水力学,0 绪论
水力学 绪论
六、研究方法
理论方法 理论模型——普遍规律——数学求解
试验方法 观察与测量——分析处理——本质规律
数值方法 数学问题——求近似解
七、水力学发展简史
公元前250年古希腊的阿基米德（Archimides）撰 写的“论浮体”奠定了水静力学的基础。 此后千余年间，直到15世纪文艺复兴时期，流体力学没 有重大发展。 16世纪以后，流体力学较快发展，如达〃芬奇、伽利略、 E〃托里拆利、B〃帕斯卡、I〃牛顿等人用实验方法研究了静水 压力、大气压力、空口出流、压强传递和水的切应力等问题。 18-19世纪，流体力学沿着两条途径建立了液体运动的系统理 论，形成两门独立的学科。
适用条件： 只能适用于牛顿流体
在同一种液体中，μ或ν值均随温度和压力而异，但 随压力变化关系甚微，对温度变化较为敏感。对于 水，ν可按下列经验公式计算
0.01775 v 1 0.0337 0.000221 t 2
压缩性
液体受压后体积要缩小，压力撤除后也能 恢复原状，这种性质称为液体的压缩性或 弹性。 体积压缩系数 体积弹性系数
Fx X M
或
Y
Fy M
Fz Z M
十二、理想液体的概念 理想液体： 就是把水看作绝对不可压缩、不能膨胀、没有 粘滞性、没有表面张力的连续介质。
有没有考虑粘滞性：是理想液体和实际液体的最主
要差别。
十三、量纲和单位
量纲：表征各种物理量属性和类别的称为物理量的量纲（或称因次） 例如：长度─［L］、时间─ ［T］、质量─ ［M ］、 力─ ［F］ 基本量纲：相互独立，即其中的任意一个量纲都不能从其 它量纲中推导出来。如［L］、［T］、 ［M ］ 诱导量纲: 由基本量纲推导出来的，也称为导出量纲。 面积 A L
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第一章 绪论
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
lim p
P
A0 A
lim
T
A0 A
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第一章 绪论
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第一章 绪论
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
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第一章 绪论
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第一章 绪论
Isaac Newton(1642-1727)
➢ Laws of motion
➢ Laws of viscosity of Newtonian fluid
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第一章 绪论
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）
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第一章 绪论
20th century
Ludwig Prandtl (1875-1953) Boundary theory(1904)
《水力学》课后习题答案
