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1、水水力学力学 第一章 绪论 水力学 Hydraulics 1 水水力学力学 第一章 绪论 三峡 w 2 水水力学力学 第一章 绪论 三峡 w 3 水水力学力学 第一章 绪论 水利工程：都江堰 4 水水力学力学 第一章 绪论 水利工程：都江堰 w 5 水水力学力学 第一章 绪论 Grand Coulee Dam 6 水水力学力学 第一章 绪论 Spillway 泄洪道 7 水水力学力学 第一章 绪论 w 举例： 8 水水力学力学 第一章 绪论 w 9 水水力学力学 第一章 绪论 第第 一一 章章 绪绪 论论 1-1 1-1 课程简介课程简介 1、水力学 研究液体平衡和机械运动规 律及其应用的一门
2、学科。 2、研究对象 液体 3 3、研究内容、研究内容 静力学、动力学及应用 机械运动规律 流体位置随时间的宏观变 化规律。涉及: 空间（x y z） 时间 (t） 10 水水力学力学 第一章 绪论 w 静力学研究“静止液体”的力学，讨 论静水压强和总压力的计算等。 w 动力学研究在外力作用下，液体的 运动，也要考虑能量和损失，并求解。推 导质量守恒、动量守恒、能量守恒方程并 求解。 w 应用管道、渠道、孔口管嘴、堰流 、消 能、地下水渗流 11 水水力学力学 第一章 绪论 4. 研究方法 w 理论、实验及数值计算 5. 应用领域 w 航空航天、海洋船舶、水利水电、石 油化工 、环境科学与工程
3、等 12 水水力学力学 第一章 绪论 拓展学科拓展学科 环境水力学 计算水力学 水工水力学 生态水力学 点击此处返回 13 水水力学力学 第一章 绪论 环境水力学 环境水力学的任务：研究污染物质在 水体中的掺混扩散规 基本方程 污染物质在水体中输运规律的数学 描述（即：水流运动和物质输运基本 方程） 14 水水力学力学 第一章 绪论 计算水力学 w 采用数值模拟时，数值求解描述物理现象的 控制方程-水流运动的质量方程、动量方程和物 质输运方程。 w 在相似的水动力平台上组装不同的组块就可 以解决不同的有关工程问题 。 w 如：河流流域防洪与溃坝分析、泥沙运动与 河流演变的数学模拟 15 水水力
4、学力学 第一章 绪论 水工水力学 w 水工水力学的研究重点包括： w 高速水流，空化空蚀， 消能防冲。 w 随着我国越来越多高坝的建设，高速水流引 起问题受到了很高的重视，如泄洪洞、深孔闸 门受空化空蚀作用造成的破坏。泻水建筑物下 游的消能防冲问题等，这些问题的深入研究与 解决方案不仅对保障水利枢纽的安全起着决定 性的作用，而且往往直接影响整体工程的费用 。 16 水水力学力学 第一章 绪论 生态水力学 w 生态水力学 是一门近年来出现的与河流 、湿地保护和生态自我修复能力息息相关 的综合性学科。 w 生态水力学的研究还是新的课题，它涉 及到物理、化学、生态等学科 17 水水力学力学 第一章
5、绪论 7 7、学习要求、学习要求 w w 课程地位课程地位 w w 教学要求教学要求 w w 学习方法学习方法 w w 实现目标实现目标 18 水水力学力学 第一章 绪论 学习内容学习内容 第一章 绪论 第二章 水静力学 第三章 液体一元恒定总流基本原理 第四章 液流型态及水头损失 第六章 有压管中的恒定流 第七章 明渠恒定均匀流水跃 第八章 明渠水流的两种流态及其转换 第九章 明渠恒定非均匀流 19 水水力学力学 第一章 绪论 第十章 堰流及闸孔出流 第十一章 泄水建筑物下游的水流衔接与消能 第五章 液体三元流动基本原理 第十二章 渗流 第十三章 有压管中的非恒定流 第十四章 相似原理 20
