1、质点：是指大小同所有流动空间相比微不足道，又含有大量分子，具有一定质量的流体微元。含义：宏观尺寸非常小，微观尺寸足够大，具有一定的宏观物理量，形状可以任意划定质点间无空隙。

2、连续介质假设：把流体当做是由密集质点构成的、内部无空隙的连续体。

3、相对密度：物体质量与同体积4摄氏度蒸馏水质量比

4、体胀系数：压强不变时每增加单位温度时，流体体积的相对变化率（α），温度越高越大。

5、压缩率：当流体温度不变时每增加单位压强时，流体体积的相对变化率，压强越大压缩率越小压缩越难（kt）。

6、体积模量：温度不变，每单位体积变化所需压强变化量，（K），越大越难压缩。

7、不可压缩流体：体胀系数与压缩率均零的流体。

8、粘性：流体运动时内部产生切应力的性质，是流体的内摩擦特性，或者是流体阻抗剪切变形速度的特性，动力黏度μ：单位速度梯度下的切应力，运动黏度:流体的动力黏度与密度的比值。

9、速度梯度:速度沿垂直于速度方向y的变化率。

10、牛顿内摩擦定律：切应力与速度梯度成正比。符合牛顿内摩擦定律的流体；不符合牛顿内摩擦定律的流体。

11、三大模型：连续介质模型、不可压缩模型、理想流体模型。

连续介质假设是流体力学中第一个带根本性的假设。

连续介质模型：认为液体中充满一定体积时不留任何空隙，其中没有真空，也没有分子间隙，认为液体是连续介质，由此抽象出来的便是连续介质模型。

不可压缩流体模型：在忽略液体或气体压缩性和热胀性时，认为其体积保持不变以简化分析，流体密度随压强变化很小，可视为常数的流体。

理想流体模型：连续介质模型和不可压缩模型的总和。

12、质量力与表面力之间的区别：

①作用点不同质量力是作用在流体的每一个质点上表面力是作用在流体表面上；

②质量力与流体的质量成正比（如为均质体与体积成正比）表面力与所取的流体的表面积成正比

③质量力是非接触产生的力,是力场的作用表面力是接触产生的力

13、简述气体和液体粘度随压强和温度的变化趋势及不同的原因。

答：气体的粘度不受压强影响，液体的粘度受压强影响也很小；液体的粘度随温度升高而减小，气体的粘度却随温度升高而增大，其原因是：分子间的引力是液体粘性的主要因素，而分子热运动引起的动量交换是气体粘性的主要因素。

1、质量力与表面力：与流体微团质量相关且集中作用在微团质量中心上的力；大小与表面面积有关且分布作用在流体表面的力（平衡流体无表面切向摩擦力，有流体静压力即内法线压力—静压强是当流体处于绝对静止或相对静止状态时流体中的压强）。

2、流体静压力是流体作用在受压面上的总作用力矢量，大小方向与受压面有关，流体静压强是一点上流体静压力的强度，是无方向标量，各向同性。

3、欧拉平衡方程：质量力与表面力任意方向上平衡（相等相反）；受那方向上质量分力，静压强沿该方向必然变化。

4、有势质量力：质量力所做的功只与起点和终点的位置有关。力的势函数：某函数对相应坐标的偏导数，等于单位质量力在相应坐标轴上的投影。

5、等压面：流体中压强相等的各点所组成的平面或曲面。也是等势面、与单位质量力矢量垂直、两不混合平衡液体交界面必是等压面。

6、静压强基本公式：平衡流体各点位置势能与压强势能一定。

7、绝对压强pabs：以没有气体分子存在的完全真空为基准起算的压强。

相对压强p：以当地大气压pa为基准起算的压强，各种压力表测得的压强为相对压强，相对压强又称为表压强或计示压强。

真空度pv：绝对压强小于当地大气压的数值。

测量压强做常用的仪器有：液柱式测压计和金属测压表。

液柱式测压计包括测压管、U形管测压计、倾斜式微圧计和压差计。

8、阿基米德原理：液体作用于潜体或浮体上的总压力，只有铅垂向上的浮力，大小等于所排开的液体重量，作用线通过潜体的几何中心。

9、流体平衡微分：在静止流体中，各点单位质量流体所受质量力与表面力相平衡。

10、静压强计量单位：应力单位，液柱高单位，大气压单位。

11、静止流体中应力的特性。

（1）方向沿作用面的内法线方向；（2）静压强的大小与作用面的方位无关各向同性。

12、由液体静力学基本方程得到的结论（推论）：

（1）静压强的大小与液体的体积无关；

（2）两点的压强差等于两点之间单位面积垂直液柱的重量；

（3）在平衡状态下，液体内任一点压强的变化等值地传递到其他各点。

1、描述流体运动的两种方法：拉格朗日法和欧拉法。除个别质点的运动问题外，都应用欧拉法。

拉格朗日法：是以个别质点为研究对象，观察该质点在空间的运动，然后将每个质点的运动情况汇总，得到整个流体的运动。质点的运动参数是起始坐标和时间变量t的连续函数。 欧拉法：是以整个流动空间为研究对象，观察不同时刻各空间点上流体质点的运动，然后将每个时刻的情况汇总起来，描述整个运动。空间点的物理量是空间坐标）和时间变量t的连续函数。

