水力学与桥涵水文复习.docx

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水力学与桥涵水文复习

《水力学与桥涵水文》复习资料

第一章绪论

二、有关名词解释

1、“连续介质”概念

对于液体的宏观运动来说，可以把液体视为由无数质点组成、没有间隙的连续体，并认为液体的各物理量的变化也是连续的。

这种假设的连续体称为“连续介质”。

可用连续函数表达液体中各物理量的变化关系。

2、液体质点

微观上充分大，宏观上充分小的液体微团，称为液体质点

3、易流动性

静止时，液体不能承受切力、抵抗剪切变形的特性

4、粘滞性

在运动状态下，液体所具有的抵抗剪切变形的能力

5、液体内摩擦力

剪切变形过程中，液体内部层流间出现成对的切力

6、气化

液体分子逸出液面向空间扩散的现象。

7、表面张力

沿液面自由表面，液体分子引力所产生的张力

三、主要知识点

1、为什么要学水力学与桥涵水文

水力学不但是桥涵孔径、管道渠道设计的基本理论，也是水文资料收集与整理的理论依据，水文分析与计算的结果则是桥涵水力学理论计算必不可少的数据，水力水文计算结果是桥涵布设与结构设计的依据。

2、水力学的任务及应用

（1）任务

以水为模型研究液体的平衡与运动的规律，侧重于演绎推导及原理方法的应用。

（2）应用（作用）

在交通土建、市政工程、水利、环境保护、机械制造、石油工业等方面都有广泛应用。

3、桥涵水文的作用

依靠数理统计分析方法，分析实地调查勘测的河川水文资料，预示桥涵工程可能遭遇的未来水文情势，为桥涵设计提供设计依据。

4、连续介质假说（1753年欧拉）

假说内容：

即认为液体和气体充满一个空间时，分子间没有间隙，是一种连

续介质，其物理性质和运动要素都是连续分布的。

5、理论分析方法的步骤

①、对液体流动现象作物理描述，建立液体运动的力学模型。

②、以液体质点作对象，运用机械运动的普通规律建立液体运动的质量守恒、动量定律等微分方程。

③、求解，确定液体质点各水力要素（如压强、流速等）的空间分布。

6、实验方法（常用的有）

①、原型观测——实际工程建筑物

②、模型试验——按一定比例缩小或放大建筑物

7、水密度变化情况及工程处理措施

①、在标准大气压下，t=4oC时水的密度最大，ρ=1000kg/m3;t=0oC～30oC,

密度只减小0.4%，但当t=80oC～100oC，密度减少达2.8%～4%；（不同温度下水的物理性质表现见表1-1P4）[工程处理措施]：

在温差较大的热水循环系统中应设膨胀接头或膨胀水箱以防管道或容器被水胀裂。

②、在t=0oC时，冰的体积比水约大9%。

[工程处理措施]：

路基、水管、水泵及盛水容器等在冬季均需加防冰冻破坏措施。

8、密度与重度关系式γ=G/V=mg/V=ρg

且有水的重度=·g=G/V=9800N/m3=9.8KN/m3

9、单位转换（课本P4表1-3）

国际单位制，重度单位N/m3;工程单位制，重度单位kgf/m3

例：

质量1kgf=1kg×9.8m/s2=9.8N

10、液体、气体的粘滞性与温度的关系

a.液体的粘滞性随温度的升高而减小；b.气体的粘滞性随温度的升高而增大

11、牛顿的内摩擦定律（1686年，平板实验见p5图1－1）

式中：

T——液体内摩擦切应力；μ——动力粘度，单位Pa·S

有——液体的运动粘度，又称粘滞运动系数，单位m2/s

水的运动粘度（泊肃叶公式）

12、水力学中液体分成两类

a.理想液体：

没有粘滞性的液体

b.实际液体：

存在粘滞性的液体

牛顿液体：

凡与呈过原点的正比例关系的液体；

非牛顿液体：

不符合牛顿内摩擦定律的液体。

13、液体气化

产生条件：

，即绝对压强≦气化压强

①、气化压强

当气化和凝结达到动态平衡时，液体的绝对压强称为气化压强或饱和蒸气压强，用Ps表示。

