水力计算基础

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1、第一篇水力计算基础第一章水流运动形态及液体的物理性质根据以下观点对水流运动形态进行分类：1•根据水流运动要素（如流速、压力等）在时间和空间的变化状态，将水流分成不同的类型。2.根据水流的内部结构及彩响水流形态的内在因素进行分类。3.根据水流局部发生的特殊水流现象进行分类。第一节水流运动类型水流流速：-般可分为瞬时流速u、时均流速口、脉动流速『及断血平均流速V。压力：分为瞬时压力、时均压力、脉动压力。本书中没有特别说明就是指时均值。一.根据压力在空间的特征进行分类无压流：凡过水断面的周界不全部被固体

2、边界所限制，具有口由表面的水流。动力主耍是重力（促使流动）。1个工程大气压为10t/m2o有压流：水流充满封闭的固体边界，没有口由表而的水流。动力主耍是压力（促使流动）。二.根据水流运动要素随时间变化进行分类恒定流（又称稳定流）：流场中每一固定点的水流质点的运动要素（如时均速度、时均压力、密度等）不随吋间而改变的水流。非恒定流（又称非稳定流）：流场中每一固定点的水流质点的诸多要素中，至少冇一个是随时间而改变的水流运动。（注：由于非恒定流屮运动耍索随时间变化，计算时比恒定流要复杂的多，因此当观察到水

3、流运动要素虽然随时间变化，但变化不人，而忽略这种变化又对工程实践的精确度彩响不大时，往往按恒定流处理。）三.根据水流运动要素在空间上的变化进行分类均匀流：各个过水断血中和应点（即位于同-•流线上的点）的流速（包括大小和方向）相同的水流。在恒定流情况下，离进口一段距离的过水断而大小及形状不变的直线管道中的水流。或离进口一段距离的过水断面大小和水深及表面糙率沿程不变的直线匸坡长渠中的水流。非均匀流：同一流线上的点流速沿程发生变化的水流。非均匀流有两种，即渐变流和急变流。渐变流就是一种流线Z间近乎平行的

4、水流，它的极限情况便是均匀流。满足两个条件：1.流线之间的夹角很小2.流线的曲率半径r很人或111］率很小。渐变流屮的过水断面可近似看作平面，动水压强在过水断而上按静水压强分布规律分布。急变流：不满足上述2个条件Z-的水流。一（二、三）度（元、维）流，就是假设水流要素只依赖于一（二、三）处标描述，则称该水流为一（二、三）度（元、维）流。流束：充满于流管内的液体。:由无数流线组成的管状封闭面。总掘：将流束的过水断面扩大到全部流动的边界（如管道的管壁或河渠的岸壁渠底及水面）。（常用一元分析法去研究以流

5、束或总流为对象的液流。）第二节水流内部流动一.根据水流的内在结构分类：层流：水流质点作有条不紊的线状运动，各层间互不混杂。层流不存在流速和压力等水流运动耍素的脉动量。对于层流运动，水流各层间的切应力T（即单位面积上的切力），可用牛顿液体内摩擦力定律來表示。即duduT=11——=-li—dydr式中：U——距管轴r处（即距离管壁y处）的纵向流速（对于明渠流，即是距槽底y处的纵向流速）。反应水流的惯性力与粘滞力之比，是一个无量纲数。（Reynoldsnumber）M——水的粘滞性系数（见下表）。对竹

6、流：Re=vd对明渠：Re=—v温度厂C051015202530405060708090100粘滞性系数P（公1.821.541.331.161.020.910.810.660.560.470.410360320.28斤・秒99679366095439/cm')x10'8是由人小不同尺度的涡体（或漩涡）纽成的，而且对时间和空间都是随机运紊流（湍流）:动。雷诺数（Re）：式中：过水断而平均流速d管道直径R・…・・水力半径（R=-；。为过水断血，力为湿周=管道和渠松横断面上固壁与水X流接触部分的长度。

7、过流断而上流体与固体壁而接触的周界线，称为湿周（WettedPerimeter）常用x（希腊字母）表示，湿周是过水断而的重要水力要素之一，湿周越大水流阻力及水头损失也越大。）v-水的运动粘滞性系数雷诺数是反应水流流态特性的一个量，当紊流过度到层流开始出现层流时的雷诺数称为下临界雷诺数（ReQ。对于圆管管流：Rc严2000ixl当Re=——>2000时紊流。v当Re=——<2000时层流。v对明渠水流：Re产500当Re=—>500时紊流V当Re=——<500W层流。v二.明渠水流中，可从水流所具有

8、的动能和势能的对比，或从水流的流速与干扰波波速的对比来区分水流的流态。（一）弗汝徳数（Froudenumber）：用Fr表示，是判别急流和缓流的参数，它反应过水断面上水流具有的动能和势能的对比关系，一般表示为：Fr二厂一对于矩形断而的明渠流:式中：B为水面宽h为水深a为动能修正系数g为重力加速度。当Fr=1时，水流为临界流，水流流速与干扰波的波速和等。当F「>1时，水流为急流，水流流速大于干扰波的波速，干扰波不能向上游传播。当RrB时，水流为缓流，水流的流速小于干扰波的波速，干扰波