水力学复习提纲资料课件

水力学复习提纲水力学复习提纲嘉应学院嘉应学院 化学与环境学院化学与环境学院第3章-2-n1 1、了解水力学概念、液体的基本特征。、了解水力学概念、液体的基本特征。n水力学水力学 研究液体机械运动规律及其应用的科学。研究液体机械运动规律及其应用的科学。n特征：（流动性），只能抗压，不能抗拉。特征：（流动性），只能抗压，不能抗拉。n2 2、了解连续介质模型、质点概念。、了解连续介质模型、质点概念。n连连续续介介质质模模型型由由密密集集质质点点构构成成的的、内内部部无无间间隙隙的的连连续体。续体。n质点质点含有大量分子的，与一切流动空间相比体积可含有大量分子的，与一切流动空间相比体积可忽略不计的具有一定质量的液体微团。忽略不计的具有一定质量的液体微团。第第1 1章章 绪论绪论第3章-3-n3 3、掌握表面力、质量力的概念、掌握表面力、质量力的概念。n表面力表面力通过直接接触，施加在隔离体接触表面上的通过直接接触，施加在隔离体接触表面上的力。通常以应力表示。力。通常以应力表示。n质量力质量力施加在隔离体每个质点上的力，如重力。施加在隔离体每个质点上的力，如重力。n4 4、了解惯性、粘滞性（黏度）、压缩性、热胀、了解惯性、粘滞性（黏度）、压缩性、热胀性、汽化等特性。性、汽化等特性。第第1 1章章 绪论绪论第第2 2章章 水静力学水静力学第3章-5-n1 1、掌握静止液体中压强的特性。、掌握静止液体中压强的特性。n静水压强的方向垂直并指向作用面。静水压强的方向垂直并指向作用面。n静止液体中任一点压强的大小与作用面的方向无关。静止液体中任一点压强的大小与作用面的方向无关。n2 2、掌握等压面的概念。、掌握等压面的概念。n等压面等压面压强相等的空间点构成的面。压强相等的空间点构成的面。n两个不同的等压面不会相交。两个不同的等压面不会相交。n互不混合的液体的分界面是等压面。互不混合的液体的分界面是等压面。n质量力与等压面相互垂直。质量力与等压面相互垂直。第第2 2章章 水静力学水静力学第3章-6-n4、掌握绝对压强、相对压强、真空压强及计算。、掌握绝对压强、相对压强、真空压强及计算。第第2章章 水静力学水静力学绝对压强（绝对压强（absolute pressure)以无气体分子存在的以无气体分子存在的完完 相对压强（相对压强（gage pressure)以以当地大气压为零点当地大气压为零点计量计量全真空为零点全真空为零点计量的压强值，用符号计量的压强值，用符号pabs表示。表示。的压强值，用符号的压强值，用符号 p 表示。表示。（表压强）（表压强）（表压强）（表压强）或或 真空压强又可表示为相对压强的负值，故又称真空压强又可表示为相对压强的负值，故又称负压负压。真空压强真空压强 绝对压强小于大气压强的差值，以符号绝对压强小于大气压强的差值，以符号pv表示。根据定义有：表示。根据定义有：第3章-7-n4 4、掌握绝对压强、相对压强、真空压强及计算。、掌握绝对压强、相对压强、真空压强及计算。n压强单位：帕（压强单位：帕（Pa），千帕（），千帕（kPa或或103Pa），），兆帕（兆帕（MPa或或106Pa）；）；n谈到压强，如无特别说明，均指谈到压强，如无特别说明，均指相对压强相对压强。n大气压如无特别说明，常用大气压如无特别说明，常用工程大气压工程大气压计算。计算。n工程大气压（工程大气压（at）：）：1 at 相当于相当于 98000 Pa 或或 1 at 相当于相当于 0.1 MPa；n1 工程大气压可维持工程大气压可维持10 mH2O高；高；n1 工程大气压可维持工程大气压可维持736 mmHg高。高。第第2 2章章 水静力学水静力学第3章-8-【例例】求水库水深为求水库水深为2.5m处的相对压强、绝对压强。