第一章 绪论1-1．20℃的水2.5m 3，当温度升至80℃时，其体积增加多少？ [解] 温度变化前后质量守恒，即2211V V ρρ= 又20℃时，水的密度31/23.998m kg =ρ 80℃时，水的密度32/83.971m kg =ρ 321125679.2m V V ==∴ρρ 则增加的体积为3120679.0m V V V =-=∆1-2．当空气温度从0℃增加至20℃时，运动粘度ν增加15%，重度γ减少10%，问此时动力粘度μ增加多少（百分数）？ [解] 原原ρννρμ)1.01()15.01(-+==原原原μρν035.1035.1==035.0035.1=-=-原原原原原μμμμμμ此时动力粘度μ增加了3.5%1-3．有一矩形断面的宽渠道，其水流速度分布为μρ/)5.0(002.02y hy g u -=，式中ρ、μ分别为水的密度和动力粘度，h 为水深。
试求m h 5.0=时渠底（y =0）处的切应力。
[解] μρ/)(002.0y h g dydu-=)(002.0y h g dydu-==∴ρμτ 当h =0.5m ，y =0时)05.0(807.91000002.0-⨯⨯=τPa 807.9=1-4．一底面积为45×50cm 2，高为1cm 的木块，质量为5kg ，沿涂有润滑油的斜面向下作等速运动，木块运动速度u=1m/s ，油层厚1cm ，斜坡角22.620 （见图示），求油的粘度。
[解] 木块重量沿斜坡分力F 与切力T 平衡时，等速下滑yu AT mg d d sin μθ== 001.0145.04.062.22sin 8.95sin ⨯⨯⨯⨯==δθμu A mg s Pa 1047.0⋅=μ1-5．已知液体中流速沿y 方向分布如图示三种情况，试根据牛顿内摩擦定律yud d μτ=，定性绘出切应力沿y 方向的分布图。
[解]1-6．为导线表面红绝缘，将导线从充满绝缘涂料的模具中拉过。
水力学第三版PPT模板
§4-1概述
§4-3沿程水头损失的 公式及影响因素
§4-5沿程水头损失系 数的试验研究
§4-2恒定均匀流的切 应力
§4-4层流、紊流及其 判别
§4-6紊流特征及紊流 内部结构
第四章液 流形态和 水头损失
§4-7谢才公式及谢才系数 §4-8边界层概念及其分离现象 §4-9局部水头损失 习题
06
第五章层流和紊流的水力特性
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第九章明渠水流的两种流态及水跃
第九章明渠水流的两种流态及 水跃
§9-1明渠水流的流动状态
§9-2断面单位能量、临界水深、 临界底坡
§9-3明渠水流流态转换的局部水 力现象——水跌与水跃
§9-4水跃基本方程及水跃的水力 计算
习题
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第十章明渠非均匀流
第十章明渠非均匀流
§10-1概述
1
§10-2棱柱形明渠水面曲
05 §6 - 1 1边界层理论 06 习 题
08 第七章有压管流
第七章有压管流
§7-1概述 §7-2短管的水力计算 §7-3长管的水力计算 §7-4有压管道非恒定流 简介 习题
09 第八章明渠均匀流
第八章明渠均匀流
§8-1概述 §8-2明渠均匀流的水力计算 §8-3明渠均匀流水力计算的其它 问题7恒定平面渗流的流网解法 习题
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第十四章水力模型试验基本原理
第十四章水力模型 试验基本原理
§14-1概述 §14-2水力相似基本原理 §14-3量纲分析 §14-4水力模型试验的优缺点 习题
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第十五章综合水力计算实例
第十五章综合水力 计算实例
§15-1水闸水力计算实例 §15-2拦河溢流坝水力计算实例 §15-3河岸溢洪道水力计算实例 §15-4有压隧洞水力计算实例
吴持恭版水力学-绪论-思考题答案
绪论
0.2 什么叫做粘滞性？粘滞性对液体运动起什么作用？