②、预防气化

液体气化即在其内部会出现气体气泡，产生空化现象，可造成虹吸管真空条件破坏而中断流动，也可造成水泵工作破坏，对固体边壁产生破坏的气蚀现象及引起建筑物震动等。

14、力的分类

（1）按力的物理性质分类

粘性力、重力、惯性力、弹性力和表面张力等。

（2）按力的作用特点区分

质量力和表面力

第二章水静力学

二、有关名词解释：

1、等压面

液体中压强相等各点所构成的曲面。

2、绝对压强Pabs

以绝对真空起算零点的压强，成为绝对压强，即实际压强

3、相对压强Pγ

以工程大气压Pa作起算零点的压强，称为相对压强

三、主要知识点：

1、水静力学的核心问题：

根据平衡条件建立压强分布规律，确定作用在建筑物表面上的静水总压力的大小、方向及其作用点。

2、静水压强的特性（两大特性）

（1）垂直指向作用面

（2）同一点处，静水压强各向等值

3、液体平衡微分方程

X-，Y-,Z-又称为欧拉平衡微分方程

结论：

静水液体的平衡条件是单位质量力于其表面力相等。

4、静水压强分布的微分方程

dp=

结论：

静水压强分布取决于液体所受的单位质量力。

5、等压面方程

按定义：

p=const,dp=oXdx+Ydy+Zdz=0

即单位质量力的合力f及合位移ds，f·ds=O

这表明等压面的质量力所作微功等于0，但f≠0，ds≠0，可见只有f和ds互相垂直。

6、水静力学基本方程

Z+

7、压强单位的表示方法

①、单位面积上的力，（定义），单位Pa1Pa=1N/m2KPa，MPa

②、用液体高度表示，单位m（液柱）如P=98KN/m2则有P/γ=98/9.8=10m（水柱）=98/133.28=736mm（汞柱）

③、用工程大气压Pa的倍数表示

1个标准大气压=98KPa=10m水柱=736mm水银柱

1个标准大气压=1.013×105Pa=760mm水银柱

8、压强分类（绝对压强、相对压强、真空值）

①、绝对压强Pabs

以绝对真空起算零点的压强，成为绝对压强，即实际压强

Pabs=Po+γh≧0。

②、相对压强Pγ

以工程大气压Pa作起算零点的压强，称为相对压强

Pγ=Pabs-Pa=（Po+γh）-Pa自由表面取Po=Pa时，得Pγ=γh

③、真空值Pv和真空度hv

hv=Pv/γ

Pv=|Pγ|=|Pabs-Pa|

而Pabs

高度越大，Po的绝对压强越小，真空值越大

9、绝对真空状态（即完全真空状态）

当Pabs=0时，其真空度最大，有

（水柱）

但液体具有汽化特性，当Pabs

液体允许的最大真空度：

水柱

10、帕斯卡原理见P20

在静止液体中任意一点压强的增减必将引起其他各点压强的等值增减。

11、压强图示

（1）、绘制原理

静水压强的特征：

垂直性，各向等值。

水静力学的基本方程：

P=Po+γh=Po+Pγ

（2）、绘制规则

按一定比例用线段长度表征P的大小，用箭头表示压强的方向。

（3）、绘制压强的方向应注意如下几个问题：

①、Pγ～h按直线规律分布。

（关系式为直线方程）。

直线方程的原点在自由表面。

Pabs～h分布图呈梯形，Pγ～h分布图呈三角形。

2～9（a）（b）（c）

②、各点压强的方向应垂直于受压面，且各向等值，如图2-9d（P21）

③、压强分布图是一种受力图，合力作用线通过压强分布图的形心。

④、因建筑物通常都处于大气之中作用于建筑物的作用时，一般吸需绘制相对的压强分布图。

⑤、当建筑物的两侧均受水压力作用时，应按受力图叠加原理绘制两侧压强的合成分布图。

如图2-9e。

⑥、对于作用面为曲面壁的情况各点压强应沿法线方向指向作用面；对于圆形曲面，各点压强均通过圆心。

如图2-9f（球状面，通过球心）

12、水静力学基本方程几何意义、水力学意义及能量意义

（1）、几何意义及水力学意义（Z+P/γ=C）