处的相对压强、绝对压强。解：解：方程方程p=p0+h 取相对压强取相对压强 p0=pa=0 p=0+9.82.5=24.5（kPa）取绝对压强取绝对压强 p0绝绝=pa=98（kPa）p=98+9.82.5=122.5（kPa）第第2 2章章 水静力学水静力学第3章-9-n5、掌握测压管水头及计算。、掌握测压管水头及计算。第第2章章 水静力学水静力学式中式中 z -某点在基准面以上的高度，称某点在基准面以上的高度，称位置高度位置高度或或-测压管的液面到该点的高度，称测压管的液面到该点的高度，称测压管高测压管高压管水头压管水头（static head）。）。-静止液体中，静止液体中，各点的测压管水头相同各点的测压管水头相同。度度或或压强水头压强水头（pressure head）。）。位置水头位置水头（elevation head）。）。-测压管的液面到基准面的总高度，称测压管的液面到基准面的总高度，称测测第3章-10-n6、掌握真空度及计算公式。、掌握真空度及计算公式。n n 当某点的绝对压强小于大气压，即处于真空状态时，当某点的绝对压强小于大气压，即处于真空状态时，真空值的大小也可用真空值的大小也可用液柱高度液柱高度即即真空度真空度表示出来。表示出来。第第2章章 水静力学水静力学hv称为真空高度，简称称为真空高度，简称真空度真空度。第3章-11-n7、掌握压强分布图的画法。、掌握压强分布图的画法。第第2章章 水静力学水静力学 压强分布图压强分布图 在受压面承压一侧，根据压强的特性，在受压面承压一侧，根据压强的特性，按按一定比例的矢量线段一定比例的矢量线段表示的压强大小和方向的图形。表示的压强大小和方向的图形。对于开口容器，压强通常用对于开口容器，压强通常用相对压强相对压强表示。表示。静水压强分布图绘制方法：静水压强分布图绘制方法：1.按一定比例按一定比例,用线段长度代表该点静水压强的大小；用线段长度代表该点静水压强的大小；2.用箭头表示静水压强的方向用箭头表示静水压强的方向,并与作用面垂直。并与作用面垂直。第3章-12-第第2章章 水静力学水静力学第3章-13-n8、掌握连通器内等压面的判断。、掌握连通器内等压面的判断。第第2章章 水静力学水静力学12 均、连、水 23 均、连、水 38 不、不、水 45 均、连、水 47 不、不、水 67 均、连、水 等压面的条件：等压面的条件：连通连通的的相同液体相同液体的的水平面水平面。第3章-14-【例例】某供水管路上装一复式某供水管路上装一复式U形水银测压计，如图所示。形水银测压计，如图所示。已知测压计显示的各液面的标高和已知测压计显示的各液面的标高和A点的标高为：点的标高为：试确定管中试确定管中A点压强。点压强。n9、掌握连通器压力的计算。、掌握连通器压力的计算。第第2章章 水静力学水静力学第3章-15-解：解：因因2-2、3-3、4-4为等压面，根据静压强公式可得为等压面，根据静压强公式可得 已知断面已知断面1上作用着大气压，上作用着大气压，因此可以从点因此可以从点1开始，通过等压面，开始，通过等压面，并应用流体静力学基本方程式，并应用流体静力学基本方程式，逐点推算，最后便可求得逐点推算，最后便可求得A点压点压强。强。，第3章-16-将已知值代入上式，得将已知值代入上式，得 ，联立求得联立求得 第3章-17-第第2章章 水静力学水静力学n10、掌握平面壁上的静止液体总压力大小、掌握平面壁上的静止液体总压力大小（F=pA）,总压力作用点的计算。总压力作用点的计算。n求解方法有求解方法有解析法解析法和和图算法图算法。一、解析法一、解析法矩形矩形:圆圆:第3章-18-二、图解法二、图解法 式中式中Ap为为压强分布图的面积大小压强分布图的面积大小。