水力学第四章 第四节

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,4,水动力学基本原理,4.1,理想液体运动的微分方程,4.2,理想液体的伯努利方程,4.3,实际液体恒定元流的能量方程,4.4,均匀流与非均匀流,4.5,实际液体恒定总流的能量方程,4.6,恒定总流的动量方程,4.7,因次分析,当流线为相互平行的直线时，或,不存在位变加,速度的流动,4.4,均匀流与非均匀流,4.4.0,定义,1,过水断面为平面，且其形状和尺寸沿程不变,4.4.1,均匀流的特征,2,同一流线上不同处的流速相等，沿程各过水断面,的流速分布形状相同、断面平均流速相等。,u,A,u,B,u,B,=,u,A,2,同一流线上不同位置处流速相等，沿程各过水断,面的流速分布形状相同、断面平均流速相等。,u,A,=,u,B,u,B,u,A,2,同一流线上不同位置处流速相等，沿程各,过水断面的流速分布、断面平均流速相等。,不同流线上的速度可以不同。,v,A,=,v,B,v,B,v,A,3,过水断面上动水压强分布规律和静水压强分,布规律相同，即同一过水断面上各点的测压管水,头相等，但不同流程的过水断面上,测压管水头,不相同。,z,2,1,1,2,2,z,1,C,1,C,2,p,2,p,1,C,1,C,2,1,过水断面为平面，且其形状和尺寸沿程不变,2,同一流线上不同处流速相等，沿程各过水断面,的流速分布形状相同、断面平均流速相等。,4.4.1,均匀流的特征,3,过水断面上动水压强分布规律与静水压强分布,规律相同，即在同一过水断面上各点的测压管,水头相等，但不同流程的过水断面上的测压管,水头不相同。,0,z,p,p+,d,p,n,d,A,d,n,p,g,0,z+,d,z,d,A,证 明：,从运动的液体中,沿过水断面方向,取一个微元柱体,0,z,p,p+,d,p,n,d,A,d,n,p,g,0,z+,d,z,d,A,质量力有重力、,n,方向无惯性力,动水压力、重力在垂直于水流方向,n,的投影为,0,z,p,p+,d,p,n,d,A,d,n,p,g,0,z+,d,z,d,A,动水压力、重力在垂直于水流方向,n,的投影为,0,z,p,p+,d,p,n,d,A,d,n,p,g,0,z+,d,z,d,A,动水压力、重力在垂直于水流方向,n,的投影为,0,z,p,p+,d,p,n,d,A,d,n,p,g,0,z+,d,z,d,A,动水压力、重力在垂直于水流方向,n,的投影为,若流线不是相互平行的直线，称非均匀流。,按流线不平行和弯曲的程度，可将非均匀流分为两种类型,1,渐变流（缓变流）,2,急变流,4.4.2,非均匀流,1,渐变流（缓变流）,流线虽不平行，但接近平行直线；,流线之,间夹角小，或流线曲率半径较大，均可视为渐,变流。,渐变流的极限就是均匀流,标 准,通过试验比较确定。如果假定的渐变流断面上，,动水压强分布近似为静水压强分布规律，并且所求,出的动水压力和实际情况（试验）较为吻合，则可,视为渐变流断面。,本 质,沿流动垂直的方向惯性力（加速度）可以忽略不,计。例如，离心力。,渐变流流动区域,渐变流过水断面,一个逐渐扩散的管道，如果渐变段很长，则可认为,是渐变流流动区域,H,1,1,c,c,0,0,d,2,A,渐变流断面,v,0,v,c,水箱的来流断面和收缩断面是渐变流断面,1,1,管道出口断面,1-1,是渐变流断面,管道或明渠突然扩散和突然缩小附近为急变流,突然缩小,突然扩大,渐变流区域和断面,渐变流区域和断面,判 断,渐变流与水流边界关系密切,渐变流：水流边界平行的直线边界处的水流,急变流：管道转弯,断面突然扩大或缩小,明渠水面急剧变处,渐变流断面上动水压强分布规律,固体边界约束的渐变流过水断面,动水压强符合静水压强分布规律,渐变流,渐变流断面上动水压强分布规律：,水流射入大气中时的渐变流断面，动水压强,不服从静水压强分布规律,例如，孔口收缩断面，其上流线近似平行，,各点均与大气接触，压强约为大气压强。,渐变流,渐变流断面上动水压强分布规律,固体边界约束的渐变流过水断面，动水压强,符合静水压强分布规律,水流射入大气中时的渐变流断面，动水压强不,服从静水压强分布规律。,渐变流,H,1,1,c,c,0,0,d,2,A,p,0,v,0,2,急变流,流线间交角很大，或流线曲率半径很小的流动,本质,沿流动垂直方向存在惯性力，如离心力,特征,急变流断面上动水压强不符合静水压强分布规律,H,1,1,c,c,0,0,d,2,A,急变流区域,两种典型的水流,水流流过凸曲面（立面转弯）,水流流过凹曲面（立面转弯）,水流流过凸曲面（立面转弯）,n,R,g,a,H,H,水流流过凸曲面（立面转弯）,n,R,g,a,H,H,H,n,g,a,R,水流流过凹曲面（立面转弯）,H,a,H,H,3,管道平面转弯,n,s,R,1,1,1-1,剖面 管道顶部压强分布,