2、定常流动=恒定流：如果流场中物理量的分布与时间变化无关，则称为定常场或定常流动，当地导数为零（与空间坐标无关，则称为均匀场或均匀流动，流线平行迁移导数为零）。

3、控制体：是空间的一个固定不变的区域，是根据问题的需要所选择的固定的空间体积。它的边界面称为控制面。

4、迹线：流体质点运动的轨迹，拉格朗日法。

5、流线：流场中的瞬时光滑曲线，曲线上各点的切线方向与该点瞬时速度方向一致（定常中流线形状不随时间变化且与迹线重合，除了奇点驻点不相交不突然转折），欧拉法。 流线构成一管状曲面，称为流管。

流线：表示某一瞬时流体各质点运动趋势的曲线，曲线上任一点的切线方向与该点的流速方向重合。（对的描绘）

6、流管流束总流：在垂直于流动方向的平面上，过流场中任意封闭的微小曲线上的点作流线所形成的管状面称为流管。流束：流管以内的流体，称之为流束。总流：由无数多个元流组成的，在一定边界内具有一定大小尺寸的实际流动的流体

7、流量、体积流量、质量流量：单位时间内通过某一过流断面的流体的量；单位时间内通过断面的流体体积；单位时间内通过断面的流体质量。

8、一（二、三）元流：除时间坐标外，流动参数随一（二、三）个空间坐标变化的流动。

9、理想伯努利方程：理想流体总机械能守恒。重力流体的位能、压能、动能叫做位置、压强、速度水头。

10、皮托管：将流体动能转化为压能从而通过测压计测量流体速度的仪器。

11、节流式流量计：通过节流元件前后压差测定流量的仪器。

12、流线迹线相关

流线性质：（1）在恒定流中，流线的形状和位置不随时间变化；（2）在同一时刻，一般情况下流线不能相交或转折。

在恒定流中流线与迹线重合，非恒定流中一般情况下两者不重合，但当速度方向不随时间变化只是速度大小随时间变化时，两者仍重合。

差别：迹线是同一流体质点在不同时刻的位移曲线，与拉格朗日观点对应，而流线是同一时刻、不同流体质点速度方向与之相切的曲线，与欧拉观点相对应。

13、流动分类：（1）根据运动参数是否随时间变化，分为恒定流和非恒定流；（2）根据运动参数与空间坐标的关系，分为一元流、二元流和三元流；（3）根据流线是否平行，分为均匀流和非均匀流。

1、力学相似：实物流动与模型流动在对应点上对应物理量有一定的比例关系，包括几何相似（实物流动与模型流动有相似的边界形状，一切对应的线性尺寸成比例）、运动相似（实物流动与模型流动的流线几何相似，对应点速度成比例）、动力相似（实物流动与模型流动受同种外力作用，对应点上对应力成比例）。

2、相似准则：使两个流动动力相似，各项力符合的一定约束关系，包括雷诺准则（相似流动的雷诺数相等，粘滞力相似；雷诺数为惯性力与粘滞力之比）、弗劳德准则（相似流动的弗劳德数相等，重力相似；弗劳德数为惯性力与重力之比）、欧拉准则（相似流动的欧拉数相等，压力相似；欧拉数为压力与惯性力之比）。

3、相似条件：满足几何相似、运动相似、动力相似，以及两个流动的边界条件和起始条件相似。

4、相似关系：几何相似是运动相似和动力相似的前提与依据;动力相似是决定两个流动相似的主导因素;运动相似是几何相似和动力相似的表现。

4、量纲和谐原理：凡正确反映客观规律的物理方程，其各项的量纲必须是一致的。

6、量纲分析：方法是瑞利法和π定理，依据是量纲和谐原理。

7、为什么每个相似准则都是和惯性力做比较？

作用在流体上的力除惯性力是企图维持流体原来运动状态的力外，其他力都是企图改变运动状态的力。如果把作用在流体上的各力组成一个力多边形的话，那么惯性力则是这个力多边形的合力，即牛顿定律F=ma。流动的变化就是惯性力与其他上述各种力相互作用的结果。因此各种力之间的比例关系应以惯性力为一方来相互比较。

