水力学知识点讲解Word文件下载.doc
- 文档编号:14182565
- 上传时间:2022-10-19
- 格式:DOC
- 页数:18
- 大小:450KB
水力学知识点讲解Word文件下载.doc
《水力学知识点讲解Word文件下载.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《水力学知识点讲解Word文件下载.doc(18页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
4.表面张力特性:
进行模型试验时需要考虑。
下面我们介绍水力学的两个基本假设:
(二)连续介质和理想液体假设
1.连续介质:
液体是由液体质点组成的连续体,可以用连续函数描述液体运动的物理量。
2.理想液体:
忽略粘滞性的液体。
(三)作用在液体上的两类作用力
第二章 水静力学
水静力学包括静水压强和静水总压力两部分内容。
通过静水压强和静水总压力的计算,我们可以求作用在建筑物上的静水荷载。
(一)静水压强:
主要掌握静水压强特性,等压面,水头的概念,以及静水压强的计算和不同表示方法。
1.静水压强的两个特性:
(1)静水压强的方向垂直且指向受压面
(2)静水压强的大小仅与该点坐标有关,与受压面方向无关,
2.等压面与连通器原理:
在只受重力作用,连通的同种液体内,等压面是水平面。
(它是静水压强计算和测量的依据)
3.重力作用下静水压强基本公式(水静力学基本公式)
p=p0+γh 或
其中:
z—位置水头,
p/γ—压强水头
(z+p/γ)—测压管水头
请注意,“水头”表示单位重量液体含有的能量。
4.压强的三种表示方法:
绝对压强p′,相对压强p,真空度pv,↑
它们之间的关系为:
p=p′-papv=│p│(当p<0时pv存在)↑
相对压强:
p=γh,可以是正值,也可以是负值。
要求掌握绝对压强、相对压强和真空度三者的概念和它们之间的转换关系。
1pa(工程大气压)=98000N/m2=98KN/m2
下面我们讨论静水总压力的计算。
计算静水总压力包括求力的大小、方向和作用点,受压面可以分为平面和曲面两类。
根据平面的形状:
对规则的矩形平面可采用图解法,任意形状的平面都可以用解析法进行计算。
(一)静水总压力的计算
1)平面壁静水总压力
(1)图解法:
大小:
P=Ωb,Ω--静水压强分布图面积
方向:
垂直并指向受压平面
作用线:
过压强分布图的形心,作用点位于对称轴上。
静水压强分布图是根据静水压强与水深成正比关系绘制的,只要用比例线段分别画出平面上俩点的静水压强,把它们端点联系起来,就是静水压强分布图。
(2)解析法:
P=pcA,pc—形心处压强
方向:
作用点D:
通常作用点位于对称轴上,在平面的几何中心之下。
求作用在曲面上的静水总压力P,是分别求它们的水平分力Px和铅垂分力Pz,然后再合成总压力P。
(3)曲面壁静水总压力
1)水平分力:
Px=pcAx=γhcAx
水平分力就是曲面在铅垂面上投影平面的静水总压力,它等于该投影平面形心点的压强乘以投影面面积。
要求能够绘制水平分力Px的压强分布图,即曲面在铅垂面上投影平面的静水压强分布图。
2〕铅垂分力:
Pz=γV,V---压力体体积。
在求铅垂分力Pz时,要绘制压力体剖面图。
压力体是由自由液面或其延长面,受压曲面以及过曲面边缘的铅垂平面这三部分围成的体积。
当压力体与受压面在曲面的同侧,那么铅垂分力的方向向下;
当压力体与受压面在曲面的两侧,则铅垂分力的方向向上。
3〕合力方向:
α=arctg
下面我们举例来说明作用在曲面上的压力体和静水总压力。
例5图示容器左侧由宽度为b的直立平面AB和半径为R的1/4圆弧曲面BC组成。
容器内装满水,试绘出AB的压强分布图和BC曲面上的压力体剖面图及水平分力的压强分布图,并判别铅垂作用力的方向,铅垂作用力大小如何计算?
