《工程流體力學(xué)》復(fù)習(xí)課件

工 程 流 體 力 學(xué)復(fù) 習(xí) 課 件王 耀 琴流 體 力 學(xué) 教 研 室西 南 交 大 土 木 學(xué) 院 第 1章 緒 論密 度 ： 單 位 體 積 流 體 的 質(zhì) 量 。 單 位 ： kg/m3 淡 水 的 密 度 =1000 kg/m3 3/9800 mNg重 度 一 、 流 體 的 主 要 物 理 性 質(zhì) 、 密 度 、 重 度 yuAF dd 、 黏 度 n 定 義 ： 在 運(yùn) 動(dòng) 狀 態(tài) 下 ， 流 體 具 有 抵 抗 剪 切 變 形 速 率 的 能力 的 量 度 。 )( )( limlim00 切 向 應(yīng) 力法 向 應(yīng) 力AFAFp TA pA 二 、 作 用 在 流 體 上 的 力 、 表 面 力2、 質(zhì) 量 力 kjikjiFf zyxzyx fffmFmFmF m )m/s( 2 第 2章 流 體 靜 力 學(xué)1、 方 向 性 流 體 靜 壓 強(qiáng) p垂 直 指 向 受 壓 面 。 一 、 靜 止 流 體 的 應(yīng) 力 特 征2、 大 小 性 靜 止 流 體 內(nèi) 任 一 點(diǎn) 的 壓 強(qiáng) 與 作 用 方 位 無(wú) 關(guān) 。 二 、 等 壓 面 概 念定 義 ： 靜 止 流 體 中 壓 強(qiáng) 相 等 p=C 或 dp=0的 點(diǎn) 組 成 的 平 面 或 曲 面微 分 方 程 ： fxdx + fydy + fzdz = 0 或 fds = 0 三 、 水 靜 力 學(xué) 基 本 方 程 ：ghpp 0 Cgpz 真 空 值 p v=pa-pabs 絕 對(duì) 壓 強(qiáng) pabs相 對(duì) 壓 強(qiáng) p=pabs-pa絕 對(duì) 壓 強(qiáng) Pabs四 、 絕 對(duì) 壓 強(qiáng) 、 相 對(duì) 壓 強(qiáng) 和 真 空 值 之 間 的 關(guān) 系當(dāng) 地 大 氣 壓 pa 五 、 靜 止 液 體 作 用 在 平 面 上 的 總 壓 力ApAghP cc P 受 壓 面AyIyy cccD 六 、 靜 水 總 壓 力 F1、 作 用 在 曲 面 上 的 靜 水 總 壓 力 F為 ： 22 zx PPP 2、 P與 水 平 面 的 夾 角 ： xzPParctan3、 作 用 線 ： 必 通 過(guò) Px ， Pz的 交 點(diǎn) ， 但 這 個(gè) 交 點(diǎn) 不 一 定位 于 曲 面 上 。 對(duì) 于 圓 弧 面 ， P作 用 線 必 通 過(guò) 圓 心 。4、 P的 作 用 點(diǎn) :作 用 在 作 用 線 與 曲 面 的 交 點(diǎn) 。 Px =dpx =ghcAx =pcAxpz gVP 遷 移加 速 度當(dāng) 地加 速 度 zuuyuuxuutudtdua xzxyxxxxx 第 3章 流 體 動(dòng) 力 學(xué) 理 論 基 礎(chǔ)它 有 兩 部 分 組 成 ： 當(dāng) 地 加 速 度 和 遷 移 加 速 度 。