第3章-19-第3章-20-一矩形闸门铅直放置，如图所示，闸门顶水深一矩形闸门铅直放置，如图所示，闸门顶水深h1=1m，闸门高，闸门高h=2m，宽，宽b=1.5m，试用解析法和图解法求，试用解析法和图解法求静水总压力静水总压力P的大小及作用点。的大小及作用点。Example第3章-21-解析法解析法解题步骤解解：求静水总压力求静水总压力 由图知，矩形闸门几何形心由图知，矩形闸门几何形心面积面积代入公式代入公式，得，得bhCCb第3章-22-求压力中心求压力中心求压力中心求压力中心 因因 代入公式代入公式面积惯距面积惯距，得，得而且压力中心而且压力中心D在矩形的对称轴上。在矩形的对称轴上。CDblClDhC第3章-23-解题步骤解题步骤闸门宽闸门宽b=1.5m，代入公式，代入公式图解法图解法先绘相对压强分布图，见图。先绘相对压强分布图，见图。压强分布图的面积压强分布图的面积，得，得因压强为梯形分布，压力中心因压强为梯形分布，压力中心D离底的距离离底的距离e为为gh1g(h1+h)eDlD第3章-24-如图所示，或如图所示，或而且压力中心而且压力中心D D在矩形的对称轴上。在矩形的对称轴上。gh1g(h1+h)eDlD第3章-25-第第2章章 水静力学水静力学n11、掌握曲面壁上的静止液体总压力大小及方向、掌握曲面壁上的静止液体总压力大小及方向的确定。的确定。式中式中 FPx 总压力的水平分力；总压力的水平分力；Ax 曲面的铅垂投影面；曲面的铅垂投影面；hc 投影面形心点深度；投影面形心点深度；pc 投影面形心点压强。投影面形心点压强。A A、总压力的水平分力：总压力的水平分力：第3章-26-B B、总压力的铅垂分力总压力的铅垂分力总压力的铅垂分力总压力的铅垂分力V是整个曲面到自由液面的柱体体积；是整个曲面到自由液面的柱体体积；即为即为压力体压力体的体积。的体积。C、总压力的合力、总压力的合力D、总压力的方向、总压力的方向第3章-27-如图为一溢流坝上的弧形闸门。已知：如图为一溢流坝上的弧形闸门。已知：R10m，闸门宽，闸门宽b=8m，=30。求作用在该弧形闸。求作用在该弧形闸门上的静水总压力的大小和方向。门上的静水总压力的大小和方向。Example第3章-28-（1 1）水平分力）水平分力 解题步骤解解：铅垂投影面如图铅垂投影面如图面积面积投影面形心点淹没深度投影面形心点淹没深度所以所以 方向向右方向向右 b bC Ch hh hC C第3章-29-（2 2）铅直分力）铅直分力）铅直分力）铅直分力压力体如图中压力体如图中abcde 压力体体积压力体体积 因因 所以所以故故方向向上方向向上=扇形面积ode三角形面积ocd 4.52=第3章-30-（3）总压力）总压力(4)作用力的方向作用力的方向合力指向曲面，合力指向曲面，其作用线与水平方向的夹角其作用线与水平方向的夹角第第3 3章章 水动力学水动力学第3章-32-n1、了解欧拉法概念。、了解欧拉法概念。n2、了解流线、迹线、（非）恒定流、（非）均、了解流线、迹线、（非）恒定流、（非）均匀流、元流、总流匀流、元流、总流 等概念。等概念。第第3章章 水动力学水动力学 欧拉法欧拉法以充满液体的空间，即以充满液体的空间，即流场流场为对象，观察不同为对象，观察不同时刻流场中时刻流场中各空间点各空间点上液体质点的运动参数（流速等），将上液体质点的运动参数（流速等），将其汇总起来，就形成了对整个流场的描述。其汇总起来，就形成了对整个流场的描述。第3章-33-n3、掌握水动力学三大方程：、掌握水动力学三大方程：连续性方程、伯努连续性方程、伯努利方程、动量方程。利方程、动量方程。