大学水力学课件
水力学 (完整版)PPT
2020/4/5
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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)
水力学流体静力学PPT课件
在水利工程中，液体相对平衡 的原理被广泛应用于水坝、水 库等水工建筑物的设计和施工 中。
在医学领域，液体相对平衡的 原理也被应用于血液动力学和 药物输送等方面的研究。
04
液体内部压强与浮力
Chapter
液体内部压强的计算
压强定义
单位面积上所受的压力，用p表示 ，单位为Pa。
计算公式
p = F/A，其中F为压力，A为受力 面积。
了解液体运动的描述方法和基本方程 ；
能够运用所学知识分析和解决工程实 际问题。
教学方法与手段
01
02
03
教学方法
采用讲授、讨论、案例分 析等多种教学方法相结合 的方式。
教学手段
使用PPT课件、动画演示 、实验演示等教学手段辅 助教学。
考核方式
采用平时成绩、期末考试 成绩和实验成绩相结合的 考核方式。
的气体量来调节浮力大小。
05
流体静力学在水利工程中的应 用
Chapter
水库水位与坝体稳定性分析
水库水位确定
根据水库地形、库容曲线 及入库流量等资料，确定 水库在不同运行条件下的 水位。
坝体稳定性分析
运用土力学、岩石力学等 原理，分析坝体在静水压 力、扬压力等作用下的稳 定性，确保大坝安全。
渗流控制
液体相对平衡是流体静力学研究的基础。
等压面的形成与性质
等压面是指在液体内部，压强相等的各点所组成的面。
在重力场中，等压面是一个水平面，因为在同一水平面上，各点受到的重力作用相 同，所以压强也相等。
等压面具有传递压强的性质，即等压面上的压强可以传递到液体内部的任意一点。
液体相对平衡的应用
液体相对平衡的原理可以应用 于测量液体的密度和深度。
水力学经典教学课件PPT(83张)
传播。观察微波传播： 波形所到之处将带动水流运 动，流速随时间变化，是非恒定流，但可化为恒定流。
vw
∆h
h
• 选动坐标随波峰运动，假想随波前进来观察渠 中水流相对于动坐标系 波静止渠中原静止水
体以波速vw从左向右流动，整个水体等速度
向右运动，水流为恒定流，水深沿程变化，是 非均匀流。
临
界
流
v c, 急 流
一般断面渠道静水中波速c为
c gA/B gh
• 将一块石子投入静水中，水面以投石点为中心 产生一系列同心圆，其以一定速度离开中心向
四周扩散
vw
vw’
• 将石子投入等速运动的水流中，则波传播速度 是水流流速与波速向量和。当水流流速小于波 速（v < vw）时，微波向下游传播的绝对速度 为（v + vw），向上游传播的绝对 v
vw+ v
• 当水流的流速等于波速（v= vw）时，微波向
下游传播的绝对速度是 2 vw。
2 vw
• 当水流流速大于波速（v > vw）时，微波只向 投石点下游传播，对上游的流动没有影响。
vw + v
• 一平底矩形断面水渠，水体静止，水深为h，水中有
一个直立的平板。用直立平板向左拨动一下，板左边
弗劳德（Froude）数的物理意义：
v
v2
Fr 2
gh 2gh
表示过水断面单位重量液体平均动能与平均 势能之比的二倍开平方，Fr愈大，意味着水 流的平均动能所占的比例愈大。
[Fr]
[惯性力] [重力]
表示水流的惯性力与重力两种作用的对比关 系。急流时，惯性对水流起主导作用；缓流 时，重力对水流起主导作用。
2024年水力学课件
水力学课件1.引言水力学是研究流体静力学和流体动力学的科学，主要研究液体在力的作用下的运动规律和液体与固体边界的相互作用。
水力学广泛应用于水利工程、海洋工程、环境工程、地质工程等领域。
