水力学第1章 绪论_2015分解
长安大学水力学第一章绪论
•液体与气体两者相比，液体分子内聚力又比
气体大得多，因为液体分子间距离较小，密
度较大，所以液体虽然不能保持固定的形状，但能保持比较固定的体积。
•一个盛有液体的容器，若其容积大于液体的体积时，液体就不会充满整个容器，而具有自由表面(液体仅占据自身体积所需要的那部分空间)。
•气体不仅没有固定的形状，也没有固定的体积，极易膨胀和压缩，它可以任意扩散直到充满其所占据的有限空间。
而液体的压缩性很小，在很大的压力作用下，其体积的缩小甚微。
液体的膨
胀性同样也是很小的。
气体和液体的主要差别就是它们的可压缩程度不同。
•但当气流速度远比音速为小的时候，在运动过程中其密度变化很小，气
体也可视为不可压缩，此时水力学的基本原理也同样可适用于气流。
(1)液体的密度是空间坐标X，Y，Z的函数
层流运动牛顿液体
例如：在10°C时水的体积弹性
个系数为
K
分别描述液体的什么物理性质？
第1章绪论。
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1
(3 在连续介质假设基础上认为液体是均质的各项同性 ) 的， 所谓均质是指液体内部各部分物理性质是相同的； 所谓各向同性指同一质点各方向物理性质是相同的。 (4) 连续性介质假设是成立的。
二、理想液体的概念
指不存在粘滞性，或黏度为0的液体，实 际上是不存在的，只是一种对物性简化的 模型。
四、作用于液体上的力
du dy
与 有关 与正压力无关
固体：摩擦力=正压力×摩擦系数
外摩擦力：发生在固体接触面上。
液体：内摩擦力=流速梯度×粘滞系数 内摩擦力：发生在液体内两流速间。
粘滞性大小的度量：
：动力粘滞系数
:
运动粘滞系数,单位㎡/s
四、压缩性
液体受压后体积缩小，即为压缩性； 压力撤除后恢复原状，为弹性。 dV 用体积压缩率来表示压缩性的大小： V κ越大，表示液体越易压缩，单位：m2/N或Pa-1 还可用体积模量K来表示压缩性的大小： K 1
dp
K越大，表示液体越不易压缩，单位：N/m2 或Pa 水的压缩性很小，在10℃时，K = 2×109 N/m2，即增加 一个大气压，水的体积相对压缩值为2万分之一，故认为 水是不可压缩的液体。
前进 返回
不可压缩流体的特征是（ ） A.密度为常数 B.热胀性不能忽略 C.无粘性 D .符合pV=nRT
对运动，这种性质称为液体的粘滞性。 固体运动时摩擦发生在边界，液体运动时摩 擦发生在内部。因此，液体运动的摩擦又称内摩 擦。摩擦阻力又称内摩擦力或切力。
前进
y u y
U u+du u
y+dy
液体遵循牛顿内摩擦定律
du FV A dy
式中：
A —相邻两液层间的接触面积 du —上下两流层的流速差 （流速变化量） dy —上下两流层的间距
水力学第1章 绪论_2015
4. 研究方法
第 一 章 绪 论
理论、实验及数值模拟
理论分析 经典力学的基本原理： 牛顿的三大 定律 水流运动的基本方程式： 连续性方 程、能量方程、动量方程
2012年2月
25
25
水力学
实验分析
第 一 章 绪 论
1、原型观测 2、模型实验 3、系统实验
2012年2月
26
26
水力学
60
水力学
难?不难?
