水力学课件-第一_二章

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,参考书：水力学流体力学,工程流体力学,参考书：水力学流体力学工程流体力学,中国助伊朗建最高大坝,2011年03月18日 03:52,伊朗能源部网站周一援引该国能源部长马吉德 纳姆久的话称，中国将帮助伊朗建设世界上最高的大坝。,这处拟修建的大坝位于伊朗东北部，预计投资额高达20亿美元。,大坝建成后将高达315米，成为世界上最高的大坝。中国水利水电建设集团公司和伊朗Farab公司将参与建设。,据长江日报,中国助伊朗建最高大坝 2011年03月18日 03:52,小湾水电站,：,最大坝高,294.5,米,目前世界已经蓄水的最高拱坝,位于云南省南涧县与凤庆县交界的澜沧江中游河段，是国家重点工程和实施西部大开发、“西电东送”战略的标志性工程，该电站总装机容量,420,万千瓦，总库容约,149,亿立方米。,小湾水电站：最大坝高294.5米,三峡大坝：,世界上最大的混凝土重力坝,三峡大坝坝顶高程185米，最大坝高181米；坝顶宽度15米；底部宽度一般为126米；大坝轴线全长2309米。混凝土浇筑量达1600多万立方米，1米见方的体积排列，可绕地球赤道三圈。,最大113m的水位落差 。五级船闸每次历时超过,2.5-,3小时,。,三峡大坝：世界上最大的混凝土重力坝 三峡大坝坝顶高程,1917年，,孙中山,先生在建国方略中最早提出建设三峡,（,瞿塘峡、巫峡和西陵峡,）,工程的设想，称改良此上游一段，当以水闸堰其水，使舟得溯流以行，而又可资其水力。,1932年，,国民政府,建设委员会派出勘测队在三峡进行为期约两个月的勘查和测量，编写了扬子江上游水力发电测勘报告，拟定了葛洲坝、黄陵庙两处低坝方案。这是我国专为开发三峡水力资源进行的第一次勘测和设计工作。,1946年，国民政府资源委员会与,美国垦务局,正式签订合约，由该局代为进行三峡大坝的设计；中国派遣技术人员前往美国参加设计工作。有关部门初步进行了坝址及库区测量、地质调查与钻探、经济调查、规划及设计工作等。,1947年5月，面临崩溃的国民政府，中止了三峡水力发电计划的实施,，撤回在美的全部技术人员。美国垦务局工程师福斯脱在写给中国同事的信中说：伟大如三峡计划，中国自不能久置不问，相信于不久之将来，定有兴工之一日。,1917年，孙中山先生在建国方略中最早提出建设三峡（瞿塘,词牌名：水调歌头题目： 游泳,才饮,长沙,水，又食,武昌鱼,。万里长江横渡，极目楚天舒。不管风吹浪打，胜似,闲庭信步,，今日得宽余，子在川上曰：逝者如斯夫！,风樯,动，龟蛇静，起宏图。一桥飞架南北，,天堑,变通途。更立西江石壁，,截断巫山云雨，高峡出平湖,。,神女,应无恙，当惊世界殊。,1956,年，,毛主席,在武汉畅游长江后写下,水调歌头,游泳,，描绘出兴建三峡工程的宏伟蓝图。,词牌名：水调歌头题目： 游泳才饮长沙水，又食武昌鱼。万,1994,年,12,月,14,日正式开工建设，历经十年奋战，终于实现了一代伟人“更立西江石壁，截断巫山云雨，高峡出平湖”的世纪梦想。,长江三峡水利枢纽，是当今世界上最大的水利枢纽工程，已被列为全球超级工程之一。它是一个具有防洪、发电、航运等多开发目标的大型水利水电工程。,项目总投资约,2050,亿元人民币。,2009,年完工，能发电,18000,兆瓦，相当于,18,个核电站的发电量。,改善,650,公里长江航线的航运条件。,三峡大坝建在三斗坪中堡岛，建成后其雄伟壮观的大坝长达,2335,米，高达,70,米以上，犹如一座横跨长江上的“水上长城”。,1994年12月14日正式开工建设，历经十年奋战，终于实现了,世界十大水坝,混凝土重力坝,目前世界已建最高的是瑞士的大狄克逊，高,285m,，,中国最大的三峡，坝高,181m,。,混凝土拱坝：,已建最高的为前苏联的英古里双曲拱坝，坝高,271.5m,，,在建的是中国的小湾，坝高,294.5m,；,土石坝,已建最高的是前苏联的罗贡心墙土石坝，坝高,335m,。,世界十大水坝混凝土重力坝,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,第一章 绪 论 11 水力学的研究内容,1,1,水力学的研究内容,水力学,：研究液体机械运动规律及其实际应用的一门科学，,是力学的一个分支,，它是专门研究水流运动的一门技术科学。