nA、连续性方程、连续性方程第第3章章 水动力学水动力学A1 A2 Q1 Q2 v1 v2 或或第3章-34-nB、伯努利方程、伯努利方程第第3章章 水动力学水动力学（1 1）实际液体总流的伯努利方程）实际液体总流的伯努利方程:（2 2）有能量输入或输出的伯努利方程：）有能量输入或输出的伯努利方程：第3章-35-应用条件：应用条件：流动必须是流动必须是恒定流恒定流，并且流体是，并且流体是不可压缩不可压缩的。的。作用于流体上的质量力只有作用于流体上的质量力只有重力重力。所取的上下游两个断面应在渐变流段中所取的上下游两个断面应在渐变流段中，以符合断面上，以符合断面上测压管水头等于常数这一条件。但在两个断面之间流动测压管水头等于常数这一条件。但在两个断面之间流动可以不是渐变流。可以不是渐变流。断面应选在已知条件较多的位置断面应选在已知条件较多的位置。为。为计算简便，计算简便，计算点通常取管道中心点或渠道水面点计算点通常取管道中心点或渠道水面点。第3章-36-应用步骤：应用步骤：1、选取、选取1-1、2-2断面断面(渐变流过水断面渐变流过水断面)；2、选取基准面、选取基准面0-0(方便计算方便计算)；3、定出、定出p的计算点的计算点(管轴线或自由液面上。管轴线或自由液面上。p用相对压强用相对压强)；4、列、列Bernoulli方程。方程。第3章-37-【例例】用直径用直径 D=100mm 的水管自开口水箱引水。水箱的水管自开口水箱引水。水箱水面与管道出口断面中心的高差水面与管道出口断面中心的高差 H=4m 且保持恒定，水头且保持恒定，水头损失损失 hl=3m。求管道流量。求管道流量 Q。【解解】由总流伯努利方程由总流伯努利方程2）选取基准面）选取基准面 0-0；3）定计算点）定计算点4）列方程）列方程 z1=H，z2=0；p1=0，p2=0；v1=0，v2 待求；令待求；令=1。1）选取计算断面）选取计算断面 1-1 和和 2-2；0HD01122第3章-38-【例例】离心泵由水池抽水。已知泵的安装高度为离心泵由水池抽水。已知泵的安装高度为 Hs=5m，泵的抽水量泵的抽水量 Q=5.56 L/s，泵的吸水管直径，泵的吸水管直径 D=100mm，吸水，吸水管的水头损失管的水头损失 hl=0.25mH2O。试求水泵进口处的真空度。试求水泵进口处的真空度。【解解】2）取基准面）取基准面0-0；1）取计算断面）取计算断面1-1，2-2；3 3）z1=0，z2=Hs；p1=pa，p2待求。待求。4）v1=0，v2 可求；令可求；令=1。其中其中DHs s001122第3章-39-nC、动量方程、动量方程第第3章章 水动力学水动力学恒定总流动量方程：恒定总流动量方程：写成写成X、Y、Z方向的分量形式：方向的分量形式：第3章-40-应用步骤：应用步骤：1、选好两端断面、选好两端断面(渐变流断面渐变流断面)；3、灵活选择坐标系、灵活选择坐标系(原则：未知量少，方便计算原则：未知量少，方便计算)；5、列动量方程并求解、列动量方程并求解(通常要联解通常要联解)。4、全面考虑外力、全面考虑外力(大小和方向大小和方向)2、作出控制体、作出控制体(两端断面、固壁周界或自由水面围成两端断面、固壁周界或自由水面围成)；动水总压力动水总压力P，整个流段重力，整个流段重力G，边界给流段的阻力，边界给流段的阻力F，因速度改变而产生的作用力，因速度改变而产生的作用力R，.。（动水总压力（动水总压力P要用相对压强计算要用相对压强计算!）将各力及流速在坐标轴上的投影代入动量方程求解将各力及流速在坐标轴上的投影代入动量方程求解第3章-41-【例例】水平输水弯管。直径由水平输水弯管。直径由 D1=200mm经经=60o转角变转角变为为D2=150mm。已知转弯前断面的表压强。已知转弯前断面的表压强 p1=18 kPa，输水，输水流量流量Q=0.1 m3/s，不计水头损失，求水流对弯管的作用力。，不计水头损失，求水流对弯管的作用力。【解解】1.