粘滞力对相对运动中较快的一层起阻碍作用，对较慢的一层起推动作用。
0.3 固体之间的磨擦力与液体之间的内磨擦力有何原则上的区别？何谓牛顿内
磨擦定律，该定律是否适用于任何液体？
固体的摩擦只在固体边界上产生，而液体质点之间的内摩擦力存在于整个液体内部和边界；而且其产生摩擦的物理本质也不同：前者是由电磁力引起的，后者是由粘滞力引起的。
牛顿内摩擦定律只适用于牛顿流体作层流运动的情况。
0.5为什么可以把液体当作“连续介质”？运用这个假设对研究液体运动规律有
何意义？
原因两点：1.水力学研究液体的宏观运动而不研究其微观运动；
2.分子间空隙的距离较研究的液流尺度极为微小。
1。
水力学知识点讲解
水力学第一章绪 论(一)液体的主要物理性质1．惯性与重力特性：掌握水的密度ρ和容重γ；2．粘滞性：液体的粘滞性是液体在流动中产生能量损失的根本原因。
描述液体内部的粘滞力规律的是牛顿内摩擦定律 :注意牛顿内摩擦定律适用范围：1)牛顿流体， 2)层流运动 3．可压缩性：在研究水击时需要考虑。
4．表面张力特性：进行模型试验时需要考虑。
下面我们介绍水力学的两个基本假设： (二)连续介质和理想液体假设1．连续介质：液体是由液体质点组成的连续体,可以用连续函数描述液体运动的物理量。
2．理想液体：忽略粘滞性的液体。
（三）作用在液体上的两类作用力第二章 水静力学水静力学包括静水压强和静水总压力两部分内容。
通过静水压强和静水总压力的计算，我们可以求作用在建筑物上的静水荷载。
（一）静水压强：主要掌握静水压强特性,等压面,水头的概念，以及静水压强的计算和不同表示方法。
1．静水压强的两个特性：（1）静水压强的方向垂直且指向受压面（2）静水压强的大小仅与该点坐标有关，与受压面方向无关，2.等压面与连通器原理：在只受重力作用,连通的同种液体内, 等压面是水平面。
(它是静水压强计算和测量的依据）3．重力作用下静水压强基本公式（水静力学基本公式）p=p 0+γh 或 其中 ： z —位置水头，p/γ—压强水头（z+p/γ）—测压管水头请注意，“水头”表示单位重量液体含有的能量。
4．压强的三种表示方法：绝对压强p ′，相对压强p ， 真空度p v , ↑ 它们之间的关系为：p= p ′-p a p v =│p │（当p ＜0时p v 存在）↑相对压强:p=γh,可以是正值，也可以是负值。
要求掌握绝对压强、相对压强和真空度三者的概念和它们之间的转换关系。
1pa(工程大气压)=98000N/m 2=98KN/m2下面我们讨论静水总压力的计算。
计算静水总压力包括求力的大小、方向和作用点，受压面可以分为平面和曲面两类。
根据平面的形状：对规则的矩形平面可采用图解法，任意形状的平面都可以用解析法进行计算。
水力学
流线为什么不能相交？ 因流线上任一点的切线方向代表该点的流速方向，如果流 线相交，在交点出就会出现两个切线方向，而同一时刻同 一点流体质点不可能同时向两个方向运动。
3.3.3 均匀流与非均匀流
①定义：总流中沿同一流线各点流速矢量相同 ②性质：1流线相互平行；2过水断面是平面；3沿流程过水断面形 状和大小不变，流速分布图相同 非均匀流 ：沿同一根流线各点流速向量不同 在均匀流中，位于同一流线上各质点的流速大小和方向均相同。
有空间点上的运动情况，构成整个液体的运动。
用欧拉法描述液体运动时，液体质点的加速度应是当地加 速度与迁移加速度之和。
3.2 水流的分类
表征液体运动的物理量，如 流速、加速度、动水压强等 恒定流
按运动要素是否随时间变化
非恒定流
一元流 按运动要素随空间坐标的变化 二元流
三元流
均匀流 按流线是否为彼此平行的直线 非均匀流 急变流
Px hc Ax
曲面上静水总压力的水平分力等于曲面在铅垂投影面上 的静水总压力。
Pz Vp
曲面上静水总压力的垂直压力等于压力体内的水体重。 静水总压力
P Px2 Pz2
