水力学 绪论.ppt

第一章绪论 一 水力学研究对象 二 任务 研究水的宏观运动规律 即水在各种外力的作用下 它的平衡和机械运动规律 以及如何应用这些规律来解决实际问题 三 学科领域 是流体力学的一个分支 属于基础科学 是一们实践性很强的科学 带有技术学科的某些特点 确切的讲 水力学是一门技术基础科学 属专业基础课 四 组成 按水流边界条件 管道水流 明渠水流 堰流 孔口出流 射流 渗流 闸孔出流 桥涵水流 坡面流 有压流 无压流 溃坝水流 五 课程特点 课程要求 听课 自学 习题 讨论 总结 提炼 基础课程 高等数学 物理学 理论力学 四个较多 参考教材 1 水力学 吕宏兴 裴国霞 杨玲霞 中国农业出版社 2003 092 水力学 吴持恭 高等教育出版社出版 2003 11第3版3 水力学 李炜 徐孝平 武汉水利电力大学出版社 2000 064 流体力学与水力学例题分析 裴国霞 张志澍 内蒙古农业大学印刷 2011 085 水力学学习指导与题解详解 机械工业出版社 2009 08 六 研究方法 理论方法试验方法数值方法 理论模型 普遍规律 数学求解 观察与测量 分析处理 本质规律 数学问题 求近似解 七 水力学发展简史 公元前250年古希腊的阿基米德 Archimides 撰写的 论浮体 奠定了水静力学的基础 16世纪以后 流体力学较快发展 如达 芬奇 伽利略 E 托里拆利 B 帕斯卡 I 牛顿等人用实验方法研究了静水压力 大气压力 空口出流 压强传递和水的切应力等问题 18 19世纪 流体力学沿着两条途径建立了液体运动的系统理论 形成两门独立的学科 此后千余年间 直到15世纪文艺复兴时期 流体力学没有重大发展 古典流体力学的奠基人是瑞士数学家伯努利 Bernoulli D 欧拉 Euler L 忽略黏性 重数学 重理论 实用流体力学 又分支出水力学 的奠基人是一些工程师和实际工作者 如谢才 Chezy A de 达西 Darcy H 毕托 Pitot H 曼宁等 考虑黏性 偏经验 偏实用 使上述两类研究方法得到统一的是德国人普朗特在1904年创立的边界层理论 附面层理论 20世纪以来 随着生产和科学的发展 水力学得到了迅速发展 分支出 计算水力学 环境水力学 工程水力学 生态水力学 城市水力学等 八 基本特征 几乎不抗拉易流动 不能保持一定形状难于压缩 具有一定的体积 能保持一个自由表面各向同性 匀质连续介质 九 连续介质模型 研究尺度与统计平均特性质点概念连续介质模型 密集质点构成内部无空隙的连续体分析方法 连续介质 概念的建立 使液体中的一切物理量 压强 速度 密度等 都可视为空间坐标和时间的连续函数 如 p p x y z t u u x y z t 十 主要物理性质 惯性 密度万有引力 重度压缩性和膨胀性表面张力汽化压强粘滞性 密度 定义 均质流体 重度 国际单位 工程上视为常数 取一个标准大气压下 温度为4 蒸馏水来计算 单位体积液体所含有的质量 单位体积液体所具有的重量 常用数值 量纲 当液体处在运动状态时 若液体质点之间存在着相对运动 则质点间要产生内摩擦力抵抗其相对运动 这种性质称为液体的粘滞性 此内摩擦力又称为粘滞力 粘滞性 牛顿内摩擦定律 牛顿内摩擦定律 作层流运动的液体 相互邻近层间单位面积上所作用的内摩擦力 或粘滞力 与流速梯度成正比 同时与液体的性质无关 为动力粘滞系数 动力粘度 国际单位 为运动粘滞系数 运动粘度 国际单位 适用条件 只能适用于牛顿流体 在同一种液体中 或 值均随温度和压力而异 但随压力变化关系甚微 对温度变化较为敏感 对于水 可按下列经验公式计算 压缩性 液体受压后体积要缩小 压力撤除后也能恢复原状 这种性质称为液体的压缩性或弹性 体积压缩系数 体积弹性系数 K值越大 表示液体愈不容易压缩 表面张力自由表面上 液体分子由于受两侧分子引力不平衡 使自由面上液体分子受有极其微小的拉力 表面张力仅在自由表面存在 液体内部并不存在 大小 用表面张力系数 来度量 是指在自由面单位长度上所受拉力的数值 单位 牛顿 米 N m 十一 作用在流体上的力 隔距作用作用于质点或质心大小正比于质量某点的单位质量力例如 重力 惯性力 直接接触作用于表面大小正比于作用面积某点的应力表示例如 切力 压力 表面力 质量力 单位质量力 投影形式 或 理想液体 就是把水看作绝对不可压缩 不能膨胀 没有粘滞性 没有表面张力的连续介质 十二 理想液体的概念 有没有考虑粘滞性 是理想液体和实际液体的最主要差别 十三 量纲和单位 量纲 表征各种物理量属性和类别的称为物理量的量纲 或称因次 例如 长度 L 时间 T 质量 M 力 F 基本量纲 相互独立 即其中的任意一个量纲都不能从其它量纲中推导出来 如 L T M 诱导量纲 由基本量纲推导出来的 也称为导出量纲 单位 为了衡量同一类别物理量的大小而规定的度量标准称为单位 习题 1 1500L水银的质量为6795kg 试求水银的密度和容重 1 3设水的体积弹性系数K 2 18 109N m2 试问压强改变多少时 其体积才可相对压缩10 1 4如题1 4图所示 有一面积为0 16m2的平板在油面上作水平运动 已知运动速度u 1m s 平板与固定边界