1、层流：流速较小时，水沿轴向流动，流体质点没有横向运动，不互相混杂的流动状态。

2、湍流（紊流）：流速较大时，流体质点有剧烈混杂，质点速度在横纵向上均有不规则脉动现象的流动状态。

3、临界：管径与运动粘度一定，从湍流变层流时，平均速度为下临界速度，无量纲数为下临界雷诺数（2320）。

4、水力半径:总流过流断面面积与湿周之比。

5、圆管中层流：只有轴向运动，定常、不可压缩，速度分布的轴对称性，等径管路压强变化的均匀性，管道中质量力不影响流动性能。

6、哈根伯肃叶定律：圆管层流的K型分布得到速度分布，推求流量、粘度。

7、沿程损失：等径管路中由于流体与管壁及流体本身的内部摩擦（沿程阻力），使流体能量沿流动方向逐渐降低，可以用压强损失、水头损失（压强水头差—达西公式）、功率损失（水头损失乘流量pg）表示。

8、尼古拉兹实验：对圆管有压流进行了系统的沿程阻力系数和断面流速分布的测定。层流区（2320），临界区（4000，扎依钦科），光滑管湍流区（布拉休斯100000尼古拉兹），过渡区（柯列布茹克=阿里特苏里用于三个阻力区），粗糙管湍流区（尼古拉兹=希夫林松）

9、局部损失：经过管路附件时产生的压强、水头、能量损失（涡旋区和速度重新分布）。

10、长管短管：水头损失绝大部分为沿程损失，局部损失可忽略的管路；水头损失中沿程损失、局部损失各占一定比例的管路。

11、管路特性：水头与流量的函数关系。

12、串联管路流量等，总水头损失等各段水头损失和；并联管路各段损失等，总流量为和。

13、管中水击（液压冲击）：在有压管道中，由于某种原因，使水流速度突然发生变化，同时引起压强大幅度波动的现象。用间接水击、过载保护、减小管路长度和增加管道弹性防止。

14、雷诺数与粘度、流速、管径（大小）有关。

15、圆管层流流动时,其断面的切应力直线分布、流速抛物面分布。

1、薄壁厚壁孔口区别：厚壁孔口只有内收缩，阻力系数分入口、断面收缩、后半段沿程当量苏力系数三部分。

2、厚壁孔口流速系数小，速度小；流量系数大，流量大。

3、管嘴正常工作条件：长度不能太短，p不能太大。

4、管道：简单管道（沿程直径和流量都不变化的管道）、串联管道（由直径不同的管段顺序连接起来的管道）、并联管道（在两节点之间并联两根或两根以上的管道）。

5、孔口、管嘴出流和有压管流各自的水力特点是：（1）孔口、管嘴出流只有局部水头损失，不计沿程水头损失， ；（2）短管的局部水头损失和沿程水头损失都要计入，；（3）长管的局部水头损失和流速水头的总和同沿程水头损失相比很小，按沿程水头损失的某一百分数估算过忽略不计。

