水力学绪论

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水力学 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

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

第一章水力学绪论

第一章水力学绪论

其 中 ΔV0 的含义应理解 为液体微团趋 于液体质点。
2 .液体的主要物理性质
1).惯性力:当液体受外力作用使运动状态发 生改变时,由于液体的惯性引起对外界抵抗 的反作用力。 2).质量:物体惯性大小的度量。 3).密度:是指单位体积液体所具有的质量。
4).重力:地球对物体的引力称为重力,或称为重量。
二. 质量力
• • •
质量力分布在液体质量上。
质量力的定义:作用于液体的每个质点上,并与受作用 的液体质量成比例的力。 单位质量力:作用在单位质量液体上的质量力。
F f M Fy Fx Fz X ,Y ,Z M M M
第四节 水力学的研究方法
1.理论分析(经典力学为基础)
2.科学试验 (1)原型观测 (2)模型试验 (3)系统实验 3.数值模拟和数值计算
第二节宏观上看,液体质点足够小,只占据一个空间几何
点,体积趋于零。
微观上看,液体质点是一个足够大的分子团,包含
了足够多的液体分子。
3.3 1022
个分子
1cm3空气 ( 标准状态下)
• 连续介质假设
连 续 介 质 假 设 将 液 体 区 域 看 成 由 液 体 质 点 连 续 组 成 , 占
1.理解连续介质和理想液体的概念。 2.掌握液体的基本特征和主要物理性质,特 别是液体的黏滞性和牛顿内摩擦定律及其应 用条件。 3.理解作用在液体上的两种力。
思考题
1 液体的基本特征是什么?它与气体、固体有什么
区别? 2 为什么要引进连续介质的假设?为什么可以把液 体当作连续介质? 3 液体的主要物理特性是什么?研究液体运动一般
定义概括了三个涵义:
第一:水力学虽以水为研究对象,但其基本原理同 样适用于一般常见的液体和可以忽略压缩性影响的

水力学知识点讲解

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

水力学
③流线一般不会相交,也不会转折(驻点除外)。 推论:过流场中一点,只能引一条流线。
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)

第一章:水力学 绪论

第一章:水力学 绪论

11 • 1876年雷诺发现了水流动的两种流态:层流和紊流。 • 1858年亥姆霍兹指出了理想水中旋涡的许多基本性质及旋涡运动理论, 并于1887年提出了脱体绕流理论。 • 十九世纪末,相似理论提出,实验和理论分析相结合。 • 1904年普朗特提出了边界层理论。
• 二十世纪六十年代以后,计算水力学得到了迅速的发展,水力学内涵也
A、粘性是流体的固有属性;
B、粘性是运动状态下,流体有抵抗剪切变形速率能力的量度; C、流体的粘性具有传递运动和阻滞运动的双重性;
D、流体的粘度随温度的升高而增大。
3、牛顿内摩擦定律
牛顿内摩擦定律: 液体运动时,相邻液层间所产生的切应力与剪切变
形的速率成正比。即
31
du d dy dt
25
1、密度
密度(Density):是指单位体积流体的质量。单位:kg/m3 。
lim M V 0 V
均质流体内部各点处的密度均相等:


V V
M V
水的密度常用值: =1000 kg/m3
26
2、容重(重度) 容重(Specific Weight):指单位体积流体的重量。单位: N/m3 。
4
目前,根据水力学在各个工程领域的应用,水力
学可分为以下三类:
水利类水力学:水工、水动、海洋等。 机械类水力学:机械、冶金、化工、水机等。 土木类水力学:市政、工民建、道桥、城市防洪等。
二、 水力学的发展历史
5
水力学的萌芽,是自距今约2200年以前西西里岛的希腊学者阿基米德写 的“论浮体”一文开始的。 他对静止时的液体力学性质作了第一次科学总结。 水力学的主要发展是从牛顿时代开始的,1687年牛顿的名著《原理》 讨论水的阻力、波浪运动等内容,使水力学开始变为力学中的一个独立分支 。此后,水力学的发展主要经历了三个阶段: 1. 伯努里所提出的液体运动的能量估计及欧拉所提出的液体运动的解析方 法,为研究液体运动的规律奠定了理论基础,从而在此基础上形成了一 门属于数学的古典“水动力学”(或古典“水力学”)。