zuuyuuxuutudtdua yzyyyxyyy zuuyuuxuutudtdua zzzyzxzzz 恒 定 流 和 非 恒 定 流 恒 定 流 ： 又 稱 定 常 流 ， 各 空 間 點(diǎn) 上 一 切 運(yùn) 動(dòng) 要 素 都 不 隨 時(shí) 間變 化 ， 當(dāng) 地 加 速 度 為 0 3-2 研 究 流 體 運(yùn) 動(dòng) 的 若 干 基 本 概 念一 元 流 動(dòng) 、 二 元 流 動(dòng) 、 三 元 流 動(dòng) 按 運(yùn) 動(dòng) 要 素 的 坐 標(biāo) 分 量 個(gè) 數(shù) 劃 分 。 基 本 方 程 流 線跡 線 tuzuyux zyx dddd s1s 2交 點(diǎn) 折 點(diǎn) szyx u zuyux ddd0d 或su流 線 性 質(zhì)一 般 情 況 （ 除 非 流 速 為 零 或 無(wú) 窮 大 處 ） ， 流 線 不 能相 交 ， 且 只 能 是 一 條 光 滑 曲 線 。 漸 變 流 過(guò) 流 斷 面 近 似 為 平 面 漸 變 流 過(guò) 流 斷 面 的 兩 個(gè) 重 要 性 質(zhì)漸 變 流 過(guò) 流 斷 面 上 的 動(dòng) 壓 近 似 按 靜 壓 分 布 ， 即 CgPz 為 形 象 了 解 流 體 運(yùn) 動(dòng) 時(shí) 能 量 沿 程 的 變 化 ， 定 義 下 列 概 念測(cè) 壓 管 線 坡 度 lpzJp dd 總 水 頭 線 坡 度 l gupzJ d 2d 2 實(shí) 際 流 體 JJp 0J 0J理 想 流 體 均 勻 流 體 應(yīng) 注 意 的 問(wèn) 題 計(jì) 算 點(diǎn) ： 管 流 取 在 管 軸 上 ， 明 渠 流 取 在 自 由 液 面 上 基 準(zhǔn) 面 ： 任 一 水 平 面漸 變 流 過(guò) 水 斷 面 ： 應(yīng) 選 取 已 知 量 較 多 的 斷 面 實(shí) 際 流 體 恒 定總 流 伯 努 利 方 程whgvgpzgvgpz 22 2222221111 恒 定 不 可 壓 縮 總 流 的 連 續(xù) 性 方 程 。QAvAv 2211 恒 定 不 可 壓 縮總 流 動(dòng) 量 方 程)( 1122 vvqF V 準(zhǔn) 備 工 作選 取 控 制 體建 立 坐 標(biāo) 系受 力 分 析 第 4章 量 綱 分 析 與 相 似 理 論 4-2 量 綱 分 析 法 常 用 的 量 綱 分 析 方 法 有 瑞 利 法 和 泊 金 漢 法 （ 也 稱 定理 一 、 瑞 利 法 基 本 思 想 ： 假 定 各 物 理 量 之 間 呈 指 數(shù) 形 式 的 乘 積 組 合 第 4章 量 綱 分 析 與 相 似 理 論二 、 基 本 思 想 ： 對(duì) 于 某 個(gè) 物 理 現(xiàn) 象 ， 若 存 在 n個(gè) 變 量 互為 函 數(shù) 關(guān) 系 ， 即 0),.,( 21 nqqqF而 這 些 變 量 中 含 有 m個(gè) 基 本 物 理 量 ， 則 可 組 合 這 些變 量 成 為 (n m)個(gè) 無(wú) 量 綱 數(shù) 的 函 數(shù) 關(guān) 系 ， 即0),.,( 21 mn 弗 勞 德 準(zhǔn) 則 方 程 mplgv glvglv )()(or 1 歐 拉 準(zhǔn) 則 方 程 ： mpvp pvppvp )()(or 1 222 第 5章 流 動(dòng) 阻 力 與 水 頭 損 失1、 雷 諾 實(shí) 驗(yàn) 簡(jiǎn) 介 1883年 英 國(guó) 物 理 學(xué) 家 雷 諾 按 圖 示 試 驗(yàn) 裝 置 對(duì) 粘 性 流 體 進(jìn) 行 實(shí)驗(yàn) ， 提 出 了 流 體 運(yùn) 動(dòng) 存 在 兩 種 型 態(tài) ： 層 流 和 紊 流 。