7、相同的作用水头下，同样开口面积，管嘴的过流能力是孔口过流能力的1.32倍。

第二篇：流体力学概念总结

第一章 绪论 表面力：又称面积力，是毗邻流体或其它物体，作用在隔离体表面上的直接施加的接触力。它的大小与作用面积成比例。 剪力、拉力、 表面力 压力 质量力：是指作用于隔离体内每一流体质点上的力，它的大小与质量成正比。 重力、惯性力 质量力 流体的平衡或机械运动取决于： 流体的平衡或机械运动取决于： 1.流体本身的物理性质（内因） 2.作用在流体上的力（外因） 牛顿通过著名的平板实验，说明了流体的粘滞性，提出了牛顿内摩擦定律。 平板实验， 牛顿内摩擦定律。 平板实验 牛顿内摩擦定律 τ=μ(du/dy) 只与流体的性质有关，与接触面上的压力无关。 τ只与流体的性质有关，与接触面上的压力无关。 动力粘度 ?：反映流体粘滞性大小的系数，单位：N?s/m2 运动粘度 ν：ν=μ/ρ 第二章 流体静力学 流体静压强具有特性 1.流体静压强既然是一个压应力，它的方向必然总是沿着作用面的内法线方向，即垂直于作用面，并指向作用面。 2.静止流体中任一点上流体静压强的大小与其作用面的方位无关，即同一点上各方向的静压强大小均相等。 静力学基本方程: 静力学基本方程: P=Po+pgh 等压面：压强相等的空间点构成的面 等压面 绝对压强：以无气体分子存在的完全真空为基准起算的压强 Pabs 绝对压强 相对压强：以当地大气压为基准起算的压强 P 相对压强 P=Pabs—Pa（当地大气压） 真空度：绝对压强不足当地大气压的差值，即相对压强的负值 Pv 真空度 Pv=Pa-Pabs= -P 测压管水头： 测压管水头：是单位重量液体具有的总势能 基本问题： 基本问题： 1、求流体内某点的压强值：p = p0 +γh； 2、求压强差：p – p0 = γh ； 3、求液位高：h = （p - p0）/γ 平面上的净水总压力：潜没于液体中的任意形状平面的总静水压力 P，大 小等于受压面面积 A 与其形心点的静压强 pc 之积。 平面上的净水总压力 注意： 注意：只要平面面积与形心深度不变: 1．面积上的总压力就与平面倾角 θ 无关； 2．压心的位置与受压面倾角 θ 无直接关系，是通过 yc 表现的； 3．压心总是在形心之下，在受压面 位置为水平放置时，压心 与形心重合。 作用在曲面壁上的总压力— 作用在曲面壁上的总压力— 水平分力 作用于曲面上的静水总压力 P 的水平分力 Px 等于作用于该曲 面的在铅直投影面上的的投影（矩形平面）上的静水总压力，方向水平指 向受力面，作用线通过面积 Az 的压强分布图体积的形心。 作用在曲面壁上的总压力— 作用在曲面壁上的总压力— 垂直分力 作用于曲面上的静水总压力 P 的铅垂分力 Pz 等于该曲面上的 压力体所包含的液体重，其作用线通过压力体的重心，方向 铅 垂 指 向受力面。 帕斯卡原理： 帕斯卡原理：静止不可压缩流体内任意一点的压强变化等值传递到流体内的其他各点； 重力场中静止流体 等压面的特点 静止、同一水平面； （1）静止、同一水平面； 质量力仅有重力； （2）质量力仅有重力； 连通； （3）连通； 连通的介质为同一均质流； （4）连通的介质为同一均质流； 第三章 流体运动学 拉格朗日方法： 拉格朗日方法：是以流场中每一流体质点作为描述对象的方法，它以流体个别质点随时间的运动为基础，通过综合足够多的质点（即质点 系）运动来确定整个流体的流动。----质点系法 欧拉法：是以流体质点流经流场中各空间点的运动即以流场作为描述对象研究流动的方法——流场法。 欧拉法 流体质点的加速度（流速对时间求导）有两部分组成： 流体质点的加速度（流速对时间求导）有两部分组成： 时变加速度（当地加速度）——流动过程中流场由于速度随时间变化而引 起的加速度； 1）时变加速度（当地加速度）—— 位变加速度（迁移加速度）——流动过程中流场中速度分布不均，因位置变化而引起的加速度。 2）位变加速度（迁移加速度）—— 流线 流线的定义：是表示某一瞬时流体各点流动趋势的曲线，曲线上任一点的切线方向与该点的流速方向重合。 流线的定义 流线的性质： 流线的性质：a、同一时刻的不同流线，不能相交。 b、流线不能是折线，而是一条光滑的曲线。 c、流线簇的疏密反映了速度的大小 迹线 迹线的定义： 迹线的定义：是指某一质点在某一时段内的运动轨迹线。 层流与紊流 层流与紊流 层流： 层流：亦称片流，是指流体质点不互相混杂，流体质点作有条不紊的有序的直线运动。 层流特点（1）有序性。 层流特点 （2）水头损失与流速的一次方成正比 Hf=kv 。 （3）在流速较小且雷诺数 Re 较小时发生。

（4）层流遵循牛顿内摩擦定律，粘性抑制或约束质点作横向运动。 。 紊流： 紊流：是指随流速增大，流层逐渐不稳定，质点相互混掺，流体质点沿很不规则无序的路径运动。 紊流特点： 紊流特点：① 无序性、随机性、有旋性、混合性。 ② 在圆管流中水头损失与流速的 1.75~2 次方成正比。Hf=kv 1.75~2 ③ 在流速较大（雷诺数较大）时发生。 4 紊流发生是受粘性和紊动共同作用的结果 有压流与无压流 有压流： （1）有压流：流体充满整个流动空间，在压力作用下的流动。 无压流： ，在重力作用下的流动。 （2）无压流：流体具有与大气相接触的自由表面（未充满整个流动空间） 满流： （3）满流：流体充满整个流动空间。 非满流： （4）非满流：流体为充满整个流动空间。 有旋流和无旋流 有旋流： ，而且绕着自身的瞬时轴线作旋转运动。 有旋流：亦称―涡流‖。流体质点（微团）在运动中不仅发生平动（或形变） 无旋流： 无旋流：亦称―势流‖、―有势流‖。流体在运动中，它的微小单元只有平动或变形，但不发生旋转运动，即流体质点不绕其自身任意轴 转动。 恒定流与非恒定流 恒定流： 恒定流：是指流场中的流体流动，空间点上各水力运动要素均不随时间而变化。 严格的恒定流只可能发生在层流，在紊流中，由于流动的无序，其实流速或压强总有脉动，但若取时间平均流速（时均流速） 非恒定流： 非恒定流：是指流场中的流体流动，空间点上各水力运动要素均随时间的变化而变化。 在非恒定流情况下，流线的位置随时间而变；流线与迹线不重合。 在非恒定流情况下，流线的位置随时间而变；流线与迹线不重合。 在恒定流情况下，流线的位置不随时间而变 且与迹线重合。 在恒定流情况下，流线的位