,自然界物质存在的一般形式有三种，即,固体、液体和气体,。,流体,：,液体和气体统称为流体,，,在性质上有许多异同之处，,在一定条件下,，水力学的运动规律也适用于气体运动。,11 水力学的研究内容,流体与固体的主要区别：对外力抵抗的能力不同。,固体,：可以抵抗一定的拉力、压力和剪力，当外力作用于固体时，固体将产生相应的变形,，相应的科学有材料力学、弹性力学等。,流体,：,几乎不能承受拉力,，处于静止状态下的流体还不能抵抗剪力，即流体在很小剪力作用下将发生连续不断的变形，流体的这种特性称为,易流动性,。,流体与固体的主要区别：对外力抵抗的能力不同。,1,2,液体的主要物理性质,1,连续介质模型,（假说）,在水力学中，把液体作为连续介质看待，即假设液体是一种充满其所占据空间毫无空隙的连续体,。（瑞士学者欧拉,，1753,年）,把液体视为连续介质后，液体运动中的物理量都可视为空间坐标和时间的连续函数，,就可以利用,连续函数,的分析方法来研究液体运动。实践也证明，采用液体连续介质模型解决般工程中的水力学问题是能够满足要求的。,12 液体的主要物理性质 1,2,密度和容重,密度,=M/V,量纲为,M/L,3,，国际单位为,kg/m,3,容重,（均匀液体）,（重度）：,=,M g/ V,量纲为,M/T,2,L,2,，国际单位为,N/m,3,般采用,g=9.8m/s,2,一个标准大气压下，温度为,4,0,C,时的纯净水（淡水）密度,容重,2 密度和容重,3,粘滞性,当液体处于运动状态时，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或简称粘性，此内摩擦力又称为粘滞力,。,牛顿平板实验：平板面积,A,，板间充满液体，设下板固定不动，上板受拉力,T,作用，以匀速,U,向右运动。当,h,或,U,不大时，板间速度为线形分布。,牛顿 内摩擦定律,牛顿 内摩擦定律,液体的粘滞系数,粘性大的液体其,，,值也大，液体的性质对摩擦力的影响，可通过粘性系数来反映。,液体的,，,随压力变化甚微，随温度变化较为敏感。,液体的粘滞系数 粘性大的液体其，值也大，液,理想液体模型,：,动力粘滞性系数,=0,（简化分析计算）,理想液体模型：,4,压缩性,液体不能承受拉力，但能承受压力。,液体受压，体积缩小，内部产生一种企图恢复原状的内力（弹性力），卸压后，液体立即恢复原状，此性质称液体的,压缩性或弹性,，用体积压缩系数,或体积弹性系数,K,表示。,水的压缩性很小，一般工程中认为水不可压缩是足够精确的。,当气体速度远小于音速时，气体的压缩性也不考虑。,4压缩性,按物理性质分,：重力、摩擦力、弹性力、表面张力及惯性力等,按作用方式分,：表面力、质量力 两大类。,1表面力,作用于液体的表面上，并与受作用的液体表面积成比例的力（压力与切力（压应力与切应力），摩擦力）。,2质量力,作用于液体的每个质点上，并与受作用的液体的质量成比例的力（最常见的是,重力，直线运动,的,惯性力、离心惯性力）。,1,3,作用在液体上的力,按物理性质分：重力、摩擦力、弹性力、表面张力及惯性力等,单位质量力：作用在单位质量液体上的质量力。,质量为,M,的均质液体，所受的总质量力为,F,，单位质量力为,：,若,F,在坐标轴上的投影分别为,F,X,F,Y,F,Z,；,单位质量力,f,在相应坐标轴的投影为,X,，,y,，,Z,。,单位质量力有加速度的量纲,单位质量力：作用在单位质量液体上的质量力。,第二章 水静力学,2,1,静水压强定义及其特性,2,2,液体平衡微分方程及其积分,2,3,重力作用下静水压强的分布规律,2,4,几种质量力作用下液体的相对平衡,2,5,作用在平面上的静水总压力,2,6,作用在曲面上的静水总压力,2,7,浮力及物体的沉浮,第二章 水静力学21 静水压强定义及其特性,静止,（相对的概念）：,1 液体对于地球没有相对运动，处,相对静止,的状态,。,2 液体对于地球虽有运动，但液体与容器之间以及液体质点相互之间都不存在相对运动，而处于,相对平衡,状态。,静止液体不呈现切应力；液体几乎不能承受拉应力，所以，静止液体质点间的相互作用是通过,压应力,(,称静水压强,),形式呈现出来。