水力水文认知研究报告.ppt

第六章 水力水文学认知 什么是水力学？ 水力学的定义： 水力学是研究液体的运动规律，以及如何运用这些规律来解决工程实际问题的科学。 主要是研究液体在各种情况下的平衡运动规律，为研究的方便起见，该内容又分为流体静力学和流体动力学。 1.静水压强及其特性 定义：静止的水对单位受压面施加的压力。 ——受压面上的平均静水压强 ——静止的水对受压面施加的压力 ——受压面的面积 当 取无限小时，可认为是点压强。 §2.1 水流分类 1.静水压强及其特性 静水压强的特性： （1）垂直性 静水压强的方向与受压面垂直，指 向作用面。 某一点静水压强的大小与作用面的方位无关。 （2）等值性 静止液体内部任意一点各方向的静水压强的数值均相等。 静水压强的方向与作用面的内法线方向重合。 1.静水压强及其特性 重力作用下的M点的静水压强 ——某点M的静水压强 ——水表面的压强，若水面与大气相连通则取 98 KPa ——水的重度，及水单位体积的重力，通常取 9.8 KN/m3 ——点M到液面的铅垂距离 1.静水压强及其特性 上式说明： 2、在静止的液体中，压强随深度线性规律变化 1、静止液体中任一点的压强 等于表面压强与从该点到液体自由表面的单位面积上的液柱重量之和 应用上式，便可以求出静止液体中任一点的静水压强 2.绝对压强、相对压强 ⑴ 绝对压强：以“真空状态”为零（基准）起算的。用P’表示。 ⑵ 相对压强：在实际工作中，一般建筑物表面均作用着大气压强Pa，这种以当地大气压强为零(基准）起算的压强为相对压强。用P表示。 绝对压强永远为正值，最小值为零。 相对压强可正可负，如果液体有自由表面，并且液面与大气相连，此时液面的相对压强为0Pa ，绝对压强为98 Kpa 3.描述液体运动的方法 怎样来描述整个液体的运动规律呢？ 流场法：通常采用以不同液体质点通过固定的空间点的运动情况来了解整个流动空间内的流动情况，即着眼于研究各种运动要素的分布场。 例如：涵洞中的水流，最重要的是掌握水流经过涵洞不同位置时的流速、动水压强的大小，就可以满足工程设计的需要。 3.描述液体运动的方法 流线：某一瞬间的空间流场中，表示该瞬时各质点流动方向的曲线。流线是液体质点运动的趋势线，表示所有各质点在该瞬时的流速方向都和该流线相切。 流线不能相交，不能转折。 绕叶片的流线 绕突然缩小管道的流线 4.水流的分类 （1）恒定流与非恒定流 水流的运动要素：水力学中把表征液体运动状态的各种物理量（如流速、流向、加速度、压强等）称为水流的运动要素。 恒定流：水流的运动要素不会随时间改变。如 平水期和枯水期 非恒定流：水流的运动要素随时间改变。如 洪水期 （2）均匀流与非均匀流 4.水流的分类 按水流的运动要素（主要是流速）是否随空间位置而变化，水流又可分为均匀流和非均匀流两类。 均匀流：位于同一流线上各质点的流速大小和方向均相同的液流。如 断面形状与大小沿程不变的渠道 非均匀流：如 液流在断面形状或大小变化的渠道中流动 非均匀流：分为渐变流和急变流两种。如果总流的流线接近彼此平行，称为渐变流；否则称为急变流。 4.水流的分类 渐变流与急变流 4.水流的分类 （3）有压流与无压流 有压流：受外界压力作用而流动的液体 。如 自来水管、水电站的压力管中的水流 无压流：在自身的重力作用下流动的液流，又称自由流或明渠流。如 渠道、河流以及未充满管道排水管中水流 §2.2 水力要素 1.水流运动的基本概念 （1）过水断面：与总流的流线垂直正交的横断面。用A表示,单位：m2。 非均匀流中，过水断面是曲面； 均匀流中，过水断面是平面。 过水断面A （2）流量：单位时间内通过某一过水断面的液体体积。 用Q表示。单位：（m3/s）、（l/s） 1.水流运动的基本概念 （3）断面平均流速：某一时刻通过某一断面的液体质点 的平均速度。以 表示，单位:m/s 。 流量、过水断面面积与断面平均流速之间的关系为： 1.水流运动的基本概念 （4）湿周：液流过水断面和固体边界接触的周界线长 用 表示。单位：m （5）水力半径：过水断面面积与湿周之比称为水力半 径，以 表示，单位：m。 水力半径、过水断面面积及湿周一般通称为水力三要素，这三者的关系为： 2.恒定流的连续性方程 恒定流的连续性方程是质量守恒定律的一种特殊形式。 根据质量守恒定律，在连续不可压缩液体恒定总流中，任意两个过水断面所通过的流量相等。 3.恒定总流的能量方程 根据能量守恒定律，恒定总流的能量方程既