置不随时间而变，且与迹线重合。 均匀流与非均匀流 均匀流—— ——迁移加速度为 均匀流——迁移加速度为 0 均匀流中各过水断面上的流速分布图沿程不变，过水断面是平面，沿程各过水断面的形状和大小都保持一样。 例：等直径直管中的液流或者断面形状和水深不变的长直渠道中的水流都是均匀流。 非均匀流—— ——迁移加速度不等于 非均匀流——迁移加速度不等于 0 的流动 非均匀流中流场中相应点的流速大小或方向或同时二者沿程改变，即沿流程方向速度分布不均。 （非均匀流又可分为急变流和渐变流） 。 渐变流与急变流 渐变流： 渐变流：沿程逐渐改变的流动。 特征： ，同时流线的曲率半径又很大（即流线几乎是直线） ，其极限是均匀流； 特征：1）流线之间的夹角很小即流线几乎是平行的） 2）过水断面可看作是平面； 3）渐变流的加速度很小，所以惯性力很小，可以忽略不计，质量力只考虑重力作用。 急变流： 急变流：沿程急剧改变的流动。 特征： 特征：1）流线间夹角很大或曲率半径较小或二者兼而有之，流线是曲线。 2）急变流的加速度较大，因而惯性力不可忽略。 第四章 流体动力学基础 元流的伯努利方程 元流伯努利方程的物理意义与几何意义 z: 是元流过流断面上单位重量流体从某一基准面算起所具有的位能，称单位位能。 p/ρg : 是元流过流断面上单位重量流体所具有的压能，称单位压能。 z+p/ρ z+p/ρg: 是元流过流断面上单位重量流体从某一基准面算起所具有势能，称单位势能。 ，称单位动能。 u 2/ 2g: 是元流过流断面上单位重量流体所具有的动能（kinetic energy） 物理意义： （1）物理意义： 1）元流各过流断面上单位重量流体所具有的机械能（位能、压能、动能之和）沿流程保持不变； 2）也表示了元流在不同过流断面上单位重量流体所具有的位能、压能、动能之间可以相互转化的关系。 是位置水头； z 是位置水头； 是压强水头； p/ρg 是压强水头； z+p/ρ 是测压管水头； z+p/ρg 是测压管水头； 是速度水头(velocity u 2/ 2g 是速度水头(velocity head) 几何意义： （2）几何意义： 1）元流各过流断面上总水头 H(位置水头、压强水头、速度水头之和)沿流程保持不变。 2）也表示了元流在不同过流断面上位置水头、压强水头、速度水头之间可以相互转化的关系。 皮托管测流速 常见的皮托管是由装有一半圆球探头的双层套管组成，并在两管末端联接上压差计。 探头端点 A 处开一小孔与内套管相连，直通压差计的一肢；外套管侧表面沿圆周均匀地开一排与外管壁相垂直的小孔(静压孔)，直通 压差计的另一肢。 测速时，将皮托管放置在欲测速度的恒定流中某点 A，探头对着来流，使管轴与流体运动的方向相一致。流体的速度接近探头时逐渐 减低，流至探头端点处速度为零。 恒定总流的伯努利方程 （1）物理意义 置势） 位（置势）能 Z：表示过流断面上单位重量流体所具有的重力势能； 力势） p/ρ 压（力势）能 p/ρg：表示过流断面上单位重量的流体所具有的压力势能； v2/2g： 动能 αv2/2g：表示过流断面上单位重量的流体所具有的平均动能； （2）几何意义 称为断面位置水头； z： 称为断面位置水头； p/ρ 称为断面压强水头； p/ρg：称为断面压强水头； v2/2g 称为断面速度水头； /2g： αv2/2g： 称为断面速度水头； z+p/ρ 称为断面测压管水头； 测压管水头 z+p/ρg：称为断面测压管水头； z+p/ρ 称为断面总水头。 z+p/ρg+u2/2g=H ：称为断面总水头。 这些量都具有长度的量纲[L]，将这些具有水位高度的量称为水头。 总水头线： 总水头线：沿流管各总水头值的连线，是流管坐标的函数。 水头线： 水头线：沿流管各测压管水头值的连线，是流管坐标的函数。 水力坡度： 水力坡度：单位长度上的水头损失。 测压管水头线坡度： 测压管水头线坡度：单位长度上测压管水头的降低或升高。 对均匀流动，则总水头线与测压管水头线平行，即 J = JP 能量方程（伯努力方程） 能量方程（伯努力方程）适用条件 1）恒定流动； 2）流体不可压缩； 3）质量力只有重力作用； 4）两过水断面处为均匀流或渐变流； 5）流量沿程不变； 6）两过水断面间无能量输入输出。 第六章 流动阻力和水头损失 产生流动阻力和能量损失的根源：流体的粘性和紊动。 产生流动阻力和能量损失的根源：流体的粘性和紊动。 单位重量流体的平均能量损失称为水头损失。 ｈｗ：单位重量流体的平均能量损失称为水头损失。 沿程阻力和沿程水头损失： 沿程阻力和沿程水头损失： 沿程阻力： 沿程阻力：当限制流动的固体边界使流体作均匀流动时，流动阻力只有沿程不变的切应力形成的阻力。 沿程水头损失： 沿程水头损失：由沿程阻力作功而引起的水头损失。 沿程水头损失 hf：主要由于―摩擦阻力‖所引起的，随流程的增加而增加。 局部阻力和局部水头损失 局部阻力： 局部阻力：液流因固体边界急剧改变而引起速度分布的变化，从而产生的阻力称为局部阻力。 局部水头损失： 局部水头损失：由局部阻力作功而引起的水头损失称为局部水头损失。 局部阻力水头损失 hj ：主要是因为固体边界形状突然改变，从而引起水流内部结构遭受破坏，产生漩涡，以及在局部阻力之后，水流还 要重新调整结构以适应新的均匀流条件所造成的。 水头线图的绘制方法： 水头线图的绘制方法： 1、绘制总水头线。总水头线总是沿程下降。在有局部水头损失的地段，有较集中的下降；在有沿程水头损失的地段，则逐渐的下降。在 有外加能量的地点，则有一个集中的上升。 2、绘制测压管水头线。测压管水头线比总水头线处处低一个流速水头值。测压管水头线可能沿程下降，也可能会升高。 3、利用已知边界条件作为水头线的起点和终点。 注意： 注意： 1、理想流动流体的总水头线为水平线；