本课件旨在介绍水力学的基本原理、方法和应用，为读者提供水力学的系统学习和研究。
2.流体静力学流体静力学主要研究在静止的流体中，流体粒子所受的力以及流体粒子之间的相互作用。
流体静力学的核心内容是压强、液体的浮力和静力平衡。
2.1压强压强是单位面积上所受到的力的大小，其计算公式为p=F/A，其中p表示压强，F表示作用在面积A上的力。
在液体中，压强随深度的增加而增大，其关系式为p=ρgh，其中ρ表示液体的密度，g 表示重力加速度，h表示液体的深度。
2.2浮力浮力是指液体对浸入其中的物体所产生的向上的力。
浮力的大小等于物体所排开液体的重量，其计算公式为F_b=ρVg，其中F_b 表示浮力，ρ表示液体的密度，V表示物体排开液体的体积，g表示重力加速度。
2.3静力平衡静力平衡是指在静止的流体中，作用在流体上的各个力相互平衡，使流体保持静止状态。
静力平衡的条件是作用在流体上的各个力的合力为零，即∑F=0。
3.流体动力学流体动力学主要研究在力的作用下，流体的运动规律以及流体与固体边界的相互作用。
流体动力学的核心内容是流体的流动、伯努利方程和流体的阻力。
3.1流体的流动流体的流动可以分为层流和湍流两种类型。
层流是指流体以平行层的形式流动，流体粒子之间的相互作用力较小，流动速度分布均匀。
湍流是指流体粒子之间的相互作用力较大，流体粒子呈无序运动，流动速度分布不均匀。
3.2伯努利方程伯努利方程是描述在不可压缩、稳定流动的流体中，流体的总能量守恒的方程。
伯努利方程的表达式为p+1/2ρv^2+ρgh=常数，其中p表示流体的压强，ρ表示流体的密度，v表示流体的速度，h表示流体的位置高度，常数表示流体的总能量。
3.3流体的阻力流体的阻力是指流体在流动过程中，由于与固体边界的相互作用而产生的阻碍流体运动的力。
水力学(给排水基础)课件
4Q v 2 2.73m / s d
设为层流
v
2 1 1
2g
z2
p2
2v2
2g
2
hw
适用条件：恒定流动、质量力只有重力、
不可压缩流体、所取过流断面为渐变流断 面、两断面间无分流和汇流。
水力坡度
水头线的斜率冠以负号
测压管坡度
d H d hw J ds ds
dH P JP ds
称为测压管坡度
称为水力坡度
水流阻力和水头损失
分 类
沿程水头损失——在均匀流段（包括渐变流）中产生
的流动阻力为沿程阻力（或摩擦阻力），由此引起的
水头损失，与流程的长度成正比，用hf表示；
局部水头损失——在非均匀流段（流动边界急剧变化）
中产生的流动阻力为局部阻力，由此引起的水头损失，
取决于管配件的形式，用hj表示；
整个管道中的水头损失等于各段的沿程水头损失和各
两者关系：
p pabs pa
真空度（真空值）——相对压强的负值。pV
即
pV pa pabs p
静压强的量测方法： 1.弹簧金属式 量测相对压强和真空度,表中心数值 2.电测式 压力传感器、电信号 3.液位式 测压管技术（测压管、微压计、U形管）
静水压力
作用在平面上的静水总压力P 1.解析法： 总压力
P pc A
作用点位置 惯性矩: 矩形断面 圆形断面
Ic y D yc yc A
1 3 I c bh 12
Ic
64
D4
2.图解法：
静水总压力P=
水力学ppt课件
在流体中注入染色剂，形成的染色 质点在流动过程中描绘出的曲线。 染色线可以直观地显示流动状况。
一维流动和二维流动特点分析
一维流动
流动参数仅沿一个坐标方向变化，其 他两个坐标方向上的变化可忽略不计 。一维流动具有简单的流动特性和明 确的数学描述。
二维流动
流动参数沿两个坐标方向变化，另一 个坐标方向上的变化可忽略不计。二 维流动比一维流动复杂，但仍可采用 适当的数学方法进行描述和分析。
经验总结
结合实例分析，总结泄水建筑物设计的经验和教训，提出改进和优化 建议。
