水力学 课件 第1章绪论

第1章绪论2本章主要内容：1、课程的性质和任务2、水力学的定义和研究内容3、液体连续介质模型4、液体的主要物理性质5、作用于液体上的力

一、课程的性质和任务水力学是一门重要的专业基础课程，它是连接前期基础课程和后续专业课程的桥梁。

力学基础课程水力学专业基础课程水利学科有关专业课程水力学是力学的一个分支4二、水力学的定义和研究内容定义：水力学是研究液体平衡和机械运动规律及其应用的一门学科。研究对象：水内容：(1)平衡（绝对静止和相对平衡）求解压强和压力，用在河道上建大坝和水闸的设计荷载。5二、水力学的定义和研究内容(2)机械运动规律求解运动要素（v,a,Q,h,p,P,R等运动要素）依据三大基本方程：质量守恒——连续方程动能定理——能量方程动量定理——动量方程(3)工程应用（管道、渠道、孔口管嘴、堰流、消能、地下水渗流）6

在国民经济其它领域的应用：

造船、机械、冶炼、城建、石油、化工、生物、医学等需水力学的知识。水力学与其它学科结合形成许多分支学科如：河流动力学、海岸动力学、环境水力学、随机水力学、计算水力学等。7三、液体连续介质模型

（1753年L.欧拉）认为液体是由无数没有微观运动的质点组成的没有空隙存在的连续体，并且认为表征液体运动的各物理量，例如密度、速度、加速度、压强等在空间和时间上都是连续分布和连续变化的。液体质点液体分子

研究的最小物质单元为“质点”，而不是分子。质点：“宏观小，微观大”8宏观小：是指与所讨论的问题的特征长度相比，液体质点的尺寸充分小，可以忽略不计，研究的最小物质单元。微观大：是指与微观的分子间距相比，液体质点的尺寸又充分大，足以包含相当多的分子，从而可用微观性质的统计平均值来描述液体的宏观性质。9四、液体的主要物理性质1.质量和密度（共有性质）质量(Mass)，用m表示，单位kg或g密度(Density)，用ρ表示，单位为

kg/m3或g/cm3

对于均质液体ρ=m/V对于非均质液体102.粘滞性液体具有易流性。静止时不能承受切力抵抗剪切变形，但在运动状态下，液体就具有抵抗剪切变形的能力，这就是粘滞性。牛顿(Newton)在1686年根据试验提出并经后人加以验证的液体内摩擦定律，就是建立了力～粘性～剪切变形率的关系。

11牛顿内摩擦定律：或分析二元平行直线流动122对于μ和ν=μ/ρ的定义及解释1关于τ和T的说明下面对该表达式做几点解释:3du/dy的物理意义4该定律与固体的(胡克定律)的差异6适用条件:流体流动是层流5牛顿流体与非牛顿流体宾厄姆塑性体B拟塑性流体C牛顿流体A膨胀流体D牛顿流体与非牛顿流体14

牛顿液体与非牛顿液体均质液体与非均质液体可压缩液体与不可压缩液体

粘性液体与非粘性液体（实际液体与理想液体）

流体的分类例1有一圆管层流，其水流流速分布为抛物线分布式中：g为重力加速度，v为水的运动粘性。当半径r0=0.5m时

试求：（1）切应力的表达式；（2）计算r=0和r=r0处的切应力，并绘制切应力的分布图；（3）用图分别表示图中矩形液块A，B，C经过微小时段dt后的形状以及上下两面切应力的方向。

（3）作用在液块A、B、C上下表面切应力如图例2一极薄平板在动力粘度分别为m1和m2两种油层界面上以u=0.6m/s的速度匀速运动，m1=2m2，薄平板与两侧壁面之间的流速均按线性分布，距离d均为3cm。两油层在平板上产生的总切应力。求油的动力粘性m1和m2。解：由牛顿内摩擦定律可知

19液体的压缩性体积压缩系数β=－dV/V/dp，

β的单位是m2/N液体的弹性体积弹性系数,用K=1/β，K的单位是N/m2

3.液体的压缩性与弹性20表面张力：处于液体表层的分子受到两侧分子的引力不同，在合力的作用下，液体表面仿佛是一张拉紧的膜。表面张力仅在自由表面存在，液体内部并不存在。毛细管现象4.表面张力h=30.2/dh=10.8/d21五、作用于液体上的力表面力：表面力是作用在液体的表面或截面上且与作用面的面积成正比