选断面，取控制体；选断面，取控制体；2.取坐标系；取坐标系；3.找出控制体上所受外力；找出控制体上所受外力；D1D21122xoyp1p2FRyFRx4.将动量方程分别投影在将动量方程分别投影在不同的坐标轴上，即不同的坐标轴上，即第3章-42-上式中上式中FP2=p2 A2 中的中的 p2 需通过列需通过列1-2断面间的伯努利方程求得。断面间的伯努利方程求得。将各量代入动量方程，得弯管对水流的作用力为将各量代入动量方程，得弯管对水流的作用力为其中其中水流对弯管的作用力与弯管对水流的作用力大小相等方向相反水流对弯管的作用力与弯管对水流的作用力大小相等方向相反第3章-43-三大方程的对比三大方程的对比第第5 5章章 水头损失水头损失第3章-45-n1、掌握水头损失分类，各自计算公式。、掌握水头损失分类，各自计算公式。第第5章章 水头损失水头损失 A、沿程水头损失、沿程水头损失 B、局部水头损失、局部水头损失 一般地，对整个管道系统有一般地，对整个管道系统有第3章-46-n2、掌握流态的判别。、掌握流态的判别。第第5章章 水头损失水头损失 A A、对于对于圆管流动圆管流动 Re Rec=2300，流动为层流；流动为层流；将雷诺数将雷诺数 Re 的值与临界雷诺数的值与临界雷诺数 Rec=2300 相比较：相比较：Re Rec=2300，流动为紊流；流动为紊流；Re=Rec=2300，流动则为临界流。流动则为临界流。B B、对于对于明渠明渠或或非圆管流非圆管流Re ReRc=575，流动为层流；流动为层流；Re ReRc=575，流动为紊流；流动为紊流；Re=ReRc=575，流动为临界流。流动为临界流。第3章-47-【例例】有一直径有一直径 D=25mm 的水管，流速的水管，流速 v=1.0m/s，水，水温为温为10oC，试判别流态。，试判别流态。【解解】由表由表1-3 查得查得10oC时水的运动黏度时水的运动黏度=1.30610-6m2/s，计算雷诺数计算雷诺数此管流为紊流。此管流为紊流。第3章-48-n3、了解紊流中粘性底层的含义。、了解紊流中粘性底层的含义。第第5章章 水头损失水头损失 实际的紊流流动中，在紧靠固体壁面处，存在着一薄层，实际的紊流流动中，在紧靠固体壁面处，存在着一薄层，薄层内的流态为薄层内的流态为层流层流，称为，称为层流底层层流底层或或黏性底层黏性底层。黏性底层的厚度随雷诺数的增加而减小。黏性底层的厚度随雷诺数的增加而减小。第3章-49-n4、了解尼古拉兹阻力实验分区。、了解尼古拉兹阻力实验分区。第第5章章 水头损失水头损失第3章-50-n5、了解谢才公式和曼宁公式。、了解谢才公式和曼宁公式。第第5章章 水头损失水头损失式中式中 v 断面平均流速；断面平均流速；R 水力半径；水力半径；J 水力坡度；水力坡度；C 谢才系数（谢才系数（m0.5/s）。）。谢才公式：谢才公式：谢才系数可由谢才系数可由曼宁（曼宁（Manning）公式）公式计算，即计算，即式中式中 n粗糙系数粗糙系数,见表见表5-2,5-3；第3章-51-n6、掌握沿程水头损失计算。、掌握沿程水头损失计算。第第5章章 水头损失水头损失计算公式：计算公式：A、层流区：、层流区：B、紊流区：、紊流区：采用采用穆迪图穆迪图计算计算 。其中其中 由由Re和和e/D查穆迪图求出。查穆迪图求出。第3章-52-当量粗糙度当量粗糙度e第3章-53-Ree/D第3章-54-n如何查穆迪图？以如何查穆迪图？以e/D=0.001，Re=1.04105为例。为例。若若e/D=0.0015呢？呢？第3章-55-第3章-56-第3章-57-n7、掌握局部水头损失计算。、掌握局部水头损失计算。第第5章章 水头损失水头损失A、圆管突然扩大、圆管突然扩大局部水头损失的一般式：局部水头损失的一般式：或或特别地，当特别地，当 A2A1时，时，称为管道出口阻力系数。