谢谢聆听
水力学ppt课件
目录
• 水力学基本概念与原理 • 流体静力学分析 • 流体动力学基础知识 • 管内流动与损失计算 • 明渠恒定均匀流与非均匀流分析 • 堰流、闸孔出流和泄水建筑物设计
原理
01 水力学基本概念与原理
水力学定义及研究对象
水力学的定义
研究液体在静止和运动状态下的 力学规律及其应用的科学。
非均匀流现象描述
在明渠中，若水流运动要素沿程发生变化，则称为非均匀流。非均匀流可表现为水面波动、流速分布不均等现象 。
分类方法
根据非均匀流产生的原因和表现形式，可将其分为渐变流和急变流两类。渐变流是指水流要素沿程逐渐变化，而 急变流则是指水流要素在较短时间内发生显著变化。
明渠恒定非均匀流水面曲线变化规律探讨
03
特性比较
恒定流具有稳定的流动特性，便于分析和计算；非恒定 流的流动特性复杂多变，需要采用动态分析方法。
流线、迹线和染色线概念辨析
流线
在某一瞬时，流场中每一点都与 速度矢量相切的曲线。流线反映 了该瞬时流场中速度的分布状况
。
迹线
某一质点在流动过程中不同时刻所 在位置的连线。迹线反映了该质点 在流动过程中的运动轨迹。
水力学第三章水动力学基础PPT课件
斯托克斯定理
总结词
描述流体在重力场中运动时，流速与密 度的关系。
VS
详细描述
斯托克斯定理指出，在不可压缩、理想流 体中，流体的流速与密度之间存在一定的 关系。具体来说，流速大的地方密度小， 流速小的地方密度大。这个定理对于理解 流体运动的基本规律和解决实际问题具有 重要的意义。
06 水动力学中的流动现象与 模拟
设计、预测和控制等领域。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
静水压强
静止液体内部压强的分布规律。
液柱压力计
利用静止液体的压强测量压力的方法。
帕斯卡原理
静止液体中任意封闭曲面所受外力之和为零。
浮力原理
浸没在液体中的物体受到一个向上的浮力， 其大小等于物体所排液体的重量。
03 水流运动的基本方程
连续性方程
总结词
描述水流在流场中连续分布的特性
详细描述
连续性方程是水力学中的基本方程之一，它表达了单位时间内流场中某一流体 的质量守恒原理。对于不可压缩流体，连续性方程可以简化为：单位时间内流 出的流量等于该时间内流体的减少量。
湍流
水流呈现不规则状态，流线曲折、交 叉甚至断裂，流速沿程变化大，有强 烈的脉动现象。
均匀流与非均匀流
均匀流
水流在同一条流线上，速度和方向保持一致，过水断面形状和尺寸沿程保持不变 。
非均匀流
水流在同一条流线上，速度和方向发生变化，过水断面形状和尺寸沿程也发生变 化。
一维、二维和三维流动
一维流动
水流只具有一个方向的流动，如 管道中的水流。一维流动的研究 可以通过建立一维数学模型进行。
水力学第三章水动力学基础ppt课 件
目 录
第二章水静力学水力学PPT课件
第二章
1
《水力学》精品课程多媒体课件
§2-1 静水压强及特性
一、静水压强定义
lim
A0
P A
N/m2 (Pa) KN/m2 (KPa)
二、特性
1、垂直指向作用面
Ⅰ
N
N
Ⅱ
Ⅱ
2、任意点上各方向p相等
用牛顿第二定律证明
F=0
① 说明该性质的含义（结合图形）
2
《水力学》精品课程多媒体课件
则该点存在真空，又称“负
压”真空度：pv pa p'
理论上：pv pa 实际中达不到。
真空高度：h v
pv
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《水力学》精品课程多媒体课件
理论上：hv=10m；实际上：hv=7~8m 举例：
讨论分布规律：
p 2r2
（2-13）式变形为
z （2-14）
r 2g
等压面方程： 2r 2 z c