第一章 水力学绪论(完整版)

第一章 水力学绪论(完整版)
减小,密度增加,除去外力后能恢复原状的性质。
➢体积压缩系数
K
当温度保持不变,单位压强增 量引起的体积变化率
K V V
P
P
K dV V d
dp dp
单位:m2 / N
式中的负号表示压强增大体积缩小
第一章 绪论
➢体积弹性模量 E : 压缩系数的倒数
工程上常用体积模 量衡量流体压缩性
第一章 绪论
1.5 水力学的研究方法
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
第一章 绪论
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 理论的奠基者
表面张力系数σ——液面上单位长度所受的拉 力,单位N/m。
第一章 绪论
1.4.5 汽化压强 •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。
•实际应用中的空化现象与液体的汽化压强有关, 需要注意。
•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
Leonardo da Vinci(达芬奇) (1452-1519)

水力学(第一章绪论)long

水力学(第一章绪论)long

1.1 水力学的定义、任务和发展简史
水力学的发展简史
——世界公认的最早的水力学的萌芽 ——世界公认的最早的水力学的萌芽
第一章 绪论
阿基米德 Archimedes 约公元前287 287~ 212) (约公元前287~前212)
在《论浮体》一文中首先提出了论述 液体平衡规律的定律; 确立了流体静力学的基本原理,给出 许多求几何图形重心,证明了浮力原 理,后称阿基米德的原理。 。
1.1 水力学的定义、任务和发展简史
水力学的发展简史 ——古代中国水力学的发展 ——古代中国水力学的发展 相传四千多年前(公元前2070,夏左右)大禹治水; 大约在4000多年之前,我国的黄河流域洪水为患, 尧命鲧负责领导与组织治水工作。鲧采取"水来土挡" 的策略治水。鲧治水失败后由其独子 禹主持治水大 任。禹接受任务后,首先就带着尺、绳等测量工具到 全国 的主要山脉、河流作了一番周密的考察。他发 现龙门山口过于狭窄,难 以通过汛期洪水;他还发 现黄河淤积,流水不畅。于是他确立了一条与 他父 亲的"堵"相反的方针,叫作"疏",就是疏通河道,拓 宽峡口,让洪水能更快的通过。 禹采用了“治水须顺水性,水性就下,导之入海。高 处凿通,低处疏导”的治水思想。
秦始皇元年(公元前246)韩国水工郑国主持 兴建郑国渠; 秦始皇二十八年(公元前219)修建的灵渠;灵 渠开凿于公元前218年(秦代)。横亘湘、桂 边境的南岭山势散乱,湘江、漓江上源在此 相距很近。兴安城附近分水岭为一列灵渠地 处桂林兴安县境内,是中国著名的古代水利 工程,也是世界上最古老的运河之一,它沟 通了湘江(长江水系)与漓江(珠江水系), 为开发岭南起了重要作用。灵渠为秦始皇帝 时期所建,至今有二千二百多年的历史,其 设计之精巧,令人赞叹。 明朝张季训:“塞旁决以挽正流,以堤束水, 以水攻沙”,的治理黄河的措施。

水力学课件:第一章 绪 论

水力学课件:第一章 绪   论

静水压强的特性
2、大小上:静止液体内部任意一点不同方向上静水压强的大
小相等。
z
px

1 2
dzdy
pn

S ABC

cos(n
x)
0
A
px pn
px
dz
pn
py
pz

1 2
dxdy
pn

S ABC

cos(n
z)