第 一 章 绪 论
2012年2月
61
61
水力学
水力学的学习方法
第 一 章 绪 论
2012年2月
62
62
水力学
课程的任务
第 一 章 绪 论
认识现象 理解概念 分析原理 解释现象 解决问题
2012年2月
63
63
水力学
学习内容
第 一 章 绪 论 水静力学 水动力学 应用
第 一 章 绪 论
55
水力学
学习内容
第一章 第 第二章 一 章 第三章 第四章 绪 论 第五章 第六章 第七章 第八章 绪论 水静力学 液体一元恒定总流基本原理 液流型态及水头损失
液体三元流动基本原理 有压管流 明渠均匀流 明渠非均匀流
59
水力学
第 一 章 绪 论
第九章 堰流及闸孔出流 第十章 泄水建筑物下游的水流衔接与消能 第十一章 渗流 第十二章 相似原理
75
水力学
第 一 章 绪 论
3、流动性
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 当液体处在运动状态时，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，此内摩擦力又称为粘 滞力。
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。
第一章绪论第二章水力学基础
液压与气压技术主讲：郭贵生第一章绪论1.1 什么是液压传动一部完整的机械由原动机、传动部分、控制部分和工作机构等组成。
传动部分是中间环节，它的作用是把原动机（电动机、内燃机等）的输出功率传输给工作机构。
传动机构有多种形式：机械传动：齿轮、链条、皮带等；电传动：电子和电气；液力：利用液体的MV 或FV,如工程机械中液体的挖掘机。
流体传动液压：主要利用液体的压力，拖拉机的提升机构、机床等。
气体：工厂的各种设备动作。
液体具有动能、位能、动力势能（液压）。
动能主要用在液力传动中，而液压主要应用液体的动力势能。
1.2 液压与气压发展史液压传动工作原理和元件的应用早已提出。
英国发明了动力机后液压传动就被提出，如在早期的纺织厂应用（原因机械传动复杂），用同一动力机带动许多机械设备工作。
但因当时缺乏液力学方面的基本理论及机加工达不到要求，水腐蚀等问题不能解决而放下。
但真正应用于生产实践还是上世纪初的事情。
随着液压水力学研究的逐步发展起来，在各种机械复杂运动的实现和控制方面得到了广泛的应用中。
（第二次世界大战推动液压技术的发展，军事上需要反映快重量轻功率大的各种武器。
）特别是近几十年，液压传动在工农业的各种机械设备应用更广泛。
液压传动在简化机器结构，减轻机器的重量，减少材料的消耗等方面是机械和电无法代替的。
气压技术发展历史悠久，但18世纪开始应用。
现在流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业水平发展的标示。
举例：联合收获机的操纵系统，拖拉机的液压悬挂系统，汽车转向及速度的调节，机床等。
1.3 简单液压系统示例图1—1 机床工作台液压系统的工作原理图1.油箱2.滤油器3.12.14.回油管4.液压泵5.弹簧6.钢球7.溢流阀8.压力支管9.开停阀10.压力管11.开停手柄13.节流阀15.换向阀16.换向手柄1. 系统的主要组成：油箱、液压泵、压力阀、操纵阀、流量阀、液压缸和外载2. 各部件的作用：3. 工作原理：工作台左移，工作台右移，速度的调节，停止，推力大小的变化调节。
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”）。
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。
水力学概念
水力学概念第一章 绪论1、流体的流动性：流体在微笑建立作用下，连续变形的特性，乘坐流动性2、连续介质（假设）模型：把流体当做是由密集指点构成的、内部无间隙的连续体来研究，这就是连续介质假设。
3、流体的黏性：是流体的内摩擦特性。
4、粘性系数μ：是比例系数，成为动力黏度，简称黏度，单位“Pa.s ”。
动力黏度是流体黏性大小的度量，值越大，流体越黏，流动性越差。
液体温度越大，黏度越小。
5、运动粘性系数ν：黏度μ和密度经常以比的形式出现，将其定义为流体的动力黏度。
6、牛顿内摩擦定律：7、表面力：表面力是通过直接接触，作用在所取流体表面上的力，简称面力8、质量力：是作用在所取流体体积内每个质点上的力，因力的大小与流体的质量成比例，故称质量力。
第二章 流体静力学1、静水压强的特性：（1）应力的方向延作用面的内法线方向；（2）静压强的大小与作用面方位无关。
2、绝对压强：绝对压强是以无气体分子存在的完全真空为基准起算的压强，以符号Pabs 表示。
3、相对压强：相对压强是以当地大气压为基准起算的压强，以符号P 表示。
绝对压强和相对压强之间相差一个当地大气压。
4、真空度：党绝对压强小于当地大气压，相对压强便是负值，又称负压，这种状态用真空度来度量。
5、液体静力学基本方程的物理意义是单位重量的液体具有的，相对于基准面的重力势能，简称位能。
6、测压管高度：当测点的绝对大气压强大于当地大气压强时，在该点接一根竖直向上的开口玻璃管，这样的玻璃管乘坐测压管，液体延测压管上升的高度，成为测压管高度或压强水头。