2g
可见等压面为旋转抛物面，自由面亦为等压
面，其上p=0。自由液面方程：
12
2r2
z
（2-15）
2g
《水力学》精品课程多媒体课件
由（2-15）式可知： 2 r 2
2g
表示A点处自由面高出x0y平面的
dpd(g)
积分得：
pzc（2-10）
d(z p) 0
积分得 :zp c
说明：在重力作用下，均质不可压缩液体中，各点的
(z p ) 值相等。
在自由面上：
zz0;pp0;cz0p0 9
pp0(z0 z)
pp0 h（2-11）
二、几种质量力同时作用
取坐标研究，液体相对于坐标及 处于平衡状态。属相对静止。
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大学水力学课件
大学水力学课件
水力学是研究以水为代表的液体的宏观机械运动规律，及其在工程技术中的应用。
水力学包括水静力学和水动力学。
水力学课件
【开课单位】环境科学与工程学院【课程模块】学科基础【课程编号】【课程类别】必修
【学时数】48（理论48实践0）【学分数】3
一、课程描述
本课程大纲根据20**年本科人才培养方案进行修订。
（一）教学对象：环境工程专业本科生
（二）教学目标及修读要求
1、教学目标
掌握基本概念。
包括：流体的主要物理性质及作用于流体的力，静水压强及其特性，压强的测量与表示方法，恒定一元流，理想液体，微小流束，均匀流与非均匀流，非均匀渐变流与急变流，水头损失，液体运动的两种型态，管道的基本概念，明渠的类型，明渠均匀流，水力最佳断面，允许流速，明渠水流的三种流态，断面比能与临界水深，临界底坡、缓坡与
陡坡，明渠恒定非均匀渐变流，水跃，共轭水深，堰流的类型，闸孔出流。
掌握基本理论。
包括：静水压强的基本公式，几种质量力同时作用下的液体平衡，实际液体恒定总流的能量方程及应用，恒定总流的动量方程及应用，量纲分析与π定理，液流型态及水头损失液体运动的两种型态，谢才公式，棱柱体明渠中恒定非均匀渐变流水面曲线分析，棱柱体水平明渠的水跃方程，水跃的能量损失，堰流与闸孔出流。
掌握基本计算。
一是建筑物所受的水力荷载，即所承受的静水压力、动水总作用力等的计算；二是建筑物的过水能力计算；三是水流的流动形态及水头损失计算；四是水流的能量消耗计算。
2、修读要求
水力学是力学的一个分支，通过课程学习和训练，使学生掌握水力学基本概念、基本原理、基本技能和方法；培养学生分析解决问题的能力和实验技能，并为学习专业课程和处理工程实际中的技术问题打下基础。
通过课堂讲授和讨论、课后辅导、习题和练习、实验和实践教学等教学环节，运用多媒体或实验等直观教学手段，完成教学大纲要求的基本内容。
由于水力学是一门技术基础课，应当理论联系实际，但应以分析水流现象，揭示水流运动规律，加强水力学的'基本概念和基本原
理的讲解为主，不过分强调专业需要，以致削弱水力学基础理论的讲解。
（三）先修课程：高等数学
二、教学内容
（一）绪论
1、主要内容：力学的基本任务及发展简史，流体的主要物理性质及作用于流体的力，水力学的研究方法。
2、教学要求：掌握流体主要物理力学性质；理解连续介质与刘翔液体的概念；了解水力学研究任务与研究对象以及水力学发展简史。
3、重点、难点：液体主要物理力学性质。
4、其它教学环节：绪论习题课。
（二）第一章水静力学
1、主要内容：水静力学的基本原理及其应用，主要有静水压强及其特性、液体的平衡微分方程及其积分、等压面重力作用下的静水压强的基本公式，几种质量力同时作用下的液体平衡、压强的测量与表示方法、作用于平面上的静水总压力、作用于曲面及物体上的静水总压力。
2、教学要求：掌握重力作用下的静水压强的基本公式，作用于平面上的静水总压力、作用于曲面及物体上的静水总压力；理解静水压强及其特性液体的平衡微分方程及其积分、等