称为管道出口阻力系数。p1p212G12第3章-58-（2）圆管突然缩小）圆管突然缩小其中其中特别地，当特别地，当 A1A2时，时，称为管道入口阻力系数。称为管道入口阻力系数。A1A2v1v2第3章-59-第3章-60-第3章-61-第3章-62-第3章-63-n8、掌握水头线的画法。、掌握水头线的画法。第第5章章 水头损失水头损失第3章-64-Example 水头线的画法水头线的画法第3章-65-Example 水头线的画法水头线的画法第3章-66-第3章-67-第第6 6章章 有压管流有压管流第3章-69-n1、了解有压管流含义。、了解有压管流含义。第第6章章 有压管流有压管流有压管流：有压管流：n指液体在管道中的指液体在管道中的满管流动满管流动。除特殊点外，管中液体的相。除特殊点外，管中液体的相对压强一般不为零，故名。对压强一般不为零，故名。特点：特点：n没有自由表面，周长等于湿周没有自由表面，周长等于湿周n压力压力p pa(有自由表面则不是有压流有自由表面则不是有压流)例子：例子：n城市供水管道系统、输油管道、泵站管道城市供水管道系统、输油管道、泵站管道 第3章-70-n2、了解短管出流、长管出流含义。、了解短管出流、长管出流含义。第第6章章 有压管流有压管流 短管出流短管出流指水头损失中沿程水头损失与局部水头损指水头损失中沿程水头损失与局部水头损比例相当、均不可以忽略的有压管流；如水泵吸水管、虹比例相当、均不可以忽略的有压管流；如水泵吸水管、虹吸管或建筑给水管等。吸管或建筑给水管等。长管出流长管出流则是与沿程水头损失相比，包括则是与沿程水头损失相比，包括流速水头在内流速水头在内的局部水头损失可以忽略或按比例折算成沿程水头损失的的局部水头损失可以忽略或按比例折算成沿程水头损失的有压管流（局部损失一般不超过沿程的有压管流（局部损失一般不超过沿程的5%10%）；按连）；按连接方式，长管又有接方式，长管又有简单管路简单管路与与复杂管路复杂管路之分之分,如市政给水管如市政给水管道等。道等。第3章-71-n3、了解长管中简单管路、复杂管路含义。、了解长管中简单管路、复杂管路含义。第第6章章 有压管流有压管流管径、管壁粗糙状况和流量沿流程不变的无分支管径、管壁粗糙状况和流量沿流程不变的无分支管道为管道为简单管道简单管道；由两条或两条以上的简单管道组成的串联管道、由两条或两条以上的简单管道组成的串联管道、并联管道和管网等管道系统称为并联管道和管网等管道系统称为复杂管道复杂管道。第3章-72-n4、了解自由出流、淹没出流方式。、了解自由出流、淹没出流方式。第第6章章 有压管流有压管流出流方式：出流方式：n自由出流自由出流n淹没出流淹没出流第3章-73-n5、掌握短管水力计算中、掌握短管水力计算中虹吸管虹吸管的相关计算。的相关计算。第第6章章 有压管流有压管流 短管水力计算可直接应用短管水力计算可直接应用伯努利方程伯努利方程求解，也可将求解，也可将伯努利方程改写成伯努利方程改写成工程应用的一般形式工程应用的一般形式，然后对短管进，然后对短管进行求解。行求解。工程应用公式：工程应用公式：第3章-74-虹吸管是一种压力管，顶部弯曲且其高程高于上游供水虹吸管是一种压力管，顶部弯曲且其高程高于上游供水水面。虹吸管的优点在于能跨越高地，减少挖方。虹吸管长水面。虹吸管的优点在于能跨越高地，减少挖方。虹吸管长度一般不长，故按短管计算。度一般不长，故按短管计算。虹吸管安装高度虹吸管安装高度Zs越大，顶部真空值越大。越大，顶部真空值越大。工程上限制顶工程上限制顶部的最大真空值不超过允许值部的最大真空值不超过允许值hv=78.5m水柱高。水柱高。虹吸管：虹吸管：第3章-75-n n常用于计算流量。常用于计算流量。