水力学与桥涵水文课件.ppt

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1、水力学与桥涵水文1第三章水动力学第一节液体运动的基本概念建立流场中各点的运动要素（流速、动水压强等）之间的关系，以此来解决工程中遇到的实际问题。水动力学研究基本问题：流场：液体运动时占据的整个空间。2通过研究单个液体质点在空间的运动情况，最后获得整个液体的运动规律。一描述液体运动的两种方法拉格朗日法13单个质点运动规律复杂性、以及液体由大量液体组成，导致数学上研究困难。从实用出发，水力学中普遍采用欧拉法。单个液体质点在空间的运动轨迹。迹线4通过研究众多液体质点通过固定空间点时，该空间点的流动参数随时间变化规律，最后获得整个流场的运动规律。

2、欧拉法25某时刻在流场中绘制的一条光滑曲线。曲线上各点切线的方向代表了同一时刻处于该点处的液体质点的运动方向。流线6流线的特性：②同一时刻，流场中的各条流线不会相交。①流线为光滑的曲线。7③流线分布的疏密程度反映流速的大小。流线密的地方则流速大，流线疏的地方流速小。128溢流坝流线9根据空间点运动要素是否随时间变化来区分恒定流与非恒定流。流场中各空间点的所有运动要素均不随时间变化的水流。恒定流的运动要素仅随空间位置变化。例子：库水位不变时，引水隧洞中的水流。二水流运动的分类恒定流、非恒定流1恒定流10流场中空间点的运动要素随时间变化的水流

3、。非恒定流的运动要素是时间和空间的函数。实际水流严格上讲均为非恒定流。非恒定流11流线为相互平行的直线的流动。2均匀流、非均匀流均匀流明渠均匀流管道均匀流12包括：渐变流、急变流。流线不是相互平行直线的流动。非均匀流13渐变流流线间夹角很小流线弯曲不大流线间夹角很小或流线弯曲不大。3渐变流、急变流14流线间夹角很大或者流线弯明显。急变流流线间夹角很大流线弯曲明显15有压流4有压流、无压流无压流无自由表面的水流。具有自由表面的水流。又称为明渠水流。如，河道、未充满管道中的水流。如，自来水管道中的水流。16三水流运动的基本概念过水断面1元流的

4、横断面为微元面，该断面上的水力要素相同。如某一点的流速就是该面上的平均流速，对压强，也是这样。横截面积无穷小的水流。元流（或微小流束）17由无穷多个元流构成。任何一个实际的水流均为总流。总流过水断面与元流或总流的流线正交的横断面。注：过水断面不一定为平面，可以是曲面。过水断面的面积用表示。18单位时间内，通过某一过水断面的液体体积。给定过水断面的流速分布，则断面流量：流量2断面平均流速319过水断面上，液流与固体边界接触的周线长。湿周4水力半径520例1：圆形断面。水流充满整个管道。计算其湿周和水力半径。解：记住：21例2：等腰梯形过水断

5、面。计算其湿周和水力半径。解：1边坡系数22在恒定总流中，任取一段元流。1恒定元流连续性方程第二节恒定总流连续性方程dtdAudtdAu2211rr=2211dAudAu=根据质量守恒定律，有即23即2恒定总流连续性方程2211dAudAu=òò=222111AAdAudAu2211VAVA=21QQ=ò==AudAAAQV1241225123123有分支的连续性方程26例3-1已知、、和。求和、。解：由连续性方程，得27第三节恒定总流的能量方程水流和其他运动的物质一样，具有动能和势能。并且，动能和势能之间可以相互转化。研究水流能量转化规

6、律，是解决水力学问题一个重要理论基础。28一实际液体总流的能量方程流体内某一断面上，有许多液体质点，它们的流速不同，形成某种流速分布。流体内某一液体质点，流速为，则其具有的单位动能为29该断面上的液体质点具有的总动能为30该断面上，单位质量的液体具有的动能为动能修正系数断面上单位质量的液体具有的动能简称为单位动能31若断面上各点的流速相同（均匀流），则，反之，。断面的流速分布越不均匀，则越大。关于动能修正系数可见，反映了断面流速分布的不均匀性。工程计算中，为简便，对渐变流，。32流体内某一断面上，液体具有的单位势能为流体内某一断面上，液体

7、具有的单位动能为流体内某一断面上，液体具有的单位机械能为33单位重量的液体由断面1流至断面2，如果无能量损失（遵循能量守恒），应有考虑到因粘滞力导致能量损失，则12基准面34：单位重量的液体经断面1流至断面2的平均能量损失（简称水头损失）。恒定总流的能量方程（伯诺里方程）35计算点到基准面的位置高度；计算点到测压管内的液面的高度；几何意义二能量方程的三大意义基准面管道计算点36计算点处，测压管内的液面到基准面的高差；基准面管道计算点37测压管中的液面与测速管中液面的高差；测压管被测点测速管38位置水头压强水头流速水头测压管水头总水头水力学

8、意义39单位位能单位压能单位动能单位势能单位机械能物理意义40沿流程，各点水头（测压管水头、总水头等）的连线。水头线水头线的绘制三包括测压管水头连线、总水头线、流速水头线、位置水头线等。41基