2、实际流动流体的总水头线恒为下降曲线； 3、测压管水头线可升、可降、可水平。 4、若是均匀流，则总水头线平行于测压管水头线，即 J=JP。 3、流态的判别准则 —— 临界雷诺数 Rec 雷诺实验揭示了水流的两种流动状态：层流和紊流;并测定了流动损失及水流速度与流态之间的关系。 雷诺实验揭示了水流的两种流动状态：层流和紊流;并测定了流动损失及水流速度与流态之间的关系。 临界流速判别： （1）临界流速判别：因不同的

管径大小、流体种类和流体温度，得到的临界流速不同。 临界雷诺数判别： （2）临界雷诺数判别： 临界流速 v 与过流断面的特性几何尺寸(管径)d、 流体的动力粘度μ和密度ρ有关， 这四个量可以组成一个特征数(量纲一的量或无量纲数) 称雷诺数 Re 雷诺数的物理意义： 雷诺数的物理意义：雷诺数是以宏观特征量表征的流体质点所受惯性力与粘性力之比。 粘性底层： 粘性底层：圆管作湍流运动时，靠近管壁处存在着一薄层，该层内流速梯度较大，粘性影响不可忽略，紊流附加切应力可以忽略，速度近 似呈线性分布， 这一薄层就称为粘性底层。 （随雷诺数增大而减小） 紊流核心：粘性底层之外的液流统称为紊流核心 核心。 紊流核心：粘性底层之外的液流统称为紊流核心。 绝对粗糙度( ):粗糙突出管壁的平均高度 粗糙突出管壁的平均高度。 绝对粗糙度(Δ):粗糙突出管壁的平均高度。 相对粗糙度: 的比值. 相对粗糙度:管壁的绝对粗糙度Δ与管径ｄ的比值. 尼古拉兹实验 实验目的：研究沿程阻力系数λ 之间的关系，揭示λ的变化规律。 1. 实验目的：研究沿程阻力系数λ与雷诺数 Re 和管壁相对粗糙度 Ks/d 之间的关系，揭示λ的变化规律。 第 1 区——层流区， λ=f(Re) 。λ=64/Re，沿程损失与流速的一次方程正比。 第 2 区——层流转变为紊流的过渡区。λ=f(Re) ，范围较小，一般按水力光滑区处理。 第 3 区——水力光滑管区。紊流状态，Re>3000, λ=f(Re) ，水头损失与流速的 1.75 次方成比例。 第 4 区——由―光滑管区‖转向―粗糙管区‖的紊流过渡区，λ=f(Re, ?/d) 。 第 5 区——水力粗糙管区或阻力平方区。 λ=f（?/d） ，水流处于发展完全的紊流状态，水流阻力与流速的平方成正比，故又称阻力平方区。 当量粗糙度 把直径相同、紊流粗糙区λ值相等的人工粗糙管的粗糙突起高度 Ks 定义为该管材工业管道的当量粗糙。 附面层（边界层） ：粘度小的流体（如水和空气）绕过物体运动时，摩擦阻力主要发生在紧靠物体表面的一个流速梯度很大的流体薄层内， 附面层（边界层） ： 粘性影响起主要作用。 形状阻力： 形状阻力：指流体绕曲面体或具有锐缘棱角的物体流动时，附面层要发生分离，从而产生旋涡所造成的阻力。这种阻力与物体形状有关， 故称为形状阻力。 卡门涡街 当 Re≈40 时 黏性流体绕过圆柱体，发生边界层分离，在圆柱体后面产生一对旋转方向相反的对称旋涡； Re ＝ 40－70 对称旋涡位置已不稳定，尾流有周期 性振荡； Re ≈90 时， 旋涡从柱体后部交替释放出来，形成有规则的交错排列的旋涡组合，这种旋涡具有一定的脱落频率，称为卡门涡街. 绕流阻力 细长流线型物体，以平板为例，绕流阻力主要由摩擦阻力来决定，阻力系数与雷诺数有关; 钝头曲面物体，以圆柱和圆球为例，绕流阻力既与摩擦阻力有关，又与压差（形状）阻力有关。