Z-------计算点的位置高度，水力学称位置水头。

P/γ-------h=P/γ，压强高度，测压管中水面至计算点M的高度。

水力学中称压强水头。

Z+P/γ-------计算点处测压管中水面距计算基准面的高度。

水力学中称测管水头。

Z+P/γ=C-------静止液体中各点位置高度与压强高度之和不变。

位置水头Z↑，则测管压强水头P/γ↓。

其水力学意义：

静止液体中各点测管水头或静力水头的连线。

（2）、物理意义（能量意义）

Z-----------,表示单位重量液体对基准面的位置势能（单位位能）。

P/γ------单位重量液体对计算点所具有的压力势能（单位压能）。

--------单位重量液体的全势能，（单位势能）。

＝C-----静水中各点的全势能相等，全势能守恒。

13、测量压强的仪器主要类型有：

液体测压计，金属压力表和其他非电量，电测仪表。

14、测量压强常见仪器

测压管（测较小地强）、水银测压计（做成U型以便存放水银）、低压测压计

、水银压差计、金属压力表

15、静水压力的计算方法：

解析法和图解法。

解析法：

（1）静水总压力的大小

作用在任意形状平面上总压力的大小等于该平面面积与其形心处点的静水压强的积，即

即

（2）静水总压力的方向：

静水总压力的方向垂直于受压面。

（3）静水总压力的作用点：

总压力的作用点（压力中心）D的坐标为（x,y）

式中：

Pc是平面形心处的静水压强hc是平面形心C在液面下的淹没深度yd是压力中心D距OX轴的距离yc形心距ox轴的距离；Ic为面积A对过形心C的水平轴的惯性距，矩形平面的Ic=bh3/12,圆形断面的；E为偏心矩，即压力中心D到形心C的距离。

（4）适应性：

对于上、下两边不是水平的矩形平面（如涵管进口的圆形闸门），由于确定其压强分布的体积和重心比较麻烦，因此常用解析法求解。

图解法：

（1）静水总压力的大小

对于矩形平面，就用静水压强分布可以求出作用在平面上的静水总压力的大小为（推导过程见课本P25）

式中：

是静水压强分布图的面积，b和L是矩形平面的水平宽度和长度，h1和h2分别是矩形平面上边和底边的水深。

（2）静水总压力的方向

根据静水压强垂直于受力面及平行力系的合成原理，静水总压力的方向必然垂直于受力面。

（3）静水总压力的作用点

静水总压力是平行力系的合成，根据静水压强的特性，静水总压力的方向垂直指向该平面。

静水总压力的作用点（又称压力中心）位于纵向对称轴上，口到底边的距离为e，这样作用在平面上静水总压力的三个要素——大小、方向、作用点都可以确定了。

在应用式进行计算时需要注意h1和h2的含义。

（4）适应性

一般来说，对上、下两边为水平的矩形平面，不管它在水下深度，也不管它的方位如何，求作用于该平面上的静水总压力大小和作用点时，用图解法较方便。

第三章水动力学基础

二、有关名词解释：

1、惯性力

液体质点流速成变化产生的力

2、粘性力

液体质点间或流动层面间的流速梯度产生的力，即产生于液体质点间的粘性和流速分面不均匀性。

3、流线

是同一时刻由液流中许多质点组成的线，在这条曲线上所在质点的流速成矢量都和该曲线相切

4、流管

在流场中取一封闭的几何曲线，在此曲线上各点作流线则可构成一管状流面，此称流管。

5、流束

流管内液流称为流股，又称为流束

6、流谱

流线构成的流线图

7、迹线

迹线是某一个质点在某一时段内质点的流动路线

8、过水断面

垂直于流线的液流断面称为边水断面

9、流量

单位时间内通过过水断面上的水量（液体体积）。

用Q表示，单位是m3/S

10、断面平均流速

11、恒定流

流场中液体质点通过空间点时所有的运动要素都不随时间而变化的流动称为恒定流

12、均匀流

流线是相互平行的直线的流动称为均匀流

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