压面概念；了解几种质量力同时作用下的液体平衡、压强的测量与表示方法。
3、重点、难点：重力作用下静水压强的计算，作用于平面上的静水总压力、作用于曲面及物体上的静水总压力。
4、其它教学环节：第一章习题及讲解。
（三）第二章液体运动的流束理论
1、主要内容：从流束流轮出发，讨论液体运动所遵循的普遍规律并建立相应的方程式，主要内容有恒定一元流的连续性方程，液体恒定流微小流束的能量方程式，均匀流与非均匀流，非均匀渐变流与急变流，实际液体恒定总流的能量方程，恒定总流的动量方程，量纲分析与π定理。
2、教学要求：掌握水动力学三大基本方程及其物理意义，理解流体运动的分类及基本概念；了解量纲分析与π定理。
3、重点、难点：恒定总流的连续性方程、能量方程及动量方程
4、其它教学环节：第二章习题及讲解。
（四）第三章液流型态及水头损失
1、主要内容：水头损失的物理概念，从液体运动的两种型态出发，研究水头损失的变化规律及其计算方法。
2、教学要求：掌握液体运动的两种液流型态，水头损失的变化规律及其计算方法；理解水头损失的物理概念，液流边界几何条件对水头损失的影响，均匀流沿程水头损失与切应力的关系。
3、重点、难点：沿程水头和局部水头损失的计算方法，谢才公式。
4、其它教学环节：第三章习题及讲解。
（五）第四章有压管中的恒定流
1、主要内容：管道的分类，虹吸管及水泵装置的水力计算，简单管道、串联管道、并联管道、分叉管道的水力计算，沿程均匀泄流管道的水力计算。
2、教学要求：掌握简单管道、串联管道、并联管道、分叉管道的水力计算、沿程均匀泄流管道的水力计算；理解管道的基本概念和理论；了解虹吸管及水泵装置的水力计算。
3、重点、难点：简单管道及复杂管道的水力计算。
4、其它教学环节：第四章习题及讲解。
（六）第五章明渠恒定均匀流
1、主要内容：明渠的类型及其对水流运动的影响，明渠均匀流的特性及其产生条件，明渠均匀流的计算，水力最佳断面及允许流速，粗糙度不同的明渠及复式断面明渠的水力计算。
2、教学要求：掌握明渠均匀流的水力计算；理解水利最佳断面及允许流速；了解粗糙度不同的明渠及复式断面明渠的水力计算。
3、重点、难点：明渠恒定均匀流的水力计算。
4、其它教学环节：第五章习题及讲解。
（七）第六章明渠恒定非均匀流
1、主要内容：明渠水流的三种流态，断面比能与临界水深，临界底坡、缓坡与陡坡等概念，明渠恒定非均匀渐变流的微分方程式，棱柱体明渠中恒定非均匀渐变流水面曲线分析。
2、教学要求：掌握明渠恒定非均匀渐变流的微分方程式，棱柱体明渠中恒定非均匀渐变流水面曲线分析。
理解明渠水流的三种流态，断面比能与临界水深，临界底坡、缓坡与陡坡等基本概念。
3、重点、难点：明渠恒定非均匀渐变流的微分方程式，棱柱体明渠中恒定非均匀渐变流水面曲线分析。
4、其它教学环节：第六章习题及讲解。
（八）第七章水跃
1、主要内容：棱柱体水平明渠的水跃方程推导，棱柱体水平明渠中水跃共轭水深的计算，水跃的能量损失和跃长计算，非棱柱体明渠中的水跃计算。
2、教学要求：掌握棱柱体水平明渠中水跃共轭水深的计算，水跃的能量损失和跃长的计算；理解棱柱体水平明渠的水跃方程推导过程，了解非棱柱体明渠中的水跃。
3、重点、难点：柱体水平明渠中水跃共轭水深的计算。
4、其它教学环节：第七章习题及讲解。
（九）第八章堰流及闸孔出流
1、主要内容：堰流的类型及计算公式，薄壁堰流的水力计算，实用堰流的水力计算，宽顶堰流的水力计算，窄深堰流的水力计算，闸孔出流的水力计算。
2、教学要求：掌握堰流的类型及基本计算、闸孔出流的水力计算；了解薄壁堰流的水力计算，实用堰流的水力计算，宽顶堰流的水力计算，窄深堰流的水力计算。
3、重点、难点：堰流的类型及基本计算。
4、其它教学环节：第八章习题及讲解。