水力学第五章-第1次课资料课件

1 第四章主要内容回顾第四章主要内容回顾水流阻力与水头损失 不变边界或渐变边界粘性流体沿程阻力 沿程水头损失+均匀流(渐变流)雷诺试验 急变流 变化边界粘性流体局部阻力 局部水头损失+层流紊流以雷诺数作为判别标准 2沿程水头损失 均匀流基本方程 达西公式尼古拉兹试验 沿程水头损失与切应力之间的关系揭示了Re、/d对影响规律层流紊流经验公式确定了沿程水头损失的计算公式 第四章主要内容回顾第四章主要内容回顾1产生水头损失的原因有两个方面：一是水流边界的几何条件，叫外因；二是水流自身具有粘滞性，叫内因。3水头损失的叠加原理：2雷诺试验揭示了水流的两种型态-层流和紊流。水流型态用下临界雷诺数来进行判别。型态不同，水头损失的规律也不同。3 第四章需要掌握的知识点第四章需要掌握的知识点4雷诺数表达式及流动型态判别 管流时5沿程水头损失 6局部水头损失 下临界雷诺数4 第四章需要掌握的知识点第四章需要掌握的知识点5 第四章需要掌握的知识点第四章需要掌握的知识点有压圆管矩形断面bh7.水力半径的概念A=b hx=b+2hR=bh/(b+2h)R=d/4r/2rd68.均匀流过水断面流速与切应力分布uu 第四章需要掌握的知识点第四章需要掌握的知识点71.水在管道中流动，在断面1处，管道直径d1=0.25m，相对压强p1-pa=80kPa；在断面2处，管道直径d2=0.5m，相对压强p2-pa=50kPa，流速v2=1.2m/s。两个断面的位置高差z2-z1=1m。试判断两个断面之间的水流方向，并求出这两个断面之间水流的水头损失hw。12d2d1812d2d1解：设两个断面上的总水头分别为H1和H2，两者之差即为hw。总水头总是沿流动方向减少的，由此可判断流动方向。912d2d1水从断面1流向断面2。两断面间的水头损失hw=3.163m。102.如图，储水器内的水面保持恒定，底部接一条铅直管输水，直管的直径d1=100mm，末端收缩管嘴的出口直径d2=50mm。断面1-1的水深h1=3m，断面1-1与断面3-3的高差h2=2m，断面3-3与出口断面2-2的高差h3=4m。试求断面1-1和断面3-3的压强水头。h3113322h1h20011h3113322h1h200解：不计水头损失，利用断面0-0和2-2间的能量方程求出口断面的平均流速v2，两断面对某基底的高程差分别为Z0和Z2，两断面上的压强均为大气压强，则有：12h3113322h1h200利用连续性方程求直管中断面1-1和3-3的平均流速v1和v3，对断面0-0与1-1间列能量方程，13h3113322h1h200对断面0-0与3-3间列能量方程，143.如图，水平放置的压力钢管分岔段固定在混凝土支座中。已知主干管直径D=3m，两个分岔管的直径d=2m，转角=120，主干管末端断面1-1的相对压强p1=294kPa，通过的水流量Q1=35m3/s。两条分岔管的流量相等，动水压强也相等，不计水流损失，试求水流对支座的总推力。15解：取断面1-1，2-2，3-3之间的水体为控制体，利用动量方程求支座对水流的作用力。由连续性方程求各断面的平均流速。16FxFy对断面1-1和2-2应用伯努利方程，设支座对水体的水平向作用力为Fx，方向自右向左，对水体的垂直向作用力为Fy，方向垂直向下，建立x向与y向的动量方程，有：17FxFy18FxFy支座对水体的总作用力：F19FxFy设总作用力与主干管轴线夹角为，则水流对支座的总推力与支座对水流的作用力大小相等，方向相反。F20第5章有压管道的恒定流动液体运动的基本规律:连续方程连续方程 能量方程能量方程 动量方程动量方程 水头损失的规律水头损失的规律 应用这些基本方程可解决常见的水力学问题：有压管道中的恒定流 明渠恒定流 水工建筑物水力计算 基本知识点基本知识点21管道被水充满，管道周界各点受到液体压强作用，称有压管道。其断面各点压强，一般不等于大气压强。液 体管 壁有压管道液体自由面 管 壁无压管道1.有压管道与无压管道基本知识点基本知识点22有压管中液体运动要素不随时间改变，则为有压管道的恒定流动；若运动要素随时间改变，则称为有压管中的非恒定流。