在低雷诺数时，主要为摩擦阻力，阻力系 数与雷诺数有关。在高雷诺数时，主要为压差（形状）阻力。 孔口、 第七章 孔口、管嘴出流和有压管流 有压管流： 有压管流：管道中流体在压力差作用下的流动。 有压管道： 有压管道：输送有压液流的管道。 有压恒定管流： 有压恒定管流：当管流的所有运动要素均不随时间变化的管流。 有压非恒定管流： 有压非恒定管流：管流的运动要素随时间变化的管流。 孔口出流：在容器壁上开孔，水经孔口流出的水力现象就称为孔口出流。 孔口出流：在容器壁上开孔，水经孔口流出的水力现象就称为孔口出流。 孔口的分类： 的比值大小分：大孔口、 孔口的分类：根据 d/H 的比值大小分：大孔口、小孔口 大孔口：当孔口直径 d（或高度 e）与孔口形心以上的水头高 H 的比值大于 0.1，即 d/H>0.1 时，需考虑在孔口射流断面上各点的水头、 压强、速度沿孔口高度的变化，这时的孔口称为大孔口。 小孔口：当孔口直径 d（或高度 e）与孔口形心 以上的水头高度 H 的比值小于 0.1，即 d/H<0.1 时，可认为孔口射流断面上的各点流 速相等， 且各点水头亦相等，这时的孔口称为小孔口。 根据出流条件分：自由出流、 根据出流条件分：自由出流、淹没出流 自由出流：若经孔口流出的水流直接进入空气中，此时收缩断面的压强可认为是大气压强，即 pc = pa ，则该孔口出流称为孔口自由 出流。 淹没出流：若经孔口流出的水流不是进入空气，而是流入下游水体中，致使孔口淹没在下游水面之下，这种情况称为淹没出流。 根据孔口壁是否对水流运动有影响分为—— ——薄壁孔口与厚壁孔口 根据孔口壁是否对水流运动有影响分为——薄壁孔口与厚壁孔口 薄壁孔口：当孔口具有锐缘时，孔壁与水流仅在一条周线上接触，即孔口的壁厚对出流并不发生影响，这种孔口称为薄壁孔口。 厚壁孔口：当孔口孔壁与水流接触具有一定长度，即孔口的壁厚对出流有一定影响时，称这种孔口为厚壁孔口。 根据孔口水头变化情况分：恒定出流、 根据孔口水头变化情况分：恒定出流、非恒定出流 恒定出流：当孔口出流时，水箱中水量如能得到源源不断的补充，从而使孔口的水头不变，此时的出流称为恒定出流。 非恒定出流：当孔口出流时，水箱中水量得不到补充，则孔口的水头不断变化，此时的出流称为非恒定出流。 管嘴出流： 倍孔径的短管，经此短管并在出口断面满流流出的水力现象称为管嘴出流。 管嘴出流：在孔口上对接长度为 3～4 倍孔径的短管，经此短管并在出口断面满流流出的水力现象称为管嘴出流。 按管嘴的形状可分为： 按管嘴的形状可分为： 1）流线形外管嘴：无收缩扩大，阻力系数最小。 2）圆柱形外管嘴：先收缩后扩大到整满管。 3）圆锥形收缩管嘴：较大出口流速。如：消防用喷嘴。 4）圆锥形扩张管嘴：较大过流能力，较低出口流速。 管嘴出流的正常工作条件： 管嘴出流的正常工作条件： 1.作用水头 Ho 小于等于 9m。 Ho 过大，真空高度过大，空气从管嘴吸入，不能正常出流。 2.管嘴长度 l=(3-4)d。 l 过短，有空气进入，不能形成真空；l 过长，沿程水头损失不能忽略。 的作用下， 在相同水头 H0 的作用下，同样断面面积的管嘴的过流能力是孔口的 1.32 倍。 结论： 75%，这就是为什么相同直径、 结论：圆柱形管嘴收缩断面处真空度可达作用水头的 0.75 倍。这就相当于把管嘴的作用水头增大了 75%，