7、测压管水头：是单位重量液体具有的总势能。
8、等压面：压强相等的空间点构成的面。
9、等压面的性质：（1）等压面与质量力正交（2）两液体的交界面是等压面10、水平面是等压面的条件（1）质量力只有重力（2）连同的同一种流体（3）流体是静止的。
第三章 流体运动学1、流体运动的描述（1）拉格朗日法：将流体的运动看作是无数个质点运动的总和，以个别指点作为观察对象加以描述，将各个质点的运动汇总起来，就得到整个流动。
(完整版)水力学答案
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(-+==Θ原原原μρν035.1035.1==035.0035.1=-=-原原原原原μμμμμμΘ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-=Θ)(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yuATmgddsinμθ==001.0145.04.062.22sin8.95sin⨯⨯⨯⨯==δθμuAmgsPa1047.0⋅=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yuddμτ=，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。
已知导线直径0.9mm，长度20mm，涂料的粘度μ=0.02Pa．s。
水力学 第1章 绪论
水力学中，通常以单位面积表面力的大小—应力来表 示表面力，即
FP p A
为ΔA上的平均压应力，取极限
FP dFP pA lim A 0 A dA
为A点的压应力，又称A点的压强（pressure)；同理
FV dFV A lim A 0 A dA
为A点的切应力（shear stress)。 应力的单位是帕斯卡（Pascal），以符号Pa表示。 1 Pa 相当于 1 N/m2。
y
0
o
Fbz mg Z g m m
x
Fbx X 0 m
Y
Fby m
单位质量力的单位为米每二次方秒（m/s2）。
1.3.2 黏性（viscosity） 黏性是液体特有的性质。 液体流动时，质点之间会产生相对运动，产生摩擦阻力， 从而阻碍流动。液体的这种性质为黏性。 固体运动时摩擦发生在边界，液体运动时摩擦发生在内 部。因此，液体运动的摩擦又称内摩擦。摩擦阻力又称内摩 擦力或切力。 y u y U u+du
第5章 第6章 第7章 第8章
水头损失 有压管流 明渠流动 孔口、管嘴出流和堰流
5 6 7 8
9
第 9 章 渗流
第 1 章
绪
论
（Introduction）
1.1 水力学及其任务 1.1.1 水力学的定义与研究对象 水力学 — 研究液体机械运动规律的科学。 液体（liquid）与气体（gas）统称为流体（fluid） 。 流体力学（fluid mechanics）— 研究流体机械运动规律 的科学。 水力学为流体力学的一个分支。 水力学的研究对象是液体，液体的基本特征就是其具 有流动性。流动性（mobility) 指任何微小切应力都会使液 体流动的性质；或静止的液体不能承受任何微小切应力的 作用。流动性还表现在液体不能受拉。
水力学
x = x(a,b,c,t) ⎫
y
=
y(a, b, c, t)
⎪ ⎬
z = z (a, b, c, t ) ⎪⎭
式中，a, b, c, t 为拉格朗
日变数。
液体质点的速度、加速度
ux
=
∂x ∂t
=
∂x(a,b, c,t) ∂t
⎫ ⎪ ⎪
uy
=
∂y ∂t
=
∂y(a,b, c,t) ∂t
⎪ ⎬ ⎪
uz
= ∂z ∂t
fx fy
= =
Fx Fy
/M /M
⎫ ⎪ ⎬
fz
=
Fz
/M
⎪ ⎭
f = Xi+Y j+Zk
第二章 水静力学
第一节 概述
¾静水压强特性及其分布规律 ¾作用与平面和曲面的静水总压力
第二节 静水压强及其特性
p = lim ΔP = dP ΔA→0 ΔA dA
¾静水压强的方向总是垂直指向于作用面 ¾静止液体中任一点处各方向的静水压强大
倾斜式空气压差计
p1 − p2 = ρg(Δh' sinθ − a)
例题
静水压强分布图
pA = ρmg(∇1 −∇2)−ρg(∇3 −∇2)+ρmg(∇3 −∇4)−ρg(∇5 −∇4)
5
静水压强分布图
静水压强分布图
第六节 作用于平面上的静水总压力
¾解析法 ¾图解法
解析法
解析法适用 于置于水中任意 方位和任意形状 的平面。
第一章 绪论
第一节 水力学的定义、任务和发展简史
水力学是研究液体平衡和机械运动规律 及其应用的一门学科。 ¾ 水静力学 ¾ 水动力学
水力学整理版
水力学整理版第1章绪论1水力学的研究对象以水为代表的液体的均衡和机械运动的规律及其在工程中的应用领域。
包括：水静力学水动力学2液体流动的基本特征（自己整理）物质的三态（固体、液体、气体）3连续介质假定假设液体质点之间没空隙，液体质点已连续充满著所占到的空间，其物理性质和运动要素都就是已连续原产的。
水力学中认为液体是易流动、不可压缩、均匀等向的连续介质。
4国际单位制（si）和工程单位制1.量纲和单位量纲：表示物理量性质的属性。