1 6
dxdydz

g
0
O dx dy
C
y
B
x
pz
二、水力学有何用?
认识自然: 利用改造自然: 环境工程专业后续课程的理论基础
水的粘滞性很小,水几乎不能承受拉力或剪力
Hale Waihona Puke 水 利 水 电 工 程我国水电资源已开发20%,预计开发到60%,发达 国家70-80%。
金沙江干流水电开发规划
金沙江干流分为上、中、下三段,共规划20个梯级, 总装机容量7274万kW。
牛顿内摩擦阻力
F= μA du/dy τ=F/A= μ du/dy
μ:动力粘滞系数; υ=μ/ρ:运动粘滞系数;
液体的分类:牛顿液体、非牛顿液体、理想液体
静止液体有无粘滞性?理想液体有无粘滞性?
注意事项
课程很紧凑,注意及时调整,及时解决疑难问题(课 堂、习题、实验)
课堂笔记-内容要比参考书少得多
B
P B
A
P
lim pA A0 A
D
C
A
A a
C
D
静水压强的单位:
P4
P5
P4
P5
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固体
自然界物质存在三种形式
液体
气体
二、液体的主要物理性质
1、惯性、质量与密度 惯性
物体所固有的保持原有运动状态的性质。 惯性的大小以质量 M 来度量。
密度
单位体积液体所包含的质量,用ρ 表示。
均质液体:
=
M V
M
V
式中,M为液体的质量;V为的体积 对于非均质液体:
M = lim V
V 0
由于表面张力作用,玻璃管中液面和与之连同的大容器中 的液面不在同一水平面上,这种现象叫毛细现象。
第三节 理想液体和实际液体
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。
实际液体
指具有粘滞性的液体。常见的液体均为实际液体。
理想液体和实际液体的最主要差别
第四节
一、表面力
du dy
写成等式则为
பைடு நூலகம்
du dy
运动黏度

牛顿内磨擦定律适用条件:层流运动的牛顿流体。
4、压缩性
1、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。
2、体积压缩率 (体积压缩系数)
体积压缩率:是液体体积的相对缩小值与压强增加 值之比。
dV V dp
p P+dp
式中,k 为体积压缩率, 其值越大,液体压缩性越大, 即越容易被压缩。
解释: “-”表示压强增大,体积缩小。 体积增量dV与压强增量dp符号相反, 为了保证 k 是一个整数,前面冠以“-”。
V
V+dV
5、表面张力
表面张力
自由表面上液体分子由于受两侧分子引力不平衡, 使自由面上液体分子受有极其微小的拉力。 表面张力的大小用表面张力系数来度量。
作用于液体上的力
按表现形式或作用方式划分:表面力和质量力。
作用于液体的表面,并与受作用的表面面积成比
例的力。例如内摩擦力、水压力。
二、质量力
质量力是指作用于液体的每一质点上,并与受作用 的液体的质量成正比例的力。比如重力、惯性力就是 质量力。
式中,ΔM为任意微元的液体质量; ΔV 为任意微元的液体体积。 密度量纲: 密度单位: ρ=[ML-3] ΔM , ΔV
kg· -3 m
2、重力与容重
万有引力:任何物体之间具有的相互吸引力称为万有
引力。 重力:地球对物体的引力称为重力,或称为重量。
大小为:G=Mg, g:重力加速度。 容重:(以
因: 液体质点(液层)间存在相对运动(快慢)
果:质点间(液层)间存在内摩擦力
( 1 )方向 :与该液层相对运动速度方向相反 ( 2 )大小 :由牛顿内摩擦定律决定
内摩擦力的概念是牛顿于1686年提出的, 并经后人验证,习惯上称为牛顿内摩擦定律。
2、牛顿内摩擦定律
作层流运动的液体,相互邻近层间单位面积上所作用的内 摩擦力(或粘滞力),与流速梯度成正比,同时与液体的 性质有关.
水 力 学
主编:何文学
主讲人:XXX
欢 迎 提 问
第一章
水力学定义


水力学是研究液体机械运动规律及其工程应用的一门科 学。
水 力 学
水静力学
水动力学
第一节
1、水对水工建筑物的作用力问题
在水利方面应用
2、水面曲线问题
3、过水能力问题
第二节 用
给水
在给排水中的应
排水
沟渠
喷灌
泳池
SPA
第三节 液体的基本特征和主要物理性质 一、液体的基本特征

表示),是指单位体积液体所具有的重
量,也称为重度或重率 。
G mg g V V
3、粘滞性
1.粘滞性 当液体处在运动状态时,质点间要产生抵抗相对运动 的内摩擦力,这种性质称为液体的粘滞性,此内摩擦力也 称为粘滞力。
内摩擦切应力总是对运动的水流做负功,导致机械能损 失。 粘滞性的存在是水流运动过程中能量损失的根源。
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