6、 水水力学力学 第一章 绪论 w 连续介质模型: 将液体视作由无数液体质点所 组成，并没有空隙地连续地充满所在的流动空 间 液体质点 液体分子 a 1.2 1.2 连续介质模型连续介质模型 21 水水力学力学 第一章 绪论 液体质点：含有大量分子、能保持宏观特性体 积极限为零的液体微团 液体质点的特点：宏观小，微观大 连续介质模型假定：可行性、必要性和局限性 在标准状态下， 水：331022个分子/cm3 w 气体：2.71019个分子/cm3 ; 22 水水力学力学 第一章 绪论 1.3 1.3 液体的主要物理性质液体的主要物理性质 w1、质量和密度 液体具有保持原来运动和静止状态的特性 惯
7、性 (Inertia)。 质量是惯性的度量。 单位体积液体所具有的质量称为密度 (Density) 23 水水力学力学 第一章 绪论 w 2、压缩性与弹性 液体不能承受拉力，只能承受压力。 液体受压后体积减小的性质称为液体的压缩性 (compressibility) ； 除去压力后液体体积能够恢复原状的性质称为 液体的弹性(elasticity) 。 24 水水力学力学 第一章 绪论 体积压缩系数 ：表征液体的压缩性 w流体体积 的相对压缩值与压强增量之比 的单位是 m2/N 体积弹性系数K：K=1/ K的单位是 N/m2 25 水水力学力学 第一章 绪论 液体的压缩性很小，即每增加一个 大气
8、压，水的体积比原体积缩小约二万分 之一，因此，在一般情况下，可以将水作 为不可压缩液体来处理，如水击问题，必 须考虑液体的压缩性和弹性。 26 水水力学力学 第一章 绪论 w 3、流动性 w 静止流体在切应力作用下，发生连续变形的 特性称为流动性。 4、粘性 （1）粘性 运动流体具有抵抗剪 切变形的特性称为粘性 流体的粘滞性表现为内摩擦力， 来抗拒流之间的相对运动. 27 水水力学力学 第一章 绪论 （2）.牛顿内摩擦定律 牛顿 (I.Newton)依据实验提出内摩 擦定律(见图1-1)， 28 水水力学力学 第一章 绪论 yx 为作用于外法线为y方向的平面上、 沿x方向的切应力； du/dy
9、 为速度梯度，也称角变形率； 为动力粘度，单位为 Pas。 牛顿内摩擦定律的表达式 式中： 29 水水力学力学 第一章 绪论 （3）动力粘度 是流体的主要物理性质之一，与流 体所处的运动状态无关。 是温度T和压强 p的函数，一般情 况下， p 的影响很小，主要与温度T有 关。 实验表明： 液体值随温度T升高而减小；(分子间引力) 气体值随温度T升高而增大。(碰撞） 30 水水力学力学 第一章 绪论 w 31 水水力学力学 第一章 绪论 将动力粘度与密度之比定义为 运动粘度 ，单位为 m2s。 （4） 运动粘度 32 水水力学力学 第一章 绪论 w (5) du/dy 为速度梯度，也称角变形率
10、33 水水力学力学 第一章 绪论 （6）、牛顿液体和非牛顿液体 A 牛顿流体 水、空气、水银等 w B 宾厄姆塑性体 凝胶、牙膏等 w C 拟塑性体 纸浆泥浆、高分子溶液 w D 膨胀流体 油漆、乳化液、油墨 34 水水力学力学 第一章 绪论 牛顿液体与非牛顿液体 均质液体与非均质液体 可压缩液体与不可压缩液体 粘性液体与非粘性液体 （实际液体与理想液体） (7)液体的分类 35 水水力学力学 第一章 绪论 (8)应力的标注 36 水水力学力学 第一章 绪论 (8)应力的标注 37 水水力学力学 第一章 绪论 w5、表面张力 38 水水力学力学 第一章 绪论 w 5、表面张力 液体表面仿佛是一
11、张拉紧的弹性膜。 这种存在于液体表面上的拉力称为液体的表 面张力(surface tension)。 表面张力系数 （液体表面单位长度承受 的拉力） 39 水水力学力学 第一章 绪论 w 40 水水力学力学 第一章 绪论 1.4 1.4 作用于液体的力作用于液体的力 w 流体中的作用力 质量力和表面力 1、质量力 (mass force)是作用于液体的每 一个质点上且与质量成正比的力。 w 单位质量力是单位质量的质量力 41 水水力学力学 第一章 绪论 1.4 1.4 作用于液体的力作用于液体的力 2.表面力 (surface force)是作用于流体 表面且与作用面的面积成正比，可分解为 法向力和切向力。 单位面积表面力称为应力，包括正应力和 切应力。 42 水水力学力学 第一章 绪论 43
