水力学课件第一-二章

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1、参考书：水力学流体力学中国助伊朗建最高大坝2011年03月18日03:52伊朗能源部网站周一援引该国能源部长马吉德纳姆久的话称，中国将帮助伊朗建设世界上最高的大坝。这处拟修建的大坝位于伊朗东北部，预计投资额高达20亿美元。大坝建成后将高达315米，成为世界上最高的大坝。中国水利水电建设集团公司和伊朗Farab公司将参与建设。据长江日报小湾水电站：最大坝高294.5米目前世界已经蓄水的最高拱坝n位于云南省南涧县与凤庆县交界的澜沧江中游河段，是国家重点工程和实施西部大开发、“西电东送”战略的标志性工程，该电站总装机容量420万千瓦，总库容约149亿立方米。三峡大坝：世界上最大的混凝土重力坝三峡大坝

2、坝顶高程185米，最大坝高181米；坝顶宽度15米；底部宽度一般为126米；大坝轴线全长2309米。混凝土浇筑量达1600多万立方米，1米见方的体积排列，可绕地球赤道三圈。最大113m的水位落差。五级船闸每次历时超过2.5-3小时。n1917年，孙中山孙中山先生在建国方略中最早提出建设三峡（瞿塘峡、巫峡和西陵峡）工程的设想，称改良此上游一段，当以水闸堰其水，使舟得溯流以行，而又可资其水力。n1932年，国民政府国民政府建设委员会派出勘测队在三峡进行为期约两个月的勘查和测量，编写了扬子江上游水力发电测勘报告，拟定了葛洲坝、黄陵庙两处低坝方案。这是我国专为开发三峡水力资源进行的第一次勘测和设计工作

3、。n1946年，国民政府资源委员会与美国垦务局美国垦务局正式签订合约，由该局代为进行三峡大坝的设计；中国派遣技术人员前往美国参加设计工作。有关部门初步进行了坝址及库区测量、地质调查与钻探、经济调查、规划及设计工作等。n1947年年5月，面临崩溃的国民政府，中止了三峡水力发电计划的月，面临崩溃的国民政府，中止了三峡水力发电计划的实施实施，撤回在美的全部技术人员。美国垦务局工程师福斯脱在写给中国同事的信中说：伟大如三峡计划，中国自不能久置不问，相信于不久之将来，定有兴工之一日。词牌名：水调歌头题目：游泳n才饮长沙水，又食武昌鱼。万里长江横渡，极目楚天舒。不管风吹浪打，胜似闲庭信步，今日得宽余，子在

4、川上曰：逝者如斯夫！n风樯动，龟蛇静，起宏图。一桥飞架南北，天堑变通途。更立西江石壁，截断巫山云雨，高峡出平湖截断巫山云雨，高峡出平湖。神女应无恙，当惊世界殊。1956年，毛主席毛主席在武汉畅游长江后写下水调歌头游泳，描绘出兴建三峡工程的宏伟蓝图。n1994年12月14日正式开工建设，历经十年奋战，终于实现了一代伟人“更立西江石壁，截断巫山云雨，高峡出平湖”的世纪梦想。n长江三峡水利枢纽，是当今世界上最大的水利枢纽工程，已被列为全球超级工程之一。它是一个具有防洪、发电、航运等多开发目标的大型水利水电工程。n项目总投资约2050亿元人民币。2009年完工，能发电18000兆瓦，相当于18个核电站

5、的发电量。改善650公里长江航线的航运条件。n三峡大坝建在三斗坪中堡岛，建成后其雄伟壮观的大坝长达2335米，高达70米以上，犹如一座横跨长江上的“水上长城”。世界十大水坝n混凝土重力坝目前世界已建最高的是瑞士的大狄克逊，高285m，中国最大的三峡，坝高181m。n混凝土拱坝：已建最高的为前苏联的英古里双曲拱坝，坝高271.5m，在建的是中国的小湾，坝高294.5m；n土石坝已建最高的是前苏联的罗贡心墙土石坝，坝高335m。第一章绪论n11水力学的研究内容n12液体的主要物理性质n13作用在液体上的力11水力学的研究内容水水力力学学：研究液体机械运动规律及其实际应用的一门科学，是力学的一个分支

