3.4均匀流沿程水头损失与切应力的关系,以及半径为r处的（圆管中）切应力计算公式的推导P132
3.5计算均匀流沿程水头损失的基本公式——达西公式
对圆管来说，水力半径
,故达西公式也可以写做
达西公式的推导过程应该不会考 3.6层流和紊流
层流 当留速较小时,各流层的液体质点是有条不紊的运动,互不混杂,这种形态的流动叫层流.
紊流 当流速较大时,各流层的液体质点形成涡体,在流动过程中,相互混杂,这种形态的流动叫紊流. 3.7雷诺试验
雷诺试验数据图形(两点三段.两点即上临界流速—水流从层流刚刚进入到紊流状态的速度和下临界流速—水流从紊流刚刚进入到层流状态的速度.三段即层流,过渡区,紊流所对应的曲线段.)P129
3.8根据雷诺实验的结果,层流时雷诺试验图形为一条直线,即沿程水损
v呈
线性的一次方关系,但是由达西公式知与v是平方关系，试解释其原因.P132 3.9雷诺数的物理意义(为什么雷诺数可以判别液流形态)P131
3.10为什么采用下临界雷诺数而不采用上临界雷诺数来判断水流的型态
这是因为经大量试验证明,圆管中下临界雷诺数是一个比较稳定的数值,其值一般维持在2000左右,但上临界雷诺数是一个不稳定数值(一般在12000-2000),在个别情况下也有高达40000-50000.这要看液体的平静程度和来流有扰动而定,凡雷诺数大于下临界雷诺数的,即使液流原为层流,只要有任何微小的扰动就可以是层流变为紊流.在实际工程中扰动总是存在的,所以上下临界雷诺数之间的液流是极不稳定的,都可以看作紊流,因此判别液流型态以下临界雷诺数为标准:实际雷诺数大于下临界雷诺数的是紊流,小于下临界雷诺数的是层流.
3.11雷诺实验虽然都是以圆管液流为研究对象,但其结论对其他边界条件下的液流也是适用的.只是边界条件不同,下临界雷诺数的数值不同而已.例如明渠的雷诺数
,其中R为水力半径(知道).
3.12紊流的特征P133(4点，后两个特点很重要)
3.13粘性底层 在紊流中并不是整个液流都是紊流,在紧靠固体边界表面有一层极薄的层流存在该层流层叫粘性底层.
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3.14沿程阻力系数的变化规律 ⑴
⑵
即液体处于从层流进入紊流的过渡区,只与雷诺数有关,而与 即液体处于层流状态,只与雷诺数有关,而与相对光滑度无关,且
相对光滑度无关.因其范围很窄,实际意义不大. ⑶ 关系: ①当
较小时粘性底层较厚,可以淹没,抵消管壁粗糙度对水流的影响,从 即液流进入紊流状态,这时决定于粘性底层厚度和绝对粗糙度的
而只与雷诺数有关,而与相对光滑度无关. ②
继续增大, 粘性底层厚度相应减薄,一直不能完全淹没, 管壁粗糙度对水流产生影响, 从而既与雷诺数有关,又与相对光滑度有关. ③当
增大到一定程度时, 粘性底层厚度已经变得很薄,已经不能再抵消
管壁粗糙度对水流的影响,这时管壁粗糙度对起主要作用,从而只与相对光滑度有关,而与雷诺数无关.(因这时与v是平方关系,故该区又叫做阻力平方区)
3.15谢齐公式和曼宁公式 谢齐公式 曼宁公式
第四章 有压管中的恒定流
4.1简单管道
简单管道 管道直径不变且无分支的管道. 4.2自由出流和淹没出流
自由出流 管道出口水流流入大气,水股四周都受大气压强的作用,称为自由出
流
淹没出流 管道出口如果淹没在水下,则称为淹没出流 4.3短管和长管
短管 管道中若存在较大的局部水头损失,它在总水损中占的比重较大,不能忽
略不计的管道称为短管.
,其中J为水力坡度,
/l ,R水力半径.
,其中n为粗糙系数，简称糙率.
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长管 若管道较长,局部水损和流速水头可以忽略不计,这样的管道叫做长管. 4.4简单管道的水力计算(以下均属于连续性方程和能量方程的具体应用)
总原则 首先确定按长管还是短管计算.若按短管计算,则沿程损失,局损和流速
水头都要计算;若按长管计算,
只需计算沿程损失, 局部水损和流速水头可以忽略不计;在没有把握估计局损
的影响程度时,均按短管计算.
(先按短管计算,求出具体的沿程损失和局损数值,比较后可确定到底如何计算,
若无法确定具体数值一般的,
给水管道按长管计算,虹吸管按短管计算,水泵吸水管按短管计算,压水管根据
情况而定.
4.4.1自由出流和淹没出流的水力计算
自由出流 上游存在行近流速,即有一个行近水头,列能量方程需计算在内(但其
值一般很小,在计算结果以忽 略不计,即公式中的
).
