各方向的静水压强大小相等。 7静水压强基本方程(两种形式)；;Z+p/r=C 8Z+p/r=C公式中各项的几何意义及能量意义；几何意义：z—位置水头（计算点位置高度）、p/γ—压强水头（压强高度或测压管高度）、z+p/γ—测压管水头、z＋p/γ＝C—静止液体中各点位置高度与压强高度之和不变。能量意义：z—单位势能、p/γ—单位压能、z+p/γ—单位全势能、z＋p/γ＝C—静止液体中各点单位质量液体的全势能守恒。 9绝对压强、相对压强、真空度；绝对压强：以毫无一点气体存在的绝对真空为零点起算的压强，称为绝对压强pabs相对压强：以同高程大气压强pa为零点起算的压强，称为相对压强。p＝p’－pa。p为正值称为正压，p为负值称为负压，负压的绝对值称为真空度pv＝－p 10描述液体运动的两种方法(各自的概念)；拉格朗日法定义：把流场中的液体看做是由无数连续质点所组成的质点系，追踪研究每一质点的运动轨迹并加以数学描述，从而求得整个液体运动规律的方法。欧拉法定义：直接从流场中每一固定空间点的流速分布入手，建立速度、加速度等运动要素的数学表达式，来获得整个流场的运动特性。 11欧拉法中加速度场的公式； 12恒定流；均匀流；一元、二元、三元流动；恒定流：流场中所有空间点上一切运动要素不随时间改变，这种流动称为恒定流。均匀流：各流线为平行直线的流动称为均匀流。运动要素是一个坐标的函数，称为一元流。运动要素是两个坐标的函数，称为二元流。运动要素是三个坐标的函数，称为三元流。 13流线的定义与特性；定义：流线是同一时刻由液流中许多质点组成的线,线上任一点的流速方向与该线在该点相切.流线上任一点的切线方向就代表该点的流速方向,
工程流体力学实验指导书
工程流体力学实验指导书与报告 华中科技大学交通学院 性能实验室 2 00 6．9
(一) 不可压缩流体恒定流能量方程 (伯诺里方程)实验 一、实验目的要求 1．验证流体恒定总流的能量方程； 2．通过对动水力学诸多水力现象的实验分析研讨，进一步掌握有压管流中动水力学的能量转换特性； 3．掌握流速、流量、压强等动水力学水力要素的实验量测技能。 二、实验装置 本实验的装置如图2．1所示。 说明 本仪器测压管有两种： 1．毕托管测压管(表2．1中标*的测压管)，用以测读毕托管探头对准点的总水头 )2(2g u p Z H ++='γ，须注意一般下H ’与断面总水头)2(2 g v p Z H + +=γ不同(因一般v u ≠)，
它的水头线只能定性表示总水头变化趋势； 2．普通测压管(表2．1未标*者)，用以定量量测测压管水头。 实验流量用阀13 调节，流量由体积时间法(量筒、秒表另备)、重量时间法(电子称另备)或电测法测量(以下实验类同)。 三、实验原理 在实验管路中沿管内水流方向取n 个过水断面。可以列出进口断面(1)至另一断面(i)的能量方程式(i=2，3，……，n) i i i i i hw g v a p Z g v a p Z ,122 111 122+++=++γγ 取121====n a a a Λ，选好基准面，从已设置的各断面的测压管中读出γ p Z + 值，测出 通过管路的流量，即可计算出断面平均流速v 及g av 22 ，从而即可得到各断面测管水头和总水 头。 四、实验方法与步骤 1．熟悉实验设备，分清哪些测管是普通测压管，哪些是毕托管测压管，以及两者功能的区别。 2．打开开关供水，使水箱充水，待水箱溢流，检查调节阀关闭后所有测压管水面是否齐平。如不平则需查明故障原因(例连通管受阻、漏气或夹气泡等)并加以排除，直至调平。 3．打开阀13，观察思考 1)测压管水头线和总水头线的变化趋势；2)位置水头、压强水头之间的相互关系；3)测点(2)、(3)测管水头同否?为什么? 4)测点(12)、(13)测管水头是否不同?为什么? 5)当流量增加或减少时测管水头如何变化? 4．调节阀13开度，待流量稳定后，测记各测压管液面读数，同时测记实验流量(毕托管供演示用，不必测记读数)。 5．改变流量2次，重复上述测量。其中一次阀门开度大到使19号测管液面接近标尺零点。 五、实验成果及要求 ’ 1．记录有关常数 均匀段D1= cm 缩管段D2= cm 扩管段D3= cm 水箱液面高程=?0 cm 上管道轴线高程=?z cm 实验装置台号No______________
水力学实验-1
水力学实验 指导书与报告 专业班级学号姓名 贵州大学土木建筑工程学院 水力学实验室
目录 1．实验一：流体静力学实验 2．实验二：不可压缩流体恒定流能量方程(伯诺里方程)实验4．实验三：雷诺实验 5．实验四：文丘里流量计实验
实验一：流体静力学实验 一、实验目的要求 1．掌握用测压管测量流体静压强的技能； 2。验证不可压缩流体静力学基本方程； 3．通过对诸多流体静力学现象的实验分析研讨，进一步提高解决静力学实 际问题的能力。 二、实验装置 本实验装置如图1.1所示 图1．1流体静力学实验装置图 1．测压管；2．带标尺测压管；3．连通管；4．真窄测压管；5．U 型测压管 6．通气阀；7．加压打气球；8．截止阀； 9．油柱；l0．水柱；11．减压放水阀。 三、实验原理 1．在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程 p z const γ + = 或 0p p h γ=+ 式中： Z ——被测点在基准面以上的位置高度
