1、水力学一、 概念1. 水力学：是一门技术学科，它是力学的一个分支。水力学的任务是研究液体（主要是水）的平衡和机械运动的规律及其实际应用。2. 水力学：分为水静力学和水动力学。3. 水静力学：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，作用于液体上的各种力之间的关系。4. 水动力学：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。5. 粘滞性：当液体处于运动状态时，若液体质点之间存在着相对运动，则质点间要产生内在摩擦力抵抗其相对运动，这种性质称为液体的粘滞性，此内摩擦力又称为粘滞力。6. 连续介质：一咱连续充满其所
2、占据空间毫无空隙的连续体。7. 理想液体：就是把水看作绝对不可压缩、不能膨胀、没有粘滞性、没有表面张力的连续介质。8. 质量力：通过所研究液体的每一部分质量而作用于液体的、其大小与液体的质量与比例的力。如重力、惯性力。9. 单位质量力：作用在单位质量液体上的质量力。10. 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。p011. 相对压强：把当地大气压 Pa 作为零点计量的压强。p12. 真空：当液体中某点的绝对压强小于当地压强，即其相对压强为负值时，则称该点存在真空 。也称负压。真空的大小用真空度 Pk 表示。13. 恒定流：在流场中任何空间点上所有的运动要素都不随时间而改变
3、，这种水流称为恒定流。14. 非恒定流：流场中任何空间点上有任何一个运动要是随时间而变化的，这种水流称为非恒定流。15. 流管：在水流中任意取一微分面积 dA，通过该面积周界上的每一个点，均可作一根流线，这样就构成一个封闭的管状曲面，称为流管。16. 微小流束：充满以流管为边界的一束液流。17. 总流：有一定大小尺寸的实际水流。18. 过水断面：与微小流束或总流的流线成正交的横断面。19. 流量：单位时间内通过某一过水断面的液体体积。Q20. 均匀流：流线为相互平行的直线的水流21. 非均匀流：流线不是互相平行的直线的水流。按流线不平行和弯曲的程度，可分为渐变流和急变流两种类型。22. 渐变流
4、：当水流的流线虽然不是互相平行直线，但几乎近于平行直线时称为渐变流（或缓变流） 。所以渐变流的情况就是均匀流。23. 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，这种水流称为急变流。24. 水头损失：因实际液体具有粘滞性，在流动过程中会产生水流阻力，克服阻力就要耗损一部分机械能，转化为热能，造成水头损失。25. 沿程水头损失：在固体边界平直的水道中，单位重量的液体自一断面流至另一断面所损失的机械能就叫做两断面之间的水头损失，这种水头损失是沿程都有并随沿程长度而增加的，所以又叫做沿程水头损失。26. 湿周：液流过水断面与固体边界接触的周界线叫做湿周。27. 层流：当流速较小时，各流层
5、的液体质点是有条不紊地运动，互不混杂，这种型态的流动叫做层流。28. 湍流：当流速较大时，各流层的液体质点形成涡体，在流动过程中，互相混掺，这种型态的流动叫做湍流。29. 运动要素的脉动：当一系列参差不齐的涡体连续通过湍流中某一定点时，必然会反映出这一定点上的瞬时运动要素（如流速、压强等）随时间发生波动的现象。30. 绝对粗糙度：固体边界的表面总是粗糙不平的，粗糙表面凸出高度叫做绝对粗糙度。31. 水力光滑面32. 水力粗糙面33. 过渡粗糙面二、 公式1 惯性力： F= - ma2 密度： =m3 重力（重量）： G=mg4 = 牛顿内摩擦定律 du相邻液层接触面的单位面积上所产生的内摩擦力
6、 的大小，与两液层之间的速度差 du 成正比，与两液层之间距离 dy 成反比，同时与液体性质有关。 称为动力粘度，简称粘度。牛顿内摩擦定律：作层流运动的液体，相邻液层间单位面积上所作用的内摩擦力（或粘滞力） ，与流速梯度成正比，同时与液体的性质有关。=d液体作层流运动时，相邻液层之间所产生的切应力与剪切变形速度成正比。所以粘滞性可视为液体抵抗剪切变形的特性。5.运动粘度 =6.对于水， 的经验公式为：= 0.017751+0.0337+0.0002212牛顿内摩擦定律只能适用于一般液体，对于某些特殊液体是不适用的。一般把符合牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体，反之称为非牛顿流体。7.体积压缩率
7、（Pa -1）=体积压缩率是液体体积有相对缩小率与压强的增值之比。8体积模量 ，体积压缩率的倒数=19.单位质量力f=与加速度有一样的量纲10.液体平衡微分方程分式=f y=f z物理意义：平衡液体中，静水压强没某一方向的变化率与该方向单位体积上的质量力相等。积分式dp=(f xdx+fydy+fzdy)11.巴斯加原理p=p0+(U-U 0)平衡液体中，边界上的压强 p0 将等值地传递到液体内的一切点上;即当 p0 增大或减小时，液体内任意点的压强也相应地增大或减小同样数值。12.静止液体中任意点的静水压强计算公式(由 z+ =C)p=p0+gh 或 p=p 0+g(z 0-z)这一结论只适
8、用于质量力只有重力的同一种连续介质。z 为静止液体内任意点在坐标平面以上的几何高度，称为位置水头；是该点的测压管内液柱高度，称为压强水头；z+ 称为测压管水头。13.绕中心轴作等角速旋转的液体z + - = C22214.相对压强p=p-pa静止液体相对压强 p=gh15.真空度 p k=pa-p16阿基米德原理Fp=g(V 2-V1)=gV作用于淹没物体上的静水总压力只有一个铅垂向上的力，其大小等于该物体所排开的同体积的水重。17.Q=vA通过总流过水断面的流量等于断面平均流速与过水断面面积的乘积。18.恒定总流的连续性方程（三大基本方程之一）Q=A1v1=A2v2移项得 21=12在不可压
9、缩液体恒定总流中，任意两个过水断面，其平均流速的大小与过水断面面积成反比，断面大的地方流速小，断面小的地方流速大。19.不可压缩理想液体恒定流微小流束的能量方程（伯努利方程）1+1+1122=2+2+2222单位重量液体位能单位重量液体压能单位重量液体动能22通常 1不可压缩实际液体恒定总流的能量方程1+1+1122=2+2+2222+20.总水头H=+2221.总水头坡度（水力坡度）=12 =22.恒定总流的动量方程（ 2211） =其中 =22注意：（1）矢量式，标明方向。（2）输出动量-输入动量（3）计算机时未知力可假设一个方向，结果为正则方向正确，为负则与假设方向相反。23.水力半径=24.均匀流沿程水头损失与切应力的关系式 0=gRJ25.雷诺数= =26.达西公式=42227.圆管层流的流速公式=4(022)=048=322=6428.粘性底层厚度0=32.829. 时，为光滑区06尼库拉兹经验公式 Re382(0)= 12(3.7)232.谢齐公式=C 为谢齐系数，C=8R 为断面水力半径， =33.曼宁公式C=116N 为粗糙系数34.局部水头损失=22 为局部水头损失系数v 为发生局部水头损失以后（或以前）的断面平均流速三、 整理1. 研究粘滞性的意义粘滞性是发生一切能量损失的根源。2.
