《水力计算基础》课件

计础水力算基本课件将带您深入了解水力计算的基础知识，涵盖流体性质、流体运动学、流体动力学等重要内容，并介绍管道恒定流、简单管网计算、明渠恒定均匀流和非均匀流等核心主题通过本课件，您将掌握水力计算的基本概念和方法，为实际工程应用奠定坚实基础课简程介水力学的重要性应论础工程用广泛理基深厚水力学在水利工程、水电工程、市政工程、农业灌溉、环境保护等水力学是流体力学的一个分支，其理论基础扎实，涉及流体静力学领域有着广泛的应用，例如水库设计、河流治理、管道输水、水闸、流体运动学、流体动力学等多个方面，并与数学、物理学、力学设计、水轮机设计等等学科密切相关习标计学目掌握基本概念和算方法1理解流体性质、流体运动学、2掌握管道恒定流、简单管网计流体动力学的基本概念和规律算、明渠恒定均匀流和非均匀流等基本计算方法3能够运用所学知识解决实际工程问题，并进行水力计算分析质第一章流体性密度粘度单位体积流体的质量，反映流体在流体内部抵抗剪切变形的能力，反空间的集中程度映流体流动时的阻力大小张表面力液体表面层由于分子引力作用而产生的表面张力，使液面趋于收缩张密度、粘度、表面力张密度粘度表面力水的密度约为1g/cm3，蜂蜜的粘度远大于水，水滴呈球形是因为表面而油的密度小于水因此蜂蜜流动速度慢张力的作用，使液面收缩成最小的表面积实际理想流体与流体实际理想流体流体不可压缩、无粘性、没有表面张力的流12具有压缩性、粘性、表面张力的流体，体，实际不存在如水、空气等流体静力学静止流体1流体处于静止状态，不发生流动压强2流体静力学主要研究静止流体的压强分布规律浮力3静止流体对浸入其中的物体产生的向上托力压强静水义定静止流体在某一点上，单位面积上所受的压力公式P=ρgh，其中ρ为流体密度，g为重力加速度，h为该点到自由液面的深度特点静水压强随深度线性增加，且方向垂直于受力面帕斯卡定律内容密闭容器中的静止液体，压强在各个方向上都相等应用液压传动系统、水压机等总压计静水力算公式1F=Pc·A，其中Pc为静水压强中心处的压强，A为受力面积骤步2计算静水压强中心位置、计算静水总压力、确定作用点位置作用点确定公式1yc=h/2，其中h为受力面上的深度特点2作用点位于静水压强中心处，即压强中心位置运动第二章流体学运动描述流体的方法拉格朗日法欧拉法追踪每个流体微团的运动轨迹在空间固定点上观察流体运动参数随时间的变化拉格朗日法与欧拉法拉格朗日法欧拉法适合描述非稳定流体运动，但应用较复杂适合描述稳定流体运动，应用广泛且简便线线流与迹1线流在某一瞬时，流体速度方向的切线所组成的曲线2线迹同一流体微团在不同时刻所处的空间位置连成的曲线流量与平均流速流量1单位时间内通过某一截面的流体体积，通常用Q表示平均流速2通过截面的流体流量与截面面积之比，通常用v表示连续性方程原理不可压缩流体在稳定流动状态下，通过任意截面的流量相等公式Q=A1v1=A2v2，其中A为截面面积，v为平均流速动础第三章流体力学基动伯努利方程量定理描述理想流体在稳定流动状态下，能量守恒定律的数学表达式描述流体对物体的动量变化率等于流体作用于物体的力伯努利方程动能2流体由于运动速度而具有的能量位能1流体由于高度而具有的能量压能流体由于压强而具有的能量3能量守恒原理总损能量能量失流体在流动过程中，总能量保持不变实际流体流动时，由于粘性、湍流等，但能量形式可以互相转换因素，会产生能量损失动量定理义定1流体对物体的动量变化率等于流体作用于物体的力公式2F=dmv/dt，其中m为质量，v为速度动量方程应用用于计算流体对固定或移动物体产生的力实例水流冲击水轮机、水流对桥墩的冲刷力等动量校正系数概念1用于修正流体流动中动量变化率的系数，考虑流体速度分布不均匀的影响应用2在计算实际流体流动中动量变化率时，需要使用动量校正系数进行修正第四章管道恒定流头损沿程水失义响定影因素流体在管道中流动时，由于摩擦力而产生的能量损失流速、管径、管道材质、流体粘度等达西-魏斯巴赫公式1公式hf=f·l/d·v2/2g，其中f为摩擦系数，l为管道长度，d为管道直径，v为流速，g为重力加速度2用途用于计算管道沿程水头损失头损局部水失义类定型流体在管道中流动时，由于局部阻力而产生的能量损失弯头、阀门、变径管等局部阻力引起的能量损失头阀门变弯、、径管阀门2阀门开闭状态变化时，流体通过阀门的阻力变化也会引起能量损失头弯1流体在管道弯头处流动时，由于流线发生改变而产生能量损失变径管流体通过变径管时，由于速度变化而产生3的能量损失总头损计水失算公式1h总=hf+Σh局部，其中h总为总水头损失，hf为沿程水头损失，Σh局部为局部水头损失之和骤步2分别计算沿程水头损失和局部水头损失，再进行叠加单计管算头损已知流量求水失利用达西-魏斯巴赫公式计算沿程水头损失，并根据局部阻力情况计算局部水头损失，最后叠加得到总水头损失头损已知水失求流量根据总水头损失和沿程水头损失计算公式，反解得到流量头损已知流量求水失骤步