这就是为什么相同直径、相同 作用水头下的圆柱向外管嘴的流量比孔口大的原因。 作用水头下的圆柱向外管嘴的流量比孔口大的原因。 短管的水力计算 有压管流与无压流： 有压管流与无压流： 有压管流：管道中流体在压强差作用下的流动称为有压管流。 有压管道 ：输送有压液流的管道。 有压恒定管流：当管流的所有运动要素均不随时间变化的管流。 有压非恒定管流：管流的运动要素随时间变化的管流。 无压流：流体在重力作用下发生运动，具有自由表面，也称明渠流； 长管： 长管：指管道中以沿程水头损失为主，局部水头损失和流速水头所占比重小，可以忽略的管道。 短管： 短管：沿程水头损失和局部水头损失比例相当，计算时都不可忽略的管道 有压管中的水击 水击现象：在管道系统中，当某种外界因素（闸阀急速开启或关闭，水泵的开停机）使管道流速发生变化时，从而引起管道中压强交 1、水击现象 替升降，压力波在管道中的传播，产生水力冲击的现象。 直接水击： 直接水击：当关闭阀门时间小于或等于一个相长时，最早由阀门处产生的向上传播而后又反射回来的减压顺行波，在阀门全部关闭时还未 到达阀门断面，在阀门断面处产生的可能最大水击压强将不受其影响，这种水击称直接水击。 间接水击： 间接水击：当关闭阀门时间大于一个相长时，从上游反射回来的减压波会部分抵消水击增压，使阀门断面处不致达到最大的水击压强，这 种水击称为间接水击。 正水击： 正水击：当管道阀门迅速关闭时，管中流速迅速减小，压强显著增大，这种水击称为正水击。 负水击： 负水击：当管道阀门迅速开启时，管中流速迅速增大，压强显著减小，这种水击称为负水击。 水击产生的因素：水流惯性，水体压缩性，管壁弹性是引起水击现象的力学因素。 2、水击产生的因素 水击破坏：水击产生的高压会导致输送管道破裂，闸门等管道装置损坏；水泵与电机的损坏；水击引起的低压，产生真空，使薄壁钢 3、水击破坏 管由失稳而扭曲，管中水体汽化发生断流，引起弥合水击 水击危害的预防 1、设置空气室，或安装具有安全阀性质的水击消除阀； 2、设置调压塔：减小水击压强及缩小水击的影响范围； 3、延长阀门关闭时间； （缓闭止回阀） 4、缩短有压管路的长度； （用明渠代替） 5、减小管内流速（如加大管径） 。 第八章 明渠恒定流 明渠：是人工渠道、天然河道以及不满流管道统称为明渠。 明渠 明渠流：具有露在大气中的自由液面的槽内液体流动称为明渠流（明槽流）或无压流 明渠流 明渠流动的特点： 明渠流动的特点： 1、具有自由液面，p0=0，无压流（满管流则是有压流） 。 2、重力是流动的动力，重力流（管流是压力流） 3、渠道的坡度影响水流的流速、水深。 4、边界突然变化时，影响范围大。 明渠的分类 1、按明渠的断面形状和尺寸是否变化分 梯形：常用的断面形状 矩形：用于小型灌溉渠道当中 抛物线形：较少使用 圆形：为水力最优断面，常用于城市的排水系统中 复合式：常用于丰、枯水量悬殊的渠道中 棱柱形渠道：断面形状和尺寸沿程不变的长直 明渠称为棱柱形渠道。h=f(i) 棱柱形渠道 非棱柱形渠道：断面形状和尺寸沿程不断变化的明渠称为非棱柱形渠道。 h=f(i,s) 非棱柱形渠道 2、按底坡分 底坡 i——渠道底部沿程单位长度的降低值。 平坡：i=0，明槽槽底高程沿程不变者称为平坡。 正坡：i>0，明槽槽底沿程降低者称为正坡或顺坡。 逆坡：i<0，明槽槽底沿程增高者称为反坡或逆坡。 明渠均匀流的发生条件 1）底坡和糙率沿程不变的长而直的棱柱形渠道； 2）渠道必须为顺坡(i>0)； 3）渠道中没有建筑物的局部干扰； 4）明渠中的水流必须是恒定的，沿程无水流的汇入、汇出，即流量不变。 明渠均匀流的特征 1）过水断面的形状和尺寸、断面平均流速、流量和水深沿程不变。 2）总水头线、测压管水头线（水面坡度）和渠底线互相平行 水力最优断面：是指当渠道底坡、糙率及面积大小一定时，通过最大流量时的断面形式。 水力最优断面 说明：1、具有水力最优断面的明渠均匀流，当 i，n，A 给定时，水力半径 R 最大，即湿周 X 最小的断面能通过最大的流量。 2、i，n，A 给定时，湿周 P 最小的断面是圆形断面，即圆管为水力最优断面。 渠道允许流速 为了防止渠道中发生冲刷淤积，保证渠道稳定的输水能力,设计时应保证： 为了防止渠道中发生冲刷淤积，保证渠道稳定的输水能力,设计时应保证： Vmax>V>Vmin