Pz tan Px
Pz arctg Px
例:某半圆柱面挡水建筑物，半径R=2m，宽度 b 2 m
代入到上式
0.6 pa 0.6 98060 V2 2 g H 2 9.806 2.8 20.78(m/s) g 9806
• 所以管内流量
qV
4
d 2V2 0.785 0.12 2 20.78 0.235(m 3/s)
水力学_孙建_水文与水资源工程
水力学研究所本科生课程教学大纲西安理工大学水电学院水力学研究所二零零五年七月前言水力学研究所主要承担全校本科生的《水力学》及《水力学实验》、《工程流体力学》及《工程流体力学实验》、《流体力学基础》、《河流动力学》、《岩土渗流基础》、《治河防洪工程》、《港口航道工程》等课程的教学任务。
《水力学》（或《工程流体力学》、《流体力学基础》）课程是水利类、土木类、热能及动力工程类、市政及环境工程类等专业的一门重要的专业技术基础课。
我校《水力学》课程面向水利水电学院各专业（水利水电工程建筑、给排水、热能及动力工程、土木工程、工程管理、水文及水资源工程、环境工程），理学院理论力学专业，高等技术学院水利水电工程专业大专班，每年涉及20余个本科班级。
教学大纲是课程教学的指导性文件。
近年来，为了适应我校教学改革的总体要求，各专业《水力学》课程的学时都有所减少。
为此，1994~2003年期间我们先后两次修订和编写各专业的水力学教学大纲及实验教学大纲，以进一步规范本科生《水力学》课程的教学。
本次在2003年版本的基础上，针对2005级本科教学计划中相关课程的学时情况，重新对我所开设的《水力学》等课程的教学大纲进行了修订，并增补了《河流动力学》、《岩土渗流基础》、《治河防洪工程》、《港口航道工程》等课程的教学大纲。
参加本大纲修订和编写的主要人员是王新宏、孙建、魏炳乾、张志昌、张宗孝、魏文礼、谭立新、王颖、邵建斌、牛争鸣、陈刚。
水文及水资源工程《水力学》教学大纲（72学时，其中实验8学时)一、课程内容0 绪论水力学定义、任务、研究方法；学习水力学的意义；水力学的发展简史1 液体的主要物理性质1.1液体的基本特征及连续介质的假说基本特征；易流性；压缩性；连续介质的假说1.2 液体密度和容重1.3 粘滞性液体的粘滞性；牛顿内摩擦定律1.4液体的压缩性和膨胀性压缩系数与弹性系数，量纲，单位；膨胀系数，量纲，单位；不可压缩液体1.5液体表面张力液体表面张力；表面张力系数，量纲，单位；毛细现象1.6液体相变液体汽化；蒸发；沸腾1.7作用在液体上的力表面力；质量力；总质量力；单位质量力2 水静力学2.1 静水压强及其性质静水压强定义；静水压强特性2.2液体平衡微分方程欧拉平衡微分方程；欧拉平衡微分方程综合表达式；等压面2.3重力作用下的液体平衡水静力学基本方程2.4几种质量力共同作用下的液体平衡旋转容器中液体的相对平衡；直线匀加速运动容器中液体的相对平衡；相对平衡与重力作用下的液体平衡比较；静水压强分布规律比较2.5 压强的量测绝对压强、相对压强、真空度；液体压强的表示法；水静力学基本方程的物理意义和几何意义；液体压强的量测2.6作用于平面上的静水压力大小；方向；压力中心2.7作用于曲面上的静水压力水平分力；铅垂分力，压力体；总压力；压力中心3 水动力学3.1描述液体运动的两种方法拉格朗日法；欧拉法；欧拉变数；时变加速度；位变加速度3.2恒定流与非恒定流3.3迹线与流线迹线；流线：定义、微分方程、流线性质3.4质点与控制体概念质点；控制体3.5一元流动法元流；总流；过水断面；流量与断面平均流速3.6恒定元流和总流的连续方程元流连续方程；总流连续方程4 水动力学的基本原理4.1 理想液体运动的微分方程欧拉运动方程；欧拉运动方程与欧拉平衡方程比较4.2 理想液体的伯诺里方程理想液体元流的伯诺里方程；方程表示式；物理意义和几何意义；质量力、重力共同作用下的伯诺里方程积分4.3 