,水静力学的主要任务,：研究静水压强在空间的分布规律，并在此基础上解决一些工程实际问题,。,静止（相对的概念）：,1,静水压强定义,静水压力,P,（,N, kN,）,：,静止液体作用在与之接触的表面上的水压力称为,静水压力,。,作用位置：,与之接触的固体边壁、 液体内部,。,静水压强,2,1,静水压强定义及其特性,1静水压强定义 21 静水压强定义及其特,水对其它的物体的作用力：压力,水对另一部分水的作用力：压力,思考：,平面上各点的静水压力方向？,曲面上各点的静水压力方向？,水对其它的物体的作用力：压力,(1),静水压强,方向垂直指向作用面。,(2),同一点各方向的静水压强大小相等,。,静止液体中某一点,静水压强的大小与 作用面的方位无关。,2.,静水压强特性,(1) 静水压强方向垂直指向作用面。2. 静水压强特性,（,1,）,静水压强,方向 垂直指向作用面,如果压强是任意方向，便会有切向应力，则液体会流动。,（1）静水压强方向 垂直指向作用面,（2）证明,令,x,、,Y,、,z,分别为,液体单位质量的质量力 在相应坐标轴方向的分量，,则质量力,F,在坐标轴方向的分量分别为,（2）证明令x、Y、z分别为 液体单位质量的质量力 在相应,公式最后一项趋于零，,所以：,以,X,向为例，,X,向的力有：,表面力,Px,，,表面力,Pn,的分力，,质量力,Fx,公式最后一项趋于零，以X向为例，X向的力有：,某一点,静水压强的大小与作用面的方位无关作用于同一点各方向的静水压强大小相等。,某一点静水压强的大小与作用面的方位无关作用于同一,2,2,液体平衡的微 分方程及其积分,设正交六面体,中心点处的静水压强为,p,，是坐标的连续函数，即,p=p(x,y,z),，用,泰勒级数,展开得,M,和,N,点的压强为,1,液体平衡的微分方程,22 液体平衡的微 分方程及其积分,因,X,方向合力为,0,，所以有,；,因X方向合力为0，所以有；,因,X,方向合力为,0,，所以有,:,同 理：,因X方向合力为0，所以有:,2,液体平衡微分方程的积分,即,dp=,(Xd,x,+Ydy+Zdz),液体平衡微分方程综合式,当液体所受的质量力已知时，可以从该式求出液体内的压强分布规律p=p(x,y,z)。,将液体平衡微分方程式依次乘以任意的,dx,、,dy,、,dz,并将它们加起来，得,2液体平衡微分方程的积分 即 dp=(X,液体中各点压强相等的面称,等压面,。,例：液体与气体的交界面。,处于平衡状态下的两种液体的交界面。,1),平衡液体中等压面是等势面,;,2),等压面与质量力正交。,dp=,(Xdx+Ydy+Zdz)=0,Xdx+Ydy+Zdz=0,即,液体质点沿等压面移动,ds,距离时,质量力,F,做的微功,=0.,重力作用下的液体，等压面处处与重力方向垂直，近似认为是与地球同心圆的球面，球面的有限部分可当成水平面。,但应是相连通的同种液体内的水平面,。,3,等压面,液体中各点压强相等的面称 等压面。3 等压面,2-3,重力作用下静水压强的分布规律,思考：,点,A,质量为,M,的液体：,静止时有重力,Mg,，方向？与,Z,轴方向？在,X,、,Y,轴方向的投影为？,则：单位质量力为,Mg / M = g,，方向？,任一点的单位质量力均为,g,，,方向？,2-3重力作用下静水压强的分布规律思考：,dp=,(Xdx+Ydy+Zdz),液体平衡微分方程综合式,1,水静力学基本方程,认为气体内各点压强近似相等,dp=(Xdx+Ydy+Zdz) 1 水静力学基本方程,水静力学基本方程常用表达式,说明,：,(1),静水压强随深度按线性规律增加。,(2),液体内任一点的静水压强由,两部分组成,，,一部分是,自由液面上的表面压强,po,；,另一部分是,单位面积上的垂直液柱重量,h,。,水静力学基本方程常用表达式 说明：,(1),若液中任意两点,h,1,=h,2,时,，,则,(p,1,=p,2,),，即,质量力只有重力作用的静止液体其等压面为水平面。,(2),当,h,1, h,2,时，则,p,1,P,，物体下沉；,G=P,，物体潜没于液体的任意位置而保持平衡；,GP,，物体浮出液面，液面下排出的液重等于自重。,浮力的作用点称为浮心，浮心与所排开液体体积的形心重合。重量为,水力学课件-第一_二章,