6、是力学的一个分支，它是专门研究水流运动的一门技术科学。自然界物质存在的一般形式有三种，即固体、液体和气体固体、液体和气体。 流流体体：液体和气体统称为流体，在性质上有许多异同之处，在一定条件下在一定条件下，水力学的运动规律也适用于气体运动。流体与固体的主要区别：对外力抵抗的能力不同。流体与固体的主要区别：对外力抵抗的能力不同。 固固体体：可可以以抵抵抗抗一一定定的的拉拉力力、压压力力和和剪剪力力，当当外外力力作作用用于于固固体体时，固体将产生相应的变形时，固体将产生相应的变形，相应的科学有材料力学、弹性力学等。 流流体体：几几乎乎不不能能承承受受拉拉力力，处处于于静静止止状状态态下下的的流流体

7、体还还不不能能抵抵抗抗剪剪力力，即即流流体体在在很很小小剪剪力力作作用用下下将将发发生生连连续续不不断断的的变变形形，流流体体的的这这种特性称为种特性称为 易流动性易流动性。12液体的主要物理性质1连续介质模型连续介质模型（假说） 在水力学中，把液体作为连续介质看待，即假设液体是一种充满其所占据空间毫无空隙的连续体。（瑞士学者欧拉，1753年） 把把液液体体视视为为连连续续介介质质后后，液液体体运运动动中中的的物物理理量量都都可可视视为为空空间间坐坐标标和和时时间间的的连连续续函函数数，就可以利用连连续续函函数数的分析方法来研究液体运动。实践也证明，采用液体连续介质模型解决般工程中的水力学问题

8、是能够满足要求的。2密度和容重密度密度=M/V量纲为M/L3，国际单位为kg/m3容重容重（均匀液体）（重度）：=Mg/V量纲为M/T2L2，国际单位为N/m3般采用g=9.8m/s2一个标准大气压下，温度为40C时的纯净水（淡水）密度容重3粘滞性粘滞性 当液体处于运动状态时，若液体质点之间存在着相对运动，则质点间要产生内摩擦力抵抗其相对运动，这种性质称为液体的粘滞性或简称粘性，此内摩擦力又称为粘滞力。 牛顿平板实验：平板面积 A，板间充满液体，设下板固定不动，上板受拉力T作用，以匀速U向右运动。当 h或 U不大时，板间速度为线形分布。牛顿内摩擦定律液体的粘滞系数粘性大的液体其，值也大，液体的

9、性质对摩擦力的影响，可通过粘性系数来反映。液体的液体的 ， 随压力变化甚微，随温度变化较为敏感。随压力变化甚微，随温度变化较为敏感。理想液体模型理想液体模型：动力粘滞性系数=0（简化分析计算）4压缩性液体不能承受拉力，但能承受压力。液体受压，体积缩小，内部产生一种企图恢复原状的内力（弹性力），卸压后，液体立即恢复原状，此性质称液体的压压缩性或弹性缩性或弹性，用体积压缩系数或体积弹性系数K表示。 水的压缩性很小，一般工程中认为水不可压缩是足够精确的。当气体速度远小于音速时，气体的压缩性也不考虑。当气体速度远小于音速时，气体的压缩性也不考虑。按物理性质分按物理性质分：重力、摩擦力、弹性力、表面张力

10、及惯性力等按作用方式分按作用方式分：表面力、质量力两大类。1表面力作用于液体的表面上，并与受作用的液体表面积成比例的力（压力与切力（压应力与切应力），摩擦力）。2质量力作用于液体的每个质点上，并与受作用的液体的质量成比例的力（最常见的是重力，直线运动重力，直线运动的的惯性力、离心惯性力）。惯性力、离心惯性力）。13作用在液体上的力单位质量力：作用在单位质量液体上的质量力。质量为M的均质液体，所受的总质量力为F，单位质量力为：若F 在坐标轴上的投影分别为FX,FY,FZ；单位质量力f 在相应坐标轴的投影为X，y，Z。单位质量力有加速度的量纲第二章水静力学21静水压强定义及其特性22液体平衡微分方

