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,*,*,第一章 绪论,主讲老师：,?,水力学,2024/11/15,1,第一章 绪论主讲老师：?水力学2023/10/101,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,2024/11/15,2,第1章 绪 论第一章 绪论2023/10/102,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,2024/11/15,3,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,红石嘴取水枢纽,第一章 绪论,2024/11/15,4,红石嘴取水枢纽第一章 绪论2023/10/104,2024/11/15,5,2023/10/105,2024/11/15,6,2023/10/106,某污水处理厂,2024/11/15,7,某污水处理厂2023/10/107,1.1,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。,2024/11/15,8,1.1 水力学的任务及其发展概况（1）、水力学的任务,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,2024/11/15,9,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,Archimedes(285-212 BC),Parallelogram,（,平行四边形,）,law for,addition of vectors,Law of buoyancy,（浮力）,第一章 绪论,（,2,）、水力学发展概况,2024/11/15,10,Archimedes(285-212 BC)Parallel,Leonardo da Vinci,（达芬奇）,(1452-1519),一维恒定流动连续性方程,紊流（,Turbulence,）,第一章 绪论,2024/11/15,11,Leonardo da Vinci（达芬奇）(1452-1,Isaac Newton(1642-1727),Laws of motion,Laws of viscosity of,Newtonian fluid,第一章 绪论,2024/11/15,12,Isaac Newton(1642-1727)Laws of,19th century,Navier,(1785-1836),&Stokes,(1819-1905),N-S equation,viscous flow solution,Reynolds,(1842-1912),发现紊流,（,Turbulence,）,提出雷诺数,（,ReynoldsNumber,）,第一章 绪论,2024/11/15,13,19th centuryNavier(1785-1836),20th century,Ludwig Prandtl,(1875-1953),Boundary theory(1904),The father of modern fluid mechanics,Vonkarman,(1881-1963),I.Taylor,(1886-1975),现代流体力学,理论的奠基者,第一章 绪论,2024/11/15,14,20th centuryLudwig Prandtl(18,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,2024/11/15,15,在我国，水利事业的历史十分悠久:4000多年前的“大禹治水,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。,2024/11/15,16,1.2 液体的连续介质模型 连续性假定是指宏观上可以把,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,2024/11/15,17,1.3 作用在液体上的力1.3.1 表面力定义,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,当液体是均质的，其质量为,总质量力为,F,第一章 绪论,2024/11/15,18,应力：单位面积上的表面力，单位：或,当总质量力在坐标上的投影分别为,，,则单位质量力在相应坐标的投影为 ，,即,，与加速度的单位相同。,单位质量力的单位为,第一章 绪论,2024/11/15,19,当总质量力在坐标上的投影分别为 ,，,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,为液体中取包含,点的微元体积,非均质液体的密度为,式中,液体的密度,液体的质量,液体的体积,均质液体的密度为,国际单位,:,一个标准大气压下，温度为,4,，水密度为,第一章 绪论,2024/11/15,20,液体的密度:单位体积液体所含有的质量，用表示 表示。,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,温度 分子间距,分子吸引力,内摩擦力,粘度,温度,分子热运动,动量交换 内摩擦力,粘度,第一章 绪论,2024/11/15,21,1.4.2 粘性和理想液体1.粘性的概念及内摩擦力产生的,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,设下板固定不动，上板以匀速,向右运动。,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。,当 或,不是太大时，实际测得,液体的速度为线性分布。,结论：,第一章 绪论,2024/11/15,22,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,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,内摩擦力,F,任意速度分布的层状流动,第一章 绪论,2024/11/15,23,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,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，,m,2,/s,动力黏性系数,，,Pa,s,切应力,第一章 绪论,在理论分析和工程计算中,2024/11/15,24,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，,速度梯度,=,直角变形速度,第一章 绪论,流动性 无限变形 用直角变形速度来描述剪切变形的快慢。,速度梯度，表示速度沿垂直于速度方向,y,的变化率。,2024/11/15,25,速度梯度=直角变形速度第一章 绪论流动性 无限变形,1.4.3,液体的压缩性和热胀性,压缩性,：,压强增高时，分子间的,距离减小,，液体宏观,体积减小,，,密度增加,，除去外力后能恢复原状的性质。,式中的,负号,表示压强增大体积缩小,体积压缩系数,当温度保持不变，单位压强增量引起的体积变化率,单位：,第一章 绪论,2024/11/15,26,1.4.3 液体的压缩性和热胀性压缩性：压强增高时，分子间,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。,工程上常用体积模量衡量流体压缩性,压缩系数的倒数,体积弹性模量,：,第一章 绪论,一般工程设计中，水的体积弹性系数,可近似地取为,2024/11/15,27,热胀性：温度升高，液体宏观体积增大，密度减 小，温度下降,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,2024/11/15,28,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,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。,汽化压强随液体的种类和温度的不同而改变。,2024/11/15,29,1.4.5 汽化压强液体的惯性、重力特性和粘滞性对液体运动,1.5,水力学的研究方法,第一章 绪论,水力学是一门实践性很强的学科，它的理论都是生产实践和实验研究的总结，并在解决实际工程问题过程中经受检验、得到修正和进一步完善。,理论分析法,无限微量法,有限控制体法（平均值法）,实验研究法,数值计算法,2024/11/15,30,1.5 水力学的研究方法第一章 绪论 水力学是一门实,
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