实际液体恒定元流的能量方程4.4 均匀流与非均匀流均匀流定义；均匀流过水断面动水压强特征4.5 实际液体恒定总流的能量方程总流的能量方程一般表示式；应用条件；几何意义和物理意义；能量方程应用4.6 恒定总流的动量方程动量方程表达式：动量方程应用：射流冲击垂直固体边壁、分岔流动、平面弯管流动、立面弯管流动4.7 因次分析因次、基本因次、诱导因次、无因次；因次和谐原理；因次分析的兀定理及其应用5 流动形态与水头损失5.1水头损失及其分类水流阻力及其分类；沿程阻力；局部阻力；过水断面的水力要素；湿周；水力半径5.2均匀流沿程水头损失与水流阻力的关系均匀流沿程水头损失与水流阻力的关系；达西公式5.3 流动的两种形态雷诺实验；两种流动形态：层流、紊流；水流雷诺数、临界雷诺数、下临界雷诺数、上临界雷诺数；水头损失与流速的实验关系曲线5.4 层流运动圆管层流运动；流速分布规律；水头损失与断面平均流速的关系；沿程阻力系数5.5 紊流运动紊流的产生机理；紊流运动要素的时均法；脉动现象、瞬时值、时均值、脉动值紊流附加切应力；紊流结构；粘性底层；过渡区；紊流核心区；紊流过水断面的流速分布；流速分布的对数规律；流速分布的指数规律5.6 紊流的沿程水头损失尼古拉兹实验；沿程水头损失的一般规律：沿程阻力系数与雷诺数，粗糙度关系；紊流沿程水头损失系数的总公式；莫迪图；沿程水头损失系数的经验公式；谢才公式及其谢才系数曼宁公式5.7 局部水头损失管道突然扩大的局部水头损失；局部水头损失的一般表达；局部阻力系数6 有压管中的恒定流6.1 概述长管与短管；简单管道与复杂管道；自由出流与淹没出流6.2 简单管道的水力计算简单管道的水力计算；自由出流；淹没出流；测压管水头线、总水头线绘制6.3 虹吸管及水泵的水力计算虹吸管；水泵：管径、最大允许安装高度、扬程、装机容量6.4 串联管道的水力计算6.5 并联管道的水力计算8 明渠中的恒定流8.1概念底坡；明渠的横断面8.2均匀流均匀流特性及产生条件；均匀流水力计算；基本公式；计算类型；水力最佳断面；渠道允许流速；复式断面明渠水力计算8.3明渠的三种流态急流、缓流和临界流；微小波速；佛劳德数；断面比能、临界水深；临界底坡8.4水跃水跃现象；水跃方程；平底矩形断面明渠的水跃共轭水深计算；平底矩形断面明渠的水跃长度；平底矩形断面明渠的能量损失；水跃方程验证8.5非均匀渐变流明渠恒定非均匀流基本方程；棱柱体明渠水深沿程变化的微分方程8.6非均匀渐变流水面曲线的变化分析棱柱体明渠水面曲线的分析8.7非均匀渐变流水面曲线的计算水面线逐段试算法9 堰流及闸孔出流9.1 堰的分类堰流与闸孔出流界限；薄壁堰；实用堰；宽顶堰9.2 堰流基本公式矩形薄壁堰；三角形薄壁堰9.4 实用堰曲线型剖面实用堰；折线型实用堰9.5 宽顶堰宽顶堰流态；流量计算9.6 闸孔出流宽顶堰上的闸孔出流；曲线型实用堰上的闸孔出流14 恒定平面势流14.1 恒定流平面势流的流速势及流函数流函数；流速势；流函数和流速势函数的相互关系14.3 流网法流网特性15 渗流15.1 渗流的基本概念水在土壤中的存在形式；土壤的渗流特性；渗流模型15.2 渗流的基本定律--达西定律达西定律；内容；适用条件；渗流流态判别；渗透系数及其确定方法15.4地下河槽中恒定均匀渗流和非均匀渐变渗流非均匀渐变渗流、浸润线18 相似原理及模型试验基础18.2 相似的概念几何相似；运动相似；动力相似；边界条件及初始条件相似18.3 相似准则重力相似准则；阻力相似准则；粘性阻力相似准则；紊流阻力相似准则18.4 水力模型试验种类及模型设计水力模型试验种类；水力模型设计二、教学大纲说明1 课程性质与任务水力学是水利类专业的一门主要技术基础课，其任务是使学生掌握水流运动的一般规律和有关的概念，基本理论、分析方法、水力计算和一定的实验技能；为学习专业课，从事专业工作和进行科学研究打基础。