根据管道的布置情况我们把它分为简单管道和复杂管道。基本知识点基本知识点23 管道按布置分为管道按布置分为 简单管道简单管道 复杂管道复杂管道 串联管道串联管道 并联管道并联管道 分叉管道分叉管道 沿程泄流管2.简单管道与复杂管道简单管道是指直径和流量沿流程不变的管道；复杂管道是指由两根以上管道组成的管道系统。可分为串联管道、并联管道、分叉管道、沿程泄流管和管网等。管网24简单管道串联管道并联管道基本知识点基本知识点短管是指管路中水流的流速水头和局部水头损失都不能忽略不计的管道；253.短管和长管基本知识点基本知识点263.短管和长管基本知识点基本知识点需要注意的是：长管和长管不是完全按管道的长短来区分的。长管是指流速水头与局部水头损失之和远小于沿程水头损失，在计算中可以忽略的管道。27注意注意注意：长管和短管不按管道绝对长度决定。当管道存在较大局部损失管件，例如局部开启闸门、喷嘴、底阀等。既是管道很长，局部损失也不能略去，必须按短管计算。基本知识点基本知识点28注意注意长管忽略局部水头损失和流速水头（沿程损失不能略去），计算工作大大简化，其对结果又没有多大影响。基本知识点基本知识点29基本知识点基本知识点4.自由出流和淹没出流自由出流:管道出口流入大气中，水股四周受大气作用。淹没出流：管道出口淹没在水下。自由出流淹没出流30基本知识点基本知识点5.1孔口出流31HH0OOCAAcdCvcv0pa5.1 孔口出流孔口分类：小孔口dH/10，可认为孔口断面上各点水头相等。32HH0OOCAAcdCvcv0pa大孔口dH/101）自由出流1、薄壁小孔口恒定出流薄壁孔口：壁厚对水流现象没有影响，孔壁与水流仅在一条周线上接触，这种孔口称为薄壁孔口。33HH0OOCAAcdCvcv0pa1)小孔口的自由出流 pc=pa=0且1）自由出流34HH0OOCAAcdCvcv0pa得到：令：可得：H0：作用水头1）自由出流35HH0OOCAAcdCvcv0pa定义流速系数：可得：定义收缩系数：1）自由出流36HH0OOCAAcdCvcv0pa定义流量系数：可得：薄壁小孔口出流的各项系数 实验测得孔口流速系数=0.970.98。37流速系数物理意义：收缩断面实际液体流速vc对理想液体流速的比值。薄壁小孔口出流的各项系数 可得孔口的局部阻力系数0：38孔口的局部阻力系数薄壁小孔口出流的各项系数 根据试验结果，对薄壁小孔口=0.62。39孔口的流量系数薄壁小孔口出流的各项系数 得到：40即：孔口的收缩系数且：5.2 管嘴出流在孔口接一段长l=(34)d的短管，液流经过短管并充满出口断面流出的水力现象。41cd34dvcvc0H0H0v0pabb1、圆柱形外管嘴恒定出流42cd34dvcvc0H0H0v0pabb过水断面0-0和出口断面b-b间列伯努利方程：hw为局部水头损失，由两部分组成，即孔口进口损失及收缩断面后扩展产生的局部损失之和。1、圆柱形外管嘴恒定出流43cd34dvcvc0H0H0v0pabb得到：圆柱形外管嘴出流的各项系数管嘴阻力系数n=0.544管嘴流速系数n管嘴流量系数，因出口无收缩n=n=0.82显然n=1.32。可见在相同条件，管嘴的过流能力是孔口的1.32倍。45管管嘴嘴出出流流的的局局部部损损失失由由两两部部分分组组成成，即即孔孔口口进进口口的的局局部部水水头头损损失失及及收收缩缩断断面面后后扩扩展展产产生生的的局局部部损损失失，水水头头损损失失大大于于孔孔口口出出流流。但但是是管管嘴嘴出出流流为为满满流流，收收缩缩系系数数为为1，因因此此流流量量系系数数仍仍比比孔口大，其出流公式为孔口大，其出流公式为cd34dvcvc0H0H0v0pabb46管嘴出流流量系数的加大也可以从管嘴收缩断面处存在的真管嘴出流流量系数的加大也可以从管嘴收缩断面处存在的真空来解释，由于收缩断面在管嘴内，压强要比孔口出流时的零空来解释，由于收缩断面在管嘴内，压强要比孔口出流时的零压低，必然会提高吸出流量的能力。压低，必然会提高吸出流量的能力。cd34dvcvc0H0H0v0pabb