水力学教学课件第一章绪论.ppt

水 力 学 教 程,李红兰 主讲,参考教材1、流体力学简明教程 罗大海等 2、水力学（上、下）吴持恭 3、工程流体力学 闻德荪 4、流体力学 吴望一,第一章 绪论,1-1 水力学的研究内容1-2 液体的主要物理性质1-3 作用在液体上的力,1-1 水力学的研究内容,一、水力学简介,水力学是各工程专业的一门技术基础课，它是力学的一个分支，同时又包括在流体力学之中，属于流体力学的范畴。流体包括液体和气体两部分，因而流体力学就包括液体力学及气体力学两部分。液体力学中通常以水为液体的代表，故称为水力学。,水力学,水静力学：研究液体平衡规律,水运动学：研究液体运动规律,二、水力学在工程上的运用,水力学的知识应用范围十分广泛。,水力学的在工程中的应用,1.确定水工建筑物所受的水力荷载,2.确定水工建筑物过水能力,3.分析水流流动形态,4.确定水流能量消耗和利用,航海 轮船设计石油化工 输油管道冶金 水力清砂的高压水枪、水力提升机机械 液压传动水利 灌溉、排水、河流管理电力 水力发电煤炭 沉井排水建材 物料输送建筑 室内上、下水，暖通，高层建筑设 计，道路桥梁，孔涵洞设计，地 下工程排水设计，室外给排水设计环保 管道水力计算、污水处理工程设计,综上可以看出流体力学的知识在工程上的应用十分广泛，因此作为一个工程技术人才掌握流体力学的知识是十分重要的，所以必须学好流体力学这门课。,11,将普遍规律、公理，如：牛顿定律 能量守恒原理 力系的平衡定律 动能定律 动量定律等 用于液体分析中，建立液体微分方程、积分方程，优化方程，结合边界条件、限定条件求解。,理论分析：,一、连续介质的概念,液体由分子组成，分子之间存在空隙，介质不连续分子间距相当微小,1-2 液体的主要物理性质,现代物理学指出，常温下，每立方厘米水中，约含31022个分子，相邻分子间距约3108cm。可见，分子间距相当微小，在很小体积中，包含难以计数的分子。,水力学中，把液体当作连续介质 假设液体是一种连续充满其所占据空间的连续体,水力学所研究的液体是连续介质的连续流动,连续介质的概念 由瑞士学者欧拉（Euler）1753年首先建立，这一假定在流体力学发展上起到了巨大作用。,如果液体视为连续介质，则液体中一切物理量（如速度、压强和密度等）可视为 空间（液体所占据空间）坐标和时间的连续函数。研究液体运动时，可利用连续函数分析方法。,特殊问题：水流掺气 空化水流 液体是不连续的,二密度和容重,1、密度：,单位体积内所含有流体的质量,流体密度，kg/m3,流体质量，kg,流体体积，m3,单位体积内所含流体的重量,流体容重，N/m3,流体重量，N,流体体积，m3,3、密度和容重的关系：,2、容重（重度）,三流体的易流动性,液体与固体之间的根本差别在于流体具有流动性，而固体没有流动性。变形过程相当慢时，任何细小的力（切向力）也能是液体产生非常大的变形，产生流动，这种性质成为流动。,由上可知：,（1）静止液体不能承受剪切应力。（2）静止液体只能承受压力，不能承受拉力。,四粘滞性,液体均具有流动性，但各种液体之间的流动性有很大的差别。,1、实验,粘性实验演示,液体的粘滞性：实际上是液体抵抗剪切变形速率的特性。,2、定义,牛顿内力摩擦定律：剪切应力与速度梯度（du/dy）成正比。,流体内部剪切应力，Pa,比例系数，动力粘度，又简称粘度，Pas,速度梯度，s-1,3、运动粘度：,通过动力粘度与密度的比值来表示液体粘性的大小,运动粘度，m2/s,动力粘度，Pas,密度，kg/m3,4、理想液体,理想液体即忽略其粘滞性的液体，对于理想液体来讲，=0,五压缩性,流体在外力作用下改变自身体积大小的特性。,p压缩系数,V流体体积,dv/dp体积相对于压强 的变化,在工程问题中，对于液体其p=0，将液体视为不可压缩。,1-3 作用在液体上的力,作用在液体上的力:,表面力,质量力,一 表面力：,表面力是指作用在被研究液体体积表面上的力，它与作用表面积成正比。,表面力,固体界面对液体的摩擦力,与表面垂直的法向力（大气压力）,与表面相切的切向力（粘性力）,静止液体与理想液体中，由于=0，=0。因此表面力只有法向力P。,注意：,二、质量力（又称体积力）,质量力作用在液体上，与液体的质量成正比,质量力,重力,惯性力,在空间，质量力F可分解为三个坐标方向的力,在水力学中，常以单位质量液体的质量力来衡量其大小,则单位质量力在各个坐标轴方向的分量为：,作业：P6：1-1，1-2，1-3,