第一章 水力学绪论(完整版)

第一章绪论,主讲老师：?,水力学,第1章绪论第2章水静力学第3章液体运动学第4章水动力学基础第5章流动阻力和水头损失第6章量纲分析与相似原理第7章孔口、管嘴出流和有压管流第8章明渠均匀流第9章明渠非均匀流第10章堰流及闸孔出流第11章渗流,第一章绪论,本次课堂主要内容：,液体的主要物理性质,连续介质的假说,作用于液体上的力,水力学的任务,实际工程中的水力学问题,第一章绪论,红石嘴取水枢纽,第一章绪论,某污水处理厂,1.1水力学的任务及其发展概况,（1）、水力学的任务,水力学的主要任务是研究液体（主要是水）的平衡和机械运动规律及其实际应用。,第一章绪论,现代水力学已被广泛地应用于水利、给排水、土建、环境、交通、机械、化工、采矿、冶金等各个工程领域，为工程设计和运行管理提供科学依据。,市政工程如桥涵孔径设计、给水排水、管网计算、泵站和水塔的设计、隧洞通风等，特别是给水排水工程中，无论取水、水处理、输配水都是在水流动过程中实现的。流体力学理论是给水排水系统设计和运行控制的理论基础。城市防洪工程如堤、坝的作用力与渗流问题、防洪闸坝的过流能力等。,水力学,水利工程建筑,水力发电,农田水利,机电排灌,港口工程,河道整治,给排水,水资源,环境保护,冶金,土木,化工,石油,机械,采矿,水力学的应用,第一章绪论,Archimedes(285-212BC),Parallelogram（平行四边形）lawforadditionofvectors,Lawofbuoyancy（浮力）,第一章绪论,（2）、水力学发展概况,LeonardodaVinci（达芬奇）(1452-1519),一维恒定流动连续性方程紊流（Turbulence）,第一章绪论,IsaacNewton(1642-1727),Lawsofmotion,LawsofviscosityofNewtonianfluid,第一章绪论,19thcentury,Navier(1785-1836)&Stokes(1819-1905)N-Sequationviscousflowsolution,Reynolds(1842-1912)发现紊流（Turbulence）提出雷诺数（ReynoldsNumber）,第一章绪论,20thcentury,LudwigPrandtl(1875-1953)Boundarytheory(1904)Thefatherofmodernfluidmechanics,Vonkarman(1881-1963),I.Taylor(1886-1975),现代流体力学理论的奠基者,第一章绪论,在我国，水利事业的历史十分悠久:,4000多年前的“大禹治水”的故事顺水之性，治水须引导和疏通。,秦朝在公元前256公元前210年修建了我国历史上的三大水利工程（都江堰、郑国渠、灵渠）明渠水流、堰流。,古代的计时工具“铜壶滴漏”孔口出流。,清朝雍正年间，何梦瑶在算迪一书中提出流量等于过水断面面积乘以断面平均流速的计算方法。,隋朝（公元587610年）完成的南北大运河。,隋朝工匠李春在冀中洨河修建（公元605617年）的赵州石拱桥拱背的4个小拱，既减压主拱的负载，又可宣泄洪水。,第一章绪论,1.2液体的连续介质模型,连续性假定是指宏观上可以把液体看成是由无数个质点组成的稠密无隙的连续介质。,第一章绪论,在水力学中，质点是组成液体的最小基本元素，且质点间不存在间隙。亦即液体质点在宏观上可视为只有质量而无体积的“点”，而且充满其所占有的空间，因此，每个质点在其运动空间就唯一地占据一个空间点，反之亦然。,1.3作用在液体上的力,1.3.1表面力定义,表面力是作用于液体的表面上的力，是相邻液体或其他物体作用的结果，通过相互接触面传递。,表面力按作用方向可分为：压力：垂直于作用面。切力：平行于作用面,第一章绪论,应力：单位面积上的表面力，单位：或；压强：单位面积上的压力；切应力：单位面积上的切力,1.3.2质量力,质量力是作用在液体每一个质点上的力，其大小与液体的质量成正比。,则单位质量力为,第一章绪论,即,第一章绪论,液体的密度:单位体积液体所含有的质量，用表示表示。,1.4液体的主要物理性质,1.4.1液体的密度,非均质液体的密度为,第一章绪论,1.4.2粘性和理想液体,1.粘性的概念及内摩擦力产生的原因,粘滞性:由分子间的相互吸引力和分子不规则运动的动量交换产生的。,(1)两层液体之间的粘性力主要由分子内聚力形成,(2)两层气体之间的粘性力主要由分子动量交换形成,液体和气体的黏性随温度的变化不同,第一章绪论,流体的粘性是流体在运动过程中产生机械能损失的根源，是流体所固有的一个非常重要的性质。,2.牛顿内摩擦定律和粘性的表示方法,液体的内摩擦力产生在我们设想的这种有相对运动的薄层之间。,第一章绪论,牛顿内摩擦定律：,与垂直于流动方向的速度梯度du/dy成正比,与流层的接触面积A成正比,与流体的种类有关,与接触面上压强P无关,任意速度分布的层状流动,第一章绪论,牛顿内摩擦定律,反映流体粘滞性大小的系数,运动粘性系数，m2/s,动力黏性系数，Pas,切应力,第一章绪论,在理论分析和工程计算中,速度梯度=直角变形速度,第一章绪论,速度梯度，表示速度沿垂直于速度方向y的变化率。,1.4.3液体的压缩性和热胀性,式中的负号表示压强增大体积缩小,单位：,第一章绪论,热胀性：温度升高，液体宏观体积增大，密度减小，温度下降后能恢复原状的性质。,压缩系数的倒数,体积弹性模量：,第一章绪论,液体表面薄层内能够承受微小拉力的特性，存在于液体表面或两种不相混合的液体的交界面。,由于表面张力的作用，管内的液体表面会高于或低于管外的液面，称为毛细管现象,表面张力系数液面上单位长度所受的拉力，单位N/m。,1.4.4表面张力特性,第一章绪论,1.4.5汽化压强,液体的惯性、重力特性和粘滞性对液体运动有重要的影响，而液体的可压缩性、表面张力和汽化压强只有在特殊问题中才需要考虑，请注意区分。,第一章绪论,实际应用中的空化现象与液体的汽化压强有关，需要注意。,汽化压强是指液体汽化和凝结达到平衡时液面的压强。,汽化压强随液