p ——被测点的静水压强。用相对压强表示，以下同； 0p ——水箱中液面的表面压强； γ——液体容重； H ——被测点的液体深度 另对装有水油(图1．2及图1．3)U 型测管，应用等压面可得油的比重S 。有下列关系：01 012 h S h h ωγγ= = + 据此可用仪器(不用另外尺)直接测得S 。 2、采用加压法、减压法来测定各断面的压强，油的容重 四、实验方法与步骤 1．搞清仪器组成及其用法。 包括： 1）各阀门的开关； 2 )加压方法 关闭所有阀门(包括截止阀)，然后用打气球充气； 3 )减压方法 开启筒底阀ll 放水； 4 )检查仪器是否密封，加压后检查测管1、2、5液面高程是否恒定。 若下降，表明漏气，应查明原因并加以处理。 2．记录仪器号No ．及各常数(记入表1.1)。 3．量测点静压强(各点压强用厘米水柱高表示)。 1)打开通气阀6(此时0P =O)，记录水箱液面标高?。和测管2液面标高H ? (此时0?=h ?)； 2)关闭通气阀6及截止阀8，加压使之形成0P >O ，测记0?及h ? “；
水力学知识点讲解
《水力学》学习指南 中央广播电视大学水利水电工程专业(专科) 同学们，你们好！这学期我们学习的水力学是水利水电工程专业重要的技术基础课程。通过本课程的学习，要求大家掌握水流运动的基本概念、基本理论和分析方法，；能够分析水利工程中一般的水流现象；学会常见的工程水力计算。 今天直播课堂的任务是给大家进行一个回顾性总结，使同学们在复习水力学时，了解重点和难点，同时全面系统的复习总结课程内容，达到考核要求。 第一章 绪 论 (一)液体的主要物理性质 1．惯性与重力特性：掌握水的密度ρ和容重γ； 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 : 注意牛顿内摩擦定律适用范围：1)牛顿流体， 2)层流运动 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。 下面我们介绍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：忽略粘滞性的液体。 （三）作用在液体上的两类作用力 第二章 水静力学 水静力学包括静水压强和静水总压力两部分内容。通过静水压强和静水总压力的计算，我们可以求作用在建筑物上的静水荷载。 （一）静水压强： 主要掌握静水压强特性,等压面,水头的概念，以及静水压强的计算和不同表示方法。 1．静水压强的两个特性： （1）静水压强的方向垂直且指向受压面 （2）静水压强的大小仅与该点坐标有关，与受压面方向无关， 2.等压面与连通器原理：在只受重力作用,连通的同种液体内, 等压面是水平面。 (它是静水压强计算和测量的依据） 3．重力作用下静水压强基本公式（水静力学基本公式） p=p 0+γh 或 其中 ： z —位置水头， p/γ—压强水头 （z+p/γ）—测压管水头 请注意，“水头”表示单位重量液体含有的能量。 4．压强的三种表示方法：绝对压强p ′，相对压强p ， 真空度p v , ↑ 它们之间的关系为：p= p ′-p a p v =│p │（当p ＜0时p v 存在）↑ 相对压强:p=γh,可以是正值，也可以是负值。要求掌握绝对压强、相对压强和真空度三者的概念 c p z =+γ dy du μ τ=
水力学论文
水面曲线研究 ——伯努利方程的利用 前言:之所以选择这个题目,就是在做水力学实验中,曾经与同学对水箱中水从最高处落下时形成的曲线(相当于大坝溢流形式的平滑曲线)进行了讨论,因此对这种现象进行了研究,本文就就是在基于对水面曲线及其计算的研究过程中,体会到了与水力学课程相关的一些知识的深化应用,并在此处将研究过程中的一些感想与收获表达出来。 摘要:水面曲线,简称水面线,指河流水面与其纵断面的交线。水面曲线就是防洪工程中与输水工程中重要的问题——水面线就是防堤标高的最重要的依据,也就是输水渠道规划的重要依据;水面线也就是水工建筑物设计时必须考虑的重点。水面曲线的计算,就就是根据河道地形、纵横断面资料与河道糙率,推求河段在某一流量下各横断面处的水位值,据此即可连出一条对应于该流量的水面曲线。本文在对现阶段水面曲线计算方法进行对比研究之后,从伯努利能量方程的角度出发对水面曲线进行推求,并指出现阶段传统计算方法的不足与水面曲线推求中需要注意的问题 关键词:水面曲线、曲线计算、伯努利方程、推求问题 对水面曲线的研究在防洪工程与输水工程中具有重要意义,为了对这一工作进行描述,首先必须说明其计算的方式。现阶段在对天然河道水面曲线的传统计算方法一般就是采用不计局部水头损失的能量方程(差分形式)逐段推算,但这种方法必须首先确定初始位置的水高及流速,并且在河段内没有控制断面或水文测站时,一般选择较为顺直、断面变化不大且较长的河段当做均匀流计算其水深,并根据其上、下游河段的情况将该水深作为初始断面的水深,然后以此断面为初始计算断面往上游与下游分别逐段计算全河段的水面线。但就是由于河流断面形状的多变性,考虑其局部损失,下面给出基于伯努利方程的水面曲线的计算方法。 我们选定上下游两个断面,假定推算时从下游到上游逐步推算,则令下游断面的量为已知,根据明渠恒定非均匀渐变流能量方程,有 2g 2g 21w 2221V h V Z Z αα-++= 其中, 1Z 、1V ——上游断面的水位与平均流速;