n n虹吸管按淹没出流虹吸管按淹没出流 计算流量：计算流量：虹吸管：虹吸管：第3章-76-n n虹吸管最大真空高度的计算可直接应用伯努利方虹吸管最大真空高度的计算可直接应用伯努利方虹吸管最大真空高度的计算可直接应用伯努利方虹吸管最大真空高度的计算可直接应用伯努利方程。取已知断面程。取已知断面程。取已知断面程。取已知断面1-11-1和最大真空断面和最大真空断面和最大真空断面和最大真空断面C-CC-C列伯努利列伯努利列伯努利列伯努利方程，其中方程，其中方程，其中方程，其中v v1 1 0 0，得：，得：，得：，得：n n为保证虹吸管正常工作，须满足为保证虹吸管正常工作，须满足为保证虹吸管正常工作，须满足为保证虹吸管正常工作，须满足第3章-77-n例：例：如下图所示的虹吸管，上下游水池的水位差如下图所示的虹吸管，上下游水池的水位差H=2m，管长管长lAB=15m，lCB=20m，管径，管径D=200mm。进口阻力系数。进口阻力系数en0.5，出口阻力系数，出口阻力系数ex1，各转弯的阻力系数，各转弯的阻力系数b0.2，沿程阻力系数，沿程阻力系数0.025，管顶最大允许真空高度，管顶最大允许真空高度hv=7m。试求通过流量及管道最大允许超高试求通过流量及管道最大允许超高hs。第3章-78-n解：解：流量：流量：最大允许超高：最大允许超高：第3章-79-n6、掌握、掌握简单简单长管水力计算。长管水力计算。第第6章章 有压管流有压管流直径直径与与流量流量沿程不变的管道为沿程不变的管道为简单管道简单管道。如下图：如下图：列列1-2断面伯努利方程。断面伯努利方程。对于长管来说，局部水对于长管来说，局部水头损失（包括流速水头）头损失（包括流速水头）可忽略不计。可忽略不计。（沿程损失）（沿程损失）第3章-80-式中式中 s=al 称为管道的称为管道的阻抗阻抗，a 则称为则称为比阻比阻。简单管道按比阻计算的基本公式：简单管道按比阻计算的基本公式：第3章-81-比阻比阻a计算表计算表水管直径（水管直径（mm)n=0.012n=0.013n=0.0147514801740201010031937543412596.511313115036.74349.92007.929.310.82502.412.833.283000.9111.071.243500.4010.4710.5454000.1960.230.2674500.1050.1230.1435000.05980.07020.08156000.02260.02650.0307第3章-82-【解解】首先计算作用水头首先计算作用水头 【例例】采用采用铸铁管铸铁管由水塔向车间供水。由水塔向车间供水。已知水管长已知水管长2500m，管径，管径400mm，水，水塔地面标高塔地面标高61m，水塔高，水塔高18m，车间，车间地面标高地面标高45m，供水点要求最小服务，供水点要求最小服务水头水头25m，求供水量。，求供水量。然后查表求比阻，查表然后查表求比阻，查表6-1求得流量为求得流量为求得流量为求得流量为第3章-83-管壁材料管壁材料n管壁材料管壁材料n铸铁管铸铁管、陶土管陶土管0.013浆砌砖渠道浆砌砖渠道0.015混凝土管、钢混凝土管、钢筋混凝土管筋混凝土管0.0130.014浆砌块石渠道浆砌块石渠道0.017水泥砂浆抹面水泥砂浆抹面渠道渠道0.0130.014干砌块石渠道干砌块石渠道0.0200.025石棉水泥管、石棉水泥管、钢管钢管0.012土明渠（带或土明渠（带或不事草皮）不事草皮）0.0250.030常用管材曼宁粗糙系数常用管材曼宁粗糙系数n第3章-84-n7、了解复杂长管（串联管、并联管、沿程均匀、了解复杂长管（串联管、并联管、沿程均匀泄流管）的水力计算。泄流管）的水力计算。n请自行复习，考试不作要求。