2.判 別 標(biāo) 準(zhǔn) )(2300 )(2300Re 紊 流層 流vd圓 管 2300Re dv cc3、 恒 定 均 勻 流 基 本 方 程 gRJlhgRRlgh ff 00 or 4、 圓 管 中 的 層 流 運(yùn) 動(dòng) 過(guò) 流 斷 面 上 的 流 速 分 布28 max20 urgJAQv 旋 轉(zhuǎn) 拋 物 面5、 紊 流 的 特 征主 要 特 征 ： 流 體 質(zhì) 點(diǎn) 相 互 摻 混 ， 作 無(wú) 定 向 、 無(wú) 規(guī) 則 的 運(yùn) 動(dòng) ，運(yùn) 動(dòng) 要 素 在 時(shí) 間 和 空 間 上 隨 機(jī) 運(yùn) 動(dòng) 。u 嚴(yán) 格 來(lái) 講 ， 紊 流 總 是 非 恒 定 的 。u 紊 流 的 脈 動(dòng) 性 使 過(guò) 流 斷 面 上 的 流 速 分 布 比 層 流 的 更 均勻 ， 但 能 量 損 失 比 層 流 更 大 。u 用 時(shí) 間 平 均 法 來(lái) 研 究 6、 沿 程 阻 力 系 數(shù) 的 變 化 規(guī) 律 及 影 響 因 素尼 古 拉 茲 曲 線 gVdlhf 2 2 gvhm 22 1 在 條 件 下 ， 試 分 別 比 較 孔 口 和 管嘴 出 流 的 流 速 及 流 量 。解 1.流 速 比 較2.流 量 比 較 nn ddHH , 孔 口孔 口 182.097.022 nnnn gHgHvv 孔 口孔 口孔 口孔 口 182.062.022 nnnnn gHA gHAQQ 孔 口孔 口孔 口 孔 口孔 口 第 6章 孔 口 、 管 嘴 及 有 壓 管 流 管 嘴 正 常 工 作 條 件 dl 43 mH 9 2 管 嘴 收 縮 斷 面 處 真 空 度 可 達(dá) 作 用 水 頭 的 0.75倍 。 相 當(dāng) 于把 管 嘴 的 作 用 水 頭 增 大 了 75%。 這 就 是 相 同 直 徑 、 相 同 作 用 水頭 下 的 圓 柱 形 外 管 嘴 的 流 量 比 孔 口 大 的 原 因 。 3 短 管 水 力 計(jì) 算 mfw hhh掌 握 離 心 式 水 泵 吸 水 管 、 虹 吸 管 的 相 關(guān) 水 力 計(jì) 算 4 長(zhǎng) 管 水 力 計(jì) 算 fw hh 02 2 gv 5 串 聯(lián) 管 路 ii qQQ （ 流 量 關(guān) 系 ） 2SlQhH f （ 能 量 關(guān) 系 ）ABffff hhhh 321 （ 能 量 關(guān) 系 ）iii qQQ 1 （ 流 量 關(guān) 系 ）6 并 聯(lián) 管 路 一 、 明 渠 均 勻 流 的 特 征 1. 過(guò) 水 斷 面 形 狀 和 尺 寸 、 平 均 流 速 、 流 量 、 水 深 沿 程 不 變 （ 等速 、 等 深 流 動(dòng) ） 2.總 水 頭 線 、 測(cè) 壓 管 水 頭 線 （ 水 面 坡 度 ） 和 渠 底 線 互 相 平 行iJJ p 7.2 明 渠 均 勻 流 二 、 明 渠 均 勻 流 的 形 成 條 件 1、 底 坡 和 糙 率 沿 程 不 變 的 長(zhǎng) 而 直 的 棱 柱 形 渠 道 ；4、 明 渠 中 的 水 流 必 須 是 恒 定 的 ， 沿 程 無(wú) 水 流 的 匯 入 、 匯 出 ，即 流 量 不 變 。