解:
(1)对AB平面,压强分布如图所示。
总压力P=1/2γH2b;
(2)对曲面BC,水平分力的压强分布如图所示,
水平分力PX=1/2[γH+γ(H+R)]Rb:
压力体是由受压曲面、过受压曲面周界作的铅垂面、向上或向下与自由表面或它的延长面相交围成的体积。
因此,以1/4圆弧面BC为底(闪动曲面),以曲面两端点向上作铅垂线,与水面线相交,围成压力体。
由于与水接触的受压面与压力体在曲面BC的同一侧,因此铅垂作用力的方向是向下的。
铅垂方向作用力的大小:
Fz=γV=γ[(H+R)R-1/4πR2]b
第三章液体运动基本概念和基本方程
这一章主要掌握液体运动的基本概念和基本方程,并且应用这些基本方程解决实际工程问题。
下面我们首先介绍有关液体运动的基本概念:
(一)液体运动的基本概念
1.流线的特点:
反映液体运动趋势的图线。
流线的性质:
流线不能相交;
流线不能转折。
2.流动的分类
液流
非恒定流均匀流:
过水断面上
恒定流非均匀流渐变流
急变流
在均匀流和渐变流过水断面上,压强分布满足:
另外断面平均流速和流量的概念要搞清。
(二)液体运动基本方程
1.恒定总流连续方程
v1A1=v2A2,
Q=vA
利用连续方程,已知流量可以求断面平均流速,或者通过两断面间的几何关系求断面平均流速。
2.恒定总流能量方程
J=—水力坡度,表示单位长度流程上的水头损失。
能量方程是应用最广泛的方程,能量方程中的最后一项hw是单位重量液体从1断面流到2断面的平均水头损失,在第四章专门讨论它的变化规律和计算方法,
(1)能量方程应用条件:
恒定流,只有重力作用,不可压缩
渐变流断面,无流量和能量的出入
(2)能量方程应用注意事项:
三选:
选择统一基准面便于计算
选典型点计算测压管水头:
选计算断面使未知量尽可能少
(压强计算采用统一标准)
(3)能量方程的应用:
它经常与连续方程联解求:
断面平均流速,管道压强,作用水头等。
文丘里流量计是利用能量方程确定管道流量的仪器。
毕托管则是利用能量方程确定明渠(水槽)流速的仪器。
当我们需要求解水流与固体边界之间的作用力时,必须要用到动量方程。
3.恒定总流动量方程
∑Fx=ρQ(β2v2x-β1v1x)
投影形式∑Fy=ρQ(β2v2y-β1v1y)
∑Fz=ρQ(β2v2z-β1v1z)
β—动量修正系数,一般取β=1.0
式中:
∑Fx、∑Fy、∑Fz是作用在控制体上所有外力沿各坐标轴分量的合力,V1i,V2i是进口和出口断面上平均流速在各坐标轴上投影的分量。
动量方程的应用条件与能量方程相似,恒定流和计算断面应位于渐变流段。
应用动量方程特别要注意下面几个问题:
(2)动量方程应用注意事项:
a)动量方程是矢量方程,要建立坐标系。
(所建坐标系应使投影分量越多等于0为好,这样可以简化计算过程。
)
b)流速和力矢量的投影带正负号。
(当投影分量与坐标方向一致为正,反之为负)
c)流出动量减去流入动量。
d)正确分析作用在水体上的力,
一般有重力、压力和边界作用力(作用在水体上的力通常有重力、压力和边界作用力)
e)未知力的方向可以任意假设。
(计算结果为正表示假设正确,否则假设方向与实际相反)
通常动量方程需要与能量方程和连续方程联合求解。
下面我们举例说明液体动量方程的应用:
例3水平床面河道上设一弧形闸门,闸前渐变流断面1的水深为H,闸下收缩断面2的水深hc,闸门段水头损失为1断面流速水头的1.2倍,,求水流对弧形闸门的作用力F?
解:
根据题意,求水流对边界的作用力,显然要应用动量方程求解,由于流速流量未知,首先要利用连续方程和能量方程把动量方程中的所需的流速v、流量Q计算出来。
解:
(1)连续方程
(2)能量方程求p2(建立1—1,2—2断面的能量方程)
取河床水平面为基准面,代表点选在水面,则p1=p2=0,水头损失hw=1.2v21/2g.
取α1=α2=1.0
∴
Q=v1A1=V1×
B×
H
(3)用动量方程求水流对弧形闸门的作用力
(取包括闸门段水体进行示力分析,建立图示坐标,因水体仅在X方向有当动量变化,故设闸门对水体的反作用力为水平力Rx,方向如图所示,作用在水体上的重力沿x方向为零)
x方向的动量方程:
P1-P2-Rx=ρQ(v2-v1)
∴Rx=P1-P2-ρQ(v2-v1)
对于所取的两渐变流断面:
P1=1/2γH2B;
P2=1/2γhc2B
水流对弧形闸门的作用力F与Rx大小相等,方向相反,作用在水体上)
下面我们简单介绍液体运动三元流分析的基础。
(三)三元流分析的基础*(不做考试要求)
液体微团运动的基本形式:
平移、线变形、角变形、旋转
2.有旋流动与无旋流动的区别。
当ωx=ωy=ωz=0,为无旋流动或称有势流动。
3.平面势流的特点
满足无旋条件:
=0—存在势函数φ
满足连续方程:
0
第四章流态与水头损失
在讨论恒定总流能量方程时我们曾经介绍过,水头损失hw是非常复杂的一项内容,我们将就讨论水头损失以及与水头损失有关的液体的流态。
(一)水头损失的计算方法
1.总水头损失:
hw=∑hf+∑hj
(1)沿程水头损失:
达西公式
圆管
λ—沿程水头损失系数
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 水力学 知识点 讲解
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)