11、程及其积分23重力作用下静水压强的分布规律24几种质量力作用下液体的相对平衡25作用在平面上的静水总压力26作用在曲面上的静水总压力27浮力及物体的沉浮静止静止（相对的概念）：1液体对于地球没有相对运动，处相对静止相对静止的状态。2液体对于地球虽有运动，但液体与容器之间以及液体质点相互之间都不存在相对运动，而处于相相对对平平衡衡 状态。 静止液体不呈现切应力；液体几乎不能承受拉应力，所以，静止液体质点间的相互作用是通过压压应应力力(称静水压强称静水压强) 形式呈现出来。水水静静力力学学的的主主要要任任务务：研究静水压强在空间的分布规律，并在此基础上解决一些工程实际问题。1静水压强定义静水压力P

12、（N,kN）：静止液体作用在与之接触的表面上的水压力称为静水压力静水压力。作用位置：与之接触的固体边壁、与之接触的固体边壁、 液体内部液体内部。静水压强静水压强21静水压强定义及其特性水对其它的物体的作用力：压力水对其它的物体的作用力：压力水对另一部分水的作用力：压力水对另一部分水的作用力：压力思考：平面上各点的静水压力方向？曲面上各点的静水压力方向？(1)静水压强方向垂直指向作用面。方向垂直指向作用面。(2)同一点各方向的静水压强大小相等。静止液体中某一点静水压强的大小与静水压强的大小与 作用面作用面的方位无关。的方位无关。2.静水压强特性（1）静水压强方向方向 垂直指向作用面垂直指向作用面

13、如果压强是任意方向，便会有切向应力，则液体会流动。（2）证明令令x、Y、z分别为液液体体单单位位质质量量的的质质量量力力 在在相相应应坐坐标标轴方向的分量，轴方向的分量，则质量力F在坐标轴方向的分量分别为公式最后一项趋于零，所以：以以X向为例，向为例，X向的力有：向的力有：表面力Px,，表面力Pn的分力，质量力Fx, 某一点静水压强的大小静水压强的大小与作用面的方位无关与作用面的方位无关作作用于同一点各方向的静水压用于同一点各方向的静水压强大小相等。强大小相等。22液体平衡的微 分方程及其积分设正交六面体中心点处的静水压强为p，是坐标的连续函数，即p=p(x,y,z)，用泰勒级数展开得M和N点

14、的压强为1液体平衡的微分方程因X方向合力为0，所以有；因X方向合力为0，所以有:同理： 2液体平衡微分方程的积分液体平衡微分方程的积分即dp=(Xdx+Ydy+Zdz) 液体平衡微分方程综合式液体平衡微分方程综合式 当液体所受的质量力已知时，可以从该式求出液体内的压强分布规律p=p(x,y,z)。将液体平衡微分方程式依次乘以任意的dx、dy、dz并将它们加起来，得液体中各点压强相等的面称等压面等压面。 例：液体与气体的交界面。例：液体与气体的交界面。 处于平衡状态下的两种液体的交界面。处于平衡状态下的两种液体的交界面。1)平衡液体中等压面是等势面;2)等压面与质量力正交。等压面与质量力正交。d

15、p=(Xdx+Ydy+Zdz)=0 Xdx+Ydy+Zdz=0即液体质点沿等压面移动ds距离时,质量力质量力F做的微功做的微功=0.重力作用下的液体，等压面处处与重力方向垂直，近似认为是与地球同心圆的球面，球面的有限部分可当成水平面。但应是相连通的同种液体内的水平面但应是相连通的同种液体内的水平面。3 等压面2-3重力作用下静水压强的分布规律思考：思考：点A质量为M的液体：静止时有重力Mg，方向？与Z轴方向？在X、Y轴方向的投影为？则：单位质量力为Mg/M=g，方向？任一点的单位质量力均为g，方向？dp=(Xdx+Ydy+Zdz)液体平衡微分方程综合式液体平衡微分方程综合式1水静力学基本方程认为气体内各点压强近似相等认为气体内各点压强近似相等水静力学基本方程常用表达式说明说明：(1)静水压强随深度按线性规律增加。(2)液体内任一点的静水压强由两部分组成两部分组成，n一部分是自由液面上的表面压强自由液面上的表面压强po；n另一部分是单位面积上的垂直液柱重量单位面积上的垂直液柱重量h。 (1)若液中任意两点h1=h2时，则(p1=p2)，即质量力只有重力作用的静止液体其等压面为水平面。(2)当h1h2时，则p1P，物体下沉；G=P，物体潜没于液体的任意位置而保持平衡；GP，物体浮出液面，液面下排出的液重等于自重。