3、 渠 道 中 沒(méi) 有 建 筑 物 的 局 部 干 擾 ；2、 渠 道 必 須 為 順 坡 （ i0） ； 一 句 話 概 括 ： 在 i、 n 沿 程 不 變 的 長(zhǎng) 直 、 順 坡 的 棱 柱 形 渠道 ， 中 間 沒(méi) 有 建 筑 物 的 局 部 干 擾 ， 且 流 量 不 變 。 （ ） 補(bǔ) 充 水 力 最 優(yōu) 條 件（ ） 補(bǔ) 充 允 許 流 速 條 件聯(lián) 立 ， 可 得 b、 h 212 2hR mmRiAcQhh 聯(lián) 立 ， 可 得 b、 h hbfRicv hbfvQA ,2max 1max 三 、 明 渠 均 勻 流 水 力 最 優(yōu) 斷 面 計(jì) 算 四 、 斷 面 單 位 能 量 （ 斷 面 比 能 ） e 1.定 義 斷 面 比 能 e為 基 準(zhǔn) 面 選 在 斷 面 最 低 點(diǎn) 的 機(jī) 械 （ 對(duì) 于 棱 柱 形 渠 道 ）2221 22 gAQhgvhzEe . e沿 水 深 的 變 化 規(guī) 律 、 臨 界 水 深 1 定 義 相 應(yīng) 于 時(shí) 的 水 深 ， 稱 為 臨 界 水 深 。kh minee 緩 流 、 急 流 、 臨 界 流 三 種 流 態(tài) 的 的 判 別 式急 流 ：臨 界 流 ：緩 流 ： （ 1） （ 2） （ 3） （ 4） （ 5）注 明 ： （ 1） 、 （ 2） 、 （ 3） 、 （ 5） 適 用 于 均 勻 流 或 非 均 勻流 ， （ 4） 只 適 用 于 均 勻 流 。 00.1 dhdeiivvhhFr kkk 00.1 dhdeiivvhhFr kkk 00.1 dhdeiivvhhFr kkk 水 躍 ： 明 渠 水 流 從 急 流 過(guò) 渡 到 緩 流 時(shí) 水 面 突 然 躍 起 的局 部 水 力 現(xiàn) 象 。K Kv1 v 2 水 躍 區(qū) 域h h 急 流 區(qū) 緩 流 區(qū) 旋 滾 區(qū) 水 躍 長(zhǎng) 度 主 流 區(qū) 水 躍 高 度 水 跌 是 明 渠 水 流 從 緩 流 過(guò) 渡 到 急 流 ， 水 面 急 劇 降 落 的 局 部水 力 現(xiàn) 象 。 常 見(jiàn) 于 渠 道 底 坡 由 緩 坡 突 然 變 為 陡 坡 或 下 游 渠 道 斷面 形 狀 突 然 改 變 處 。N NK h0 hko DhD h eeminK A 、 水 跌 、 明 渠 非 均 勻 流 水 面 曲 線 的 變 化 2 201 )(1 FrKKidsdh 第 7章 明 渠 恒 定 流 第 8章 堰 流一 、 定 義 無(wú) 壓 緩 流 越 過(guò) 障 壁 產(chǎn) 生 的 局 部 水 力 現(xiàn) 象 稱 為 堰 流 ， 障 壁 稱 為 堰 。 二 、 寬 頂 堰 淹 沒(méi) 標(biāo) 準(zhǔn) 當(dāng) 寬 頂 堰 絕 對(duì) 不 會(huì) 淹 沒(méi) 。 必 要 條 件 充 分 條 件 0 ph 0 ph 08.0 Hph 三 、 小 橋 出 流 淹 沒(méi) 標(biāo) 準(zhǔn) 自 由 式khh 3.1 khh 3.1 淹 沒(méi) 式式 中 ： 為 橋 孔 臨 界 水 深 。