1.计算沿程水头损失

2.计算局部水头损失

3.叠加得到总水头损失头损已知水失求流量骤步

1.估计流量

2.利用估计的流量计算总水头损失

3.比较计算得1到的总水头损失与已知水头损失，调整流量

4.重复步骤

2、3，直到计算得到的总水头损失与已知水头损失一致简单计第五章管网算管网基本概念节环点管段路管网中流体汇合或分流的点连接两个节点的管道部分管网中闭合的回路，由多个管段组成节环点、管段、路节环点管段路管网中的分支点，可以是水源、水池、水连接两个节点的管道部分，每个管段都有闭合的回路，环路中流量的变化会影响其龙头等相应的长度、直径和水头损失系数他环路中的流量，需要进行环路流量调整计则水力算原12流量平衡能量平衡每个节点的流入流量等于流出流量每个环路中，沿环路流动的水头损失之和等于0流量平衡与能量平衡流量平衡1在节点处，流入流量必须等于流出流量，以确保水流的连续性能量平衡2在环路中，水头损失必须为0，以确保水头损失不会累积Hardy-Cross法方法通过迭代计算，逐步调整环路中流量，直到满足流量平衡和能量平衡优点方法简单易懂，适用于大多数简单管网计算逐步逼近法骤步

1.估计管网中流量

2.利用估计的流量计算管网中的水头损失

3.调整流量，使得水头损失满足能量平衡

4.重复步骤

2、3，直到流量满足流量平衡和能量平衡第六章明渠恒定均匀流明渠水流特点水面坡度流速分布水面坡度与渠底坡度一致，流速均匀分布由于边界摩擦力的影响，流速分布不均匀，靠近渠底的流速较低均匀流的形成条件变变变流量不渠底坡度不断面形状不进入和离开明渠的流量保持一致，确保流渠底坡度保持一致，确保水面坡度稳定明渠断面形状保持一致，确保流速分布稳速稳定定谢才公式1公式V=C√RS，其中V为流速，C为谢才系数，R为水力半径，S为水面坡度2用途用于计算明渠均匀流的流速宁曼公式公式1V=1/n·R2/3·S1/2，其中V为流速，n为曼宁系数，R为水力半径，S为水面坡度应用2广泛用于计算明渠均匀流的流速，并与谢才公式相对应水力最佳断面义定特点在相同流量下，能使水力半径最大的断面形状，即最节约工程造不同断面形状的水力最佳断面不同，例如矩形断面的最佳断面为价的断面半圆形响断面形状的影矩形断面1水力半径随水深变化，最佳断面为半圆形梯形断面2可根据需要调整边坡角度，以适应不同地形条件圆形断面3水力半径最大，但施工较为复杂第七章明渠恒定非均匀流缓变变流与急流缓变变流急流水面坡度变化缓慢，流速变化平缓水面坡度变化剧烈，流速变化剧烈线类水面曲型缓陡陡缓上下上下水面坡度逐渐变缓，最终趋于水平，例如水流从上游流入下游水面坡度逐渐变陡，最终趋于垂直，例如水流从下游流入上游临界水深1义定过渡状态下的水深，水流类型从缓流转变为急流，或者从急流转变为缓流2应用用于判断水流类型，并进行水力计算分析跃现水象义定1水流能量急剧耗散，并伴随着水深和流速的剧烈变化特点2跃水通常发生在急流转变为缓流的过程中，例如水流从溢洪道流入下游渠道跃水力跳类型存在多种类型的水力跳跃，例如正跃、反跃、混合跃等计算可以利用动量方程计算跃水后的水深和流速第八章孔口与管嘴出流孔口出流义定特点流体从孔口流出的现象，例如水箱底部开孔流束从孔口流出后，会发生收缩，流速会增加管嘴出流义定特点流体从管嘴流出的现象，例如喷嘴喷水管嘴可以使流束加速，并集中流出，提高出流速度流量系数12义应定用用于修正实际流量与理论流量之间的偏差，考虑流体粘性、能量损在计算孔口或管嘴出流的实际流量时，需要使用流量系数进行修正失等因素的影响缩收系数义定1用于修正流束收缩的影响，考虑流束在孔口或管嘴处收缩程度应用2在计算孔口或管嘴出流的实际流量时，需要使用收缩系数进行修正速度系数义定用于修正实际流速与理论流速之间的偏差，考虑流体粘性、能量损失等因素的影响应用在计算孔口或管嘴出流的实际流速时，需要使用速度系数进行修正实验第九章水力目的1通过实验验证理论公式、研究水力现象、获得水力参数等义意2为水力计算提供基础数据，并验证和改进水力理论实验义目的与意水力实验是水力学研究中不可缺少的一部分，它能够通过实际实验验证理论公式、研究水力现象、获得水力参数等，为水力计算提供基础数据，并验证和改进水力理论，从而更好地指导水利工程的设计、施工和运行管理。