请自行复习，考试不作要求。第第6章章 有压管流有压管流第第7 7章章 明渠流动明渠流动第3章-86-n1、了解明渠流动特点。、了解明渠流动特点。第第7章章 明渠流动明渠流动 明渠流又称无压流。明渠流又称无压流。明渠流动的特点明渠流动的特点 （1）明渠流动具有）明渠流动具有自由液面自由液面，沿程各过流断面的表面压强，沿程各过流断面的表面压强均为大气压，重力对流动起主导作用。均为大气压，重力对流动起主导作用。（2）明渠渠底坡度的改变对流动有直接影响。）明渠渠底坡度的改变对流动有直接影响。（3）局部边界的变化将在很大范围内影响流动。）局部边界的变化将在很大范围内影响流动。第3章-87-底坡共分为三种类型：底坡共分为三种类型：底线沿程降低，底线沿程降低，i 0，称为，称为正底坡或顺坡正底坡或顺坡（slope）；）；底线沿程不变，底线沿程不变，i=0，称为，称为平坡平坡（horizontal bed）；）；底线沿程升高，底线沿程升高，i 0，称为，称为反底坡或逆坡反底坡或逆坡（adverse slope）。）。i 0 i=0 i 0 2 2、了解渠道底坡类型。、了解渠道底坡类型。第第7章章 明渠流动明渠流动第3章-88-3 3、了解棱柱形渠道和非棱柱形渠道的定义。、了解棱柱形渠道和非棱柱形渠道的定义。第第7章章 明渠流动明渠流动 断面形状与尺寸沿程断面形状与尺寸沿程不变的渠道称为不变的渠道称为棱柱形棱柱形渠道渠道；否则为；否则为非棱柱形非棱柱形渠道。渠道。非棱柱体（纽面）非棱柱体（纽面）棱棱柱柱体体 非非棱棱柱柱体体 112233棱棱柱柱体体 第3章-89-4 4、掌握明渠均匀流形成的条件。、掌握明渠均匀流形成的条件。第第7章章 明渠流动明渠流动h112zh2lx明渠均匀流只能产生在流动边界不变的顺坡渠道中。明渠均匀流只能产生在流动边界不变的顺坡渠道中。形成条件：形成条件：第3章-90-n5、掌握明渠均匀流的计算公式。、掌握明渠均匀流的计算公式。第第7章章 明渠流动明渠流动其中其中 K 称为流量模数称为流量模数 C为谢才系数为谢才系数第3章-91-n6、掌握矩形明渠均匀流的流量、掌握矩形明渠均匀流的流量Q的计算。的计算。n梯形断面明渠水力计算自行复习，考试不作要求梯形断面明渠水力计算自行复习，考试不作要求。第第7章章 明渠流动明渠流动矩形断面：矩形断面：水面宽度水面宽度 过水面积过水面积 湿湿 周周 水力半径水力半径 hb第3章-92-n7、了解水力最优的含义。、了解水力最优的含义。（考试不作要求）（考试不作要求）第第7章章 明渠流动明渠流动 将曼宁公式代入明渠均匀流基本公式将曼宁公式代入明渠均匀流基本公式 上式说明了明渠均匀流输水能力的影响因素。其中底坡上式说明了明渠均匀流输水能力的影响因素。其中底坡 i取决于地形，粗糙系数取决于地形，粗糙系数 n 取决于壁面材料。因此，输水能力取决于壁面材料。因此，输水能力 Q只决定于过流断面的大小和形状。当只决定于过流断面的大小和形状。当 i、n 和和 A 一定，使所一定，使所通过通过的流量的流量 Q 最大的断面最大的断面形状，或者使水力半径形状，或者使水力半径 R 最大，即湿周最大，即湿周P最小的断面形状定义为最小的断面形状定义为水力最优断面水力最优断面。梯形断面水力最优宽深比：梯形断面水力最优宽深比：矩形断面水力最优宽深比：矩形断面水力最优宽深比：第3章-93-n8、了解渠道最大、最小设计流速的意义。、了解渠道最大、最小设计流速的意义。第第7章章 明渠流动明渠流动渠道的设计流速：渠道的设计流速：vmax 渠道不被冲刷最大设计流速；见下页渠道不被冲刷最大设计流速；见下页vmin 渠道不被淤积最小设计流速。渠道不被淤积最小设计流速。排水明渠的最小设计流速为排水明渠的最小设计流速为0.4m/s。