淹没出流 上游存在行近流速,即有一个行近水头,列能量方程需计算在内(但其
值一般很小,在计算结果时可 以忽略不计,即公式中的
). 下游也存在一个流速水头,但由于
管道的过水断面积很小,
而下游过水断面积很大,水流速度在下游已经变得很小,可以忽略,不需计入能
量方程.
4.4.2几种基本类型
4.4.3虹吸管和水泵装置的水力计算 4.4.4串联管道
整个管道的水头损失等于各支管水损之和. 4.4.5并联管道
并联管道一般按长管计算,各支管的水损相等(各支管的水损相等,只表明通过
每一并联支管的单位重量液体
的机械能损失相等;但各支管的长度,直径及粗糙系数可能不同,因此其流量也
不同,股通过各并联支管的总机 械能损失是不相等的) 4.4.6分叉管道
在分叉处分为若干个串联管道进行计算. 4.5沿程均匀泄流的水力计算
本章的水力计算题均是围绕这能量方程来设计的，所以熟练掌握能量方程的应
用，加上对各个类型的管道
特点的了解，不用背繁琐的公式也可以解决本章的计算题，当然背下来更好
第五章 明渠恒定均匀流
5.1明渠恒定均匀流(知道)
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明渠恒定均匀流 当明渠水流的运动要素不随时间而变化时,称为明渠恒定流.否
则称为明渠非恒定流.明渠
恒定流中,如果流线是一簇相互平行的直线,则水深,断面平均流速和流速分布沿
程不变,称为明渠恒定均流, 否则称为明渠恒定非均匀流.(明渠均匀流中,摩阻力与重力沿水流方向的分力
相平衡)
5.2矩形,梯形横断面水力要素的计算 梯形中,5.3底坡
明渠渠底的纵向倾斜程度称为明渠的底坡, 以符号表示.且
,其中为渠
为梯形与水平面的夹角.
底线与水平面的夹角. 5.4顺坡,水平和逆坡明渠
当明渠渠底沿程降低时,称为顺坡明渠;沿程不变时称为水平明渠;沿程升高时
称为逆坡明渠.(在水平明渠中, 由于
故在其流动过程中，只存在摩阻力；在逆坡明渠中，摩阻力
与重力沿水流方向的 分力
方向一致,因此这两种情况都不可能产生明渠均匀流;只有在顺坡渠道中才可能产生明渠均匀
流)
5.5明渠恒定均匀流的特性及其产生条件
5.6明渠均匀流的计算公式(连续性方程和谢齐公式, 谢齐系数采用曼宁公式) 5.7矩形和梯形水力最佳断面的推导过程 5.8允许流速
不冲允许流速 能够避免渠道遭受冲刷的流速.
不於流速 能够保证水中悬浮的泥沙不淤积在渠槽的流速. 5.9明渠均匀流的水力计算
第六章 明渠恒定非均匀流
6.1明渠非均匀渐变流和明渠非均匀急变流(知道)
在明渠非均匀流中,若流线是接近于相互平行的直线,或流线间的夹角很小,流线的曲率半径很大,这种水流称为明渠非均匀渐变流.反之为明渠非均匀急变流.(本章着重研究明渠非均匀渐变流的基本特性及其水力要素沿程变化的规律) 6.2正常水深(知道)
因明渠非均匀流的水深沿流程是变化的,为了不致引起混乱,把明渠均匀流的水深称为正常水深.并以表示.
6.3明渠水流的三种形态
一般明渠水流有三种形态,即缓流,临界流和急流.
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6.4明渠水流三种形态的判别方法(5种:微波波速法,比能曲线法,Fr法,临界水深法,临界底坡法) 6.4.1微波波速法
微波波速的描述（了解）P216
当 v<,水流为缓流,干扰波能向上游传播; v=,水流为临界流,干扰波恰不能向上游传播; v>,水流为急流,干扰波不能向上游传播.
要判别流态,必须首先确定微波传播的相对速度,相对速度的推导过程(了解)P217(如图6.3,对平静断面1-1和波峰所在断面2-2列连续性方程和能量方程.1-1断面流速为,2-2断面流速为,最后令
即可得出=
,这就是
.
矩形明渠静水中微波传播的相对速度公式.如果明渠为任意形状时,则有=式中
为断面平均水深,A为断面面积,B为水面宽度.在实际工程中水流都是
流动的,设水流断面平均流速为v，则微波传播的绝对速度应是静水中的相对波速与水流速度的代数和,即水方向) 6.4.2 Fr法
当 Fr<1,水流为缓流; Fr=1,水流为临界流; Fr>1,水流为急流.
对临界流来说,断面平均流速恰好等于微波相对波速,即写为
,其中
称为弗劳德数,用符号Fr表示.
,该式可改
,正号为顺水方向,负号为逆
弗劳德数的两个物理意义P218 6.4.3比能曲线法
断面比能 把基准面选在渠底,所计算的单位液体所具有的能量称为断面比能,并以表示.则
,在实际应用上,因一般坡底较小,
,故常
采用 .
比能曲线 当流量Q和过水断面的形状及尺寸一定时, 断面比能仅仅是水深的函数,按照此函数可以绘出断面比能随水深变化的关系曲线,该曲线称为比能曲
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