工程水文与水力计算基础(全国水利行业“十三五”规划教材(职工培训))
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内容小结

液体的主要力学特性

液体是自然界中物质的一种状态,其主要力学特性有惯性、万有引力特性和黏滞性。当然工程水力计算中主要研究对象是水。对于自然界的水而言,在标准状态下,水的密度为1000kg/m3;水的容重为9800N/m3或9.8kN/m3,二者的关系为

黏滞性是液体所固有的特性,也是运动液体内部存在内摩擦力抵抗液体发生变形的一种特性。它是液体在运动中产生能量损失的根本原因。液体的黏滞性大小可以用动力黏滞系数(或运动黏滞系数)来反映。

静水压强的概念

静水压强是指单位面积上所受的静水压力,对一定面积而言,它是指面积上的平均压强,如果面积缩小到一个点,则为点压强:

压强为矢量,有大小、方向和作用点三个要素。静水压强有两条基本特性:一是静水压强的方向始终垂直指向作用面;二是静水中任一点的压强大小与方位无关或表述为该点各个方向上的压强大小相等。

静水压强的基本方程有以下三种形式:

静水压强的单位有三种形式:①应力单位;②工程大气压:1个工程大气压=98kPa;③水柱高度:1个工程大气压相当于10m水柱高。

压强的表示方法有绝对压强、相对压强、真空压强和真空高度。绝对压强是以绝对真空为零点计量的压强,以大气压为零点计量的压强为相对压强,当绝对压强数值小于大气压时,相对压强为负值,称“负压”或发生“真空”,真空压强即为相对压强的绝对值(p<0),若将真空压强用水柱高度表示便是真空高度。

静水压强的测量:单点压强的测量可以用水测压管、U形水银测压计和压力表,前两者主要用于实验室中,压力表在实际工程中应用普遍,具体要根据实际情况合理选用。对于两点的压差可以用比压计测量。

静水总压力计算

计算内容包括静水总压力大小、方向和作用点位置。

1.平面壁静水压力计算

(1)矩形平面——以矩形平板闸门为例。

总压力大小: P=sb(矩形平面)。

静水压强分布图的绘制是计算矩形平面总压力大小的关键。一般矩形平面的静水压强分布图有三种基本形状,即直角三角形(受压面一端在水面)、直角梯形(受压面两端均在水下)、矩形(受压面水平)。

总压力方向:垂直指向受压面。

总压力作用点:s为三角形时e=s为梯形时e=

(2)任意平面——以圆形平板为例。

总压力大小:P=pCA=γhCA

总压力方向:垂直指向受压面。

总压力的作用点:yD=yC+

2.曲面壁静水总压力

总压力的大小:Px=γhCA=pCAPz=γVP=

总压力方向及作用点:α=arctanZD=Rsinα

总压力水平分力也可用图解法(P=sb),这样,正确绘制两个方向的压力图(水平方向的压强分布图和垂直方向的压力体图)是求解曲面壁静水总压力的关键步骤。

通常在平面上绘制的是压力体剖面图,它是由四条线围成的平面图形,第一条是曲面截面线自身,第二、第三条线是通过曲线两个端点向水面线(或水面线的延长线)所作的铅垂线,第四条线为水面线(或水面线的延长线)。如果曲线有一点在水面,则压力体剖面图就为三条线围成。