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2018年一级结构工程师《流体力学》重点:流体的主要物理性质

 

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  2018年一级结构工程师《流体力学》重点:流体的主要物理性质

  流体的主要物理性质

  流体的主要物理性质包括:惯性,粘性及压缩性和膨胀性。

  1.惯性

  水的密度为1000 kg/m3,水银的密度为13600kg/m3,0℃空气的密度为1.29 kg/m3。

  2.牛顿内摩擦定律(粘性定律)

  流体内部相邻流层间存在着剪切力,即内摩擦力这就是粘性的表象。粘性是流体的内摩擦特性。

  动力粘性系数μ:是反映流体粘滞性大小的系数。单位: Pa·s

  运动粘性系数ν:ν=μ/ρ 物理单位: m2/s

  粘度的影响因素

  (1)液体:内聚力是产生粘度的主要因素,当温度升高,分子间距离增大,吸引力减小,因而使剪切变形速度所产生的切应力减小,所以m值减小。

  (2)气体:气体分子间距离大,内聚力很小,所以粘度主要是由气体分子运动动量交换的结果所引起的。温度升高,分子运动加快,动量交换频繁,所以m值增加。

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2018年一级结构工程师《流体力学》考点:有压管流

 

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  2018年一级结构工程师《流体力学》考点:有压管流

  有压管流

  长管:局部损失与流速水头的总和与沿程损失相比很小,以至于可以忽略不计的管道。(局部水头损失和流速水头所占比重小于5%-10%)

  短管:局部损失与速度水头的总和超过沿程损失或与沿程损失相差不大,计算水头损失时不能忽略的管道。

  短管的水力计算

  管道高出无压的上游供水水面,则这段管内必然存在真空区段。为保证虹吸管正常过流,实际中管内最大真空高度不超过[hv]=7~8.5m。所以真空区段是虹吸管的特点,最大真空高度不超过允许值是虹吸管正常过流的工作条件。

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2018年一级结构工程师《流体力学》重点:总流的动量方程

 

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  2018年一级结构工程师《流体力学》重点:总流的动量方程

  总流的动量方程

  1.动量定理:作用在控制体内流体上的外力=单位时间控制体流出的动量与流入动量只差。

  适用范围:

  (1)粘性流体、非粘性流体的不可压缩定常流动。

  (2)选择的两个过水断面应是缓变流过水断面,而过程可以不是缓变流。

  (3)质量力只有重力

  (4)沿程流量不发生变化

  动量方程的解题步骤:

  (1)选分离体 根据问题的要求,将所研究的两个缓变流断面之间的水体取为分离体;

  (2)选坐标系 选定坐标轴的方向,确定各作用力及流速的投影的大小和方向;

  (3)作计算简图 分析分离体受力情况,并在分离体上标出全部作用力的方向;

  (4)列动量方程解题 将各作用力及流速在坐标轴上的投影代入动量方程求解。

  注意:a.计算压力时,压强采用相对压强计算。B.与能量方程及连续性方程的联合使用。

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2018年一级结构工程师《流体力学》考点:明渠均匀流

 

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  2018年一级结构工程师《流体力学》考点:明渠均匀流

  明渠均匀流

  1.明渠按底坡分类: 平坡i = 0明渠;顺坡(或正坡)i > 0明渠;逆坡(或负坡)i < 0明渠。

  2.明渠均匀流:流线为平行直线的明渠水流,也就是具有自由表面的等深,等速流,明渠均匀流是明渠流动的最简单形式。

  对明渠均匀流中取任意过水断面1-1,2-2列伯努利方程,

  得△Z=hf

  除以流程,即i=J。

  表明明渠均匀流(考点24)形成的条件是位能沿程减少值等于沿程水头损失,而水流的动能不变。按这个条件明渠均匀流只能出现在底破不变,断面形状、尺寸、壁面粗糙系数都不变的顺坡(i>0)长直渠道中。在平坡、逆坡(i<0)渠道、非棱柱形渠道及天然河道中都不能形成均匀流。水力坡度i、水面坡度ip(压力坡度)、渠底坡度ib相等,即i=ip=ib

  3.过水断面的几何要素

  4.明渠均匀流的基本计算公式:

  明渠流受力:重力、槽壁摩擦力

  5.水力最佳断面

  (1)水力最佳断面尺寸的确定

  水力最佳断面:当渠道底坡、粗糙率及面积大小一定时,能够获得最大流速或通过最大流量时的断面形式。

  梯形过水断面渠道的水力最佳断面:

  渠底宽-b,水深-h,边坡系数-m

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2018年一级结构工程师《流体力学》考点:水面曲线分析

 

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  2018年一级结构工程师《流体力学》考点:水面曲线分析

  水面曲线分析

  为分析水面曲线的不同变化趋势,按以下界限对流动空间,进行分区:

  正常水深线— N-N 线; 临界水深线— C-C 线;

  渠道底线。

  1 区— 同时在 N-N 线与 C-C 线之上的区域;

  3 区— 同时在 N-N 线与 C-C 线之下的区域;

  2 区— 介于 N-N 线与 C-C 线之间的区域。

  水面曲线分析总结

  (1)N-N 线与 C-C 线并非实际水深线,而是流动空间分区的界线;

  (2)缓坡3个区,陡坡3个区,临界坡2个区,平坡2个区,逆坡2个区,共12个区;微分方程式在每个区的解是唯一的,因此明渠非均匀渐变流水面共有12种变化,即12条水面曲线。

  (3)在所有区域中,1、3区均为壅水曲线,2区均为降水曲线;

  (4)除 C1、C3 型外,所有水面曲线在水深趋于正常水深时,均以N-N 线为渐近线;所有水深趋于临界水深时,均与 C-C线正交,发生水跃或水跌。

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2018年一级结构工程师《流体力学》重点:量纲和谐原理

 

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  2018年一级结构工程师《流体力学》重点:量纲和谐原理

  量纲和谐原理

  1.量纲:表征物理量按其性质不同而划分的类别,即量纲表示的是物理量的种类。量纲也称因次

  单位:度量各种物理量数值大小的标准。即单位是度量某一物理量的基值,预先人为选定的。

  2.基本量纲与诱导量纲

  量纲可分为基本量纲和诱导量纲。

  基本量纲是指具有独立性的量纲。如长度[L]、质量[M]、时间[T]或长度[L]、力[F]、时间[T]就是相互独立的量纲,它们之间不能互相推导,它们就可以作为基本量纲。

  诱导量纲是指由基本量纲推导出的量纲。

  3.量纲和谐原理

  量纲和谐原理是量纲分析的基础。量纲和谐原理的简单表述是:凡正确反映客观规律的物理方程,其各项的量纲一定是一致的。

  量纲和谐原理推出两个特点

  (1) 正确反映客观规律的方程,一定能表示成由无量纲项组成的无量纲方程。

  (2) 规定了一个物理过程中有关物理量之间的关系。

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2018年一级结构工程师《流体力学》重点:渗流的阻力定律

 

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  2018年一级结构工程师《流体力学》重点:渗流的阻力定律

  渗流的阻力定律

  1.达西定律

  (1)装置:

  开口直立的圆筒中,液面保持恒定,经一段时间后,注入的流量与流出的流量相同时,筒中的渗流为恒定出流。

  (2)观测现象:

  筒壁上各测压管的液面随位置的降低而降低。

  (3)达西定律

  由于渗流流速较小,故可将测管液面差看作是两断面的水头损失。 可将水头损失看作均匀分布。

  【例题·填空题】渗透系数是( )

  【答案】表示土性质和流体性质综合影响渗流的系数,具有速度的量纲。

  (4)达西定律的适用范围

  2、裘皮幼公式

  


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2018年一级结构工程师《流体力学》考点:渗流概述

 

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  2018年一级结构工程师《流体力学》考点:渗流概述

  渗流概述

  1.水在土中的状态

  气态水,附着水,薄膜水,毛细水和重力水,重力水是渗流理论研究的对象。

  2.渗流模型

  把整个渗流区域设想为没有土壤颗粒存在,而是充满了水,渗流是在边界条件、流量、阻力及压力

  都和此区内实际情况完全一样的一种连续运动,只是渗流模型中的流速与实际渗流中的流速不同。

  (1)流量相同;

  (2)压力相同;

  (3)能量损失相同。

  引进渗流模型后,可将渗流视作连续介质,故可将渗流分为恒定流与非恒定流;均匀流与非均匀流;有压流与无压流;渐变流与非渐变流。无压渗流的自由水面称为浸润面,水面线为浸润线。

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