kh 四 、 小 橋 孔 徑 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 驟從 出 發(fā) 進(jìn) 行 設(shè) 計(jì) 為 例 （ 僅 以 矩 形 斷 面 橋 孔 為 例 ）vv 1 .計(jì) 算 橋 孔 臨 界 水 深 kh gvgvbg Qh k k 2223 22)( 自 由 式hhk 3.1 hhk 3.1 淹 沒(méi) 式 計(jì) 算 小 橋 孔 徑 b （ 淹 沒(méi) 式 ）自 由 式 ）vhQ vhQvhQb k (1 選 取 標(biāo) 準(zhǔn) 孔 徑 B b 鐵 路 、 公 路 橋 梁 的 標(biāo) 準(zhǔn) 孔 徑 一 般 有 4m、 5m、 6m、8m、 12m、 16m、 20m多 種 。 選 取 標(biāo) 準(zhǔn) 孔 徑 B后 ， 需 重 新 判 別 流 動(dòng) 形 態(tài) 。 3 22Bg Qhk 自 由 式hhk 3.1 hhk 3.1 淹 沒(méi) 式3.重 新 計(jì) 算 臨 界 水 深 并 判 別 出 流 形 式kh 4、 橋 孔 流 速 v （ 淹 沒(méi) 式 ）自 由 式 ）BhQ hB QBhQv k (1 5、 校 核 橋 前 壅 水 水 深 H H0 H CC 1h hc hvaa bb對(duì) 斷 面 a-a及 b-b列 伯 努 利 方 程取 H H0（ 偏 安 全 ） 得H為 允 許 壅 水 水 深 。 )(2 10 hHgv 則 )(2 101 hHgbhQ （ 淹 沒(méi) 式 ）自 由 式 ）Hh HhgvHH k (2 220 5、 橋 前 壅 水 水 深 H 對(duì) 斷 面 a-a及 b-b列 伯 努 利 方 程 ， 有取 H H0（ 偏 安 全 ） 得H為 允 許 壅 水 水 深 。 )(2 10 hHgv 則 )(2 101 hHgbhqV （ 淹 沒(méi) 式 ）自 由 式 ）Hh HhgvHH k (2 220 第 九 章 滲 流一 、 地 下 水 存 在 狀 態(tài)1、 氣 態(tài) 水 ： 以 蒸 汽 狀 態(tài) 散 逸 于 土 壤 孔 隙 中 ， 數(shù) 量 極 少 ， 不 需考 慮 。2、 附 著 水 ： 以 最 薄 的 分 子 層 吸 附 在 土 壤 顆 粒 表 面 ， 呈 固 態(tài) 水的 性 質(zhì) ， 數(shù) 量 很 少 。3、 薄 膜 水 ： 以 厚 度 不 超 過(guò) 分 子 作 用 半 徑 的 薄 層 包 圍 土 壤 顆 粒 ，性 質(zhì) 與 液 態(tài) 水 近 似 ， 數(shù) 量 很 少 。4、 毛 細(xì) 水 ： 因 毛 細(xì) 管 作 用 保 持 在 土 壤 孔 隙 中 ， 除 特 殊 情 況 外 ，一 般 也 可 忽 略 。5、 重 力 水 ： 在 重 力 作 用 下 在 土 壤 孔 隙 中 運(yùn) 動(dòng) 的 那 部 分 水 ， 是滲 流 理 論 研 究 的 象 。 二 、 達(dá) 西 滲 流 定 律引 入 滲 透 系 數(shù) k， 得 達(dá) 西 定 律 ：LHHlhJ w 21 dsdHkkJv 三 、 集 水 廊 道 的 產(chǎn) 水 量 計(jì) 算 （ 單 側(cè) 單 寬 ）四 、 潛 水 井 的 產(chǎn) 水 量 計(jì) 算五 、 承 壓 井 的 產(chǎn) 水 量 計(jì) 算