如：长度[l]，时间[t]，质量[m]，力[f]分为基本量纲和诱导量纲两种单位：量度各种物理量数值大小的标准。
例如：长度需用mm,m,km等则表示。
αβγ任何一个物理量的量纲需用三个基本量纲的指数乘积去则表示：[x]=[ltm]5国际单位制和工程单位制的差别和换算关系差别：选好的基本量纲相同，从而诱导量纲相同国际单位制度（si）:基本量纲选[l]、[t]、[m]诱导量纲：如果长度、时间、质量的单位采用：m、s、kg,则：力的单位：kgm/s2工程单位制：基本量纲选[l]、[t]、[f]诱导量纲：如果长度、时间、力的单位采用：m、s、kgf,则：质量的单位：kgfs2/m6液体的主要物理性质1.惯性、质量和密度设液体质量为m,加速度为a，则惯性力为f=-ma液体单位体积内所具备的质量称作密度，用ρ则表示。
均质液体：ρ=m/v非均质液体：??lim?m?v?0?v2.万有引力、重量、土壤湿度物体之间相互具有的吸引力称为万有引力。
地球对物体的引力称为重力（或重量g）g=mg液体单位体积内所具有的重量称为容重，用γ表示。
均质液体：γ=g/v 非均质液体：??lim?g?v?0?v3.粘滞性和粘滞系数在运动状态时，液体质点之间或流层之间就存有相对运动，此时，液体质点之间或流层之间会抗拒相对运动而产生质点之间的内摩擦力，内摩擦力做功而消耗有效机械能。
液体的这种特性称为粘滞性。
表征液体粘滞性质的系数称为粘滞系数。
水力学第一章 绪论PPT课件
其中粘滞性是本章的重点，掌握牛顿内摩擦定律的物 理意义，其适用条件是层流运动和牛顿液体。
4．理想液体、实际液体的概念：有无粘性的区别。
5．作用在液体上的力：质量力和表面力。
（1）质量力：作用在液体内部每个质点上，并且与液 体质量成正比。
（2）表面力：作用在液体上，并且与表面积成正比。
写在最后
成功的基础在于好的学习习惯
水力学研究：
1、把水看作不可压缩、没有表面张力， 连续介质假设下忽略粘滞性的理想液体；
2、或把水看作不可压缩、没有表面张力， 连续介质假设下，粘滞性不忽略的实际液 体。
五.作用在液体上的力
按物理性质：重力、惯性力、压力、 拉力、摩擦力、表面张力。
按特点分：表面力和质量力。
1.表面力
作用于液体的表面，其大小与受作用的表 面面积成比例的力，称为表面力。如液体内部 摩擦力、水压力。
长期的生产和科学实验证明：利用连续 介质假定所得出的有关液体运动规律的基本 理论与客观实际是十分符合的。
四.液体的主要物理性质的物共质同三性态
质 1.惯性，质量与密度
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。
Fma 单位：N
密度：是指单位体积液体所含有的质量。
用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感表面张力示意图毛细管现象用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感综上所述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等只有在特殊问题中才需要考虑请注意区分
The foundation of success lies in good habits
水力学 第一章 绪论
（液体）
对气体来说，温度升高，则μ升高，
T
μ
（气体）
T
第一章 绪论 当液体停止流动时，相对速度等于零，内摩擦力将不存在了，所以在静 止液体中不呈现内摩擦力。
5、理想液体模型
在水力学中，为了简化分析，对液体的粘性暂不考虑，即μ=0。从而引 出没有粘性的理想液体模型。
注意：
因为理想液体模型没有考虑粘性，所以，必须对粘性引起的偏差进行 修正。
第一章 绪论
4、牛顿内摩擦定律：
du FA dy
单位面积上的力，称为切应力τ。
du F A dy
F du A dy
μ——液体性质的一个系数，称为粘性系数或动力粘性系数 （单位：N· 2) S/m 运动粘性系数：
ν
单位：米2/秒（m2/s)
第一章 绪论
对液体来说，温度升高，则μ降低， μ
第一章 绪论
§1-1绪 论
一、水力学的定义：
水力学是研究液体的运动规律，以及如何运用这 决工程实际问题的科学。 些规律来解
水力学包括： ⑴水力学基础：
主要是研究液体在各种情况下的平衡运动规律，为研究的方便起见 ，该内容又分为流体静力学和流体动力学。 为各种工程实践服务 ⑵专门水力学：
第一章 绪论
二、水力学和流体力学
液体层与层之间因滑动而产生内摩擦力，具有内摩擦力的液体叫粘性液 体或实际液体。
第一章 绪论
2、流速梯度：是指两相邻水层的水流速度差和它们之间的距离之比 。 y du
即：
du dy
dy
0
u+du
u u
3、内摩擦力的大小：
⑴、与相邻运动液体层的接触面积成正比
水力学 第1章 绪论
连续介质模型
水力学在研究液体运动时，由于只研究 水力学在研究液体运动时， 外力作用下的机械运动， 外力作用下的机械运动，而液体分子又是极 为密集的，因此把液体视为连续介质既有必 为密集的，因此把液体视为连续介质既有必 要又有可能。 要又有可能。 长期的生产和科学实验证明： 长期的生产和科学实验证明：利用连续 介质假定所得出的有关液体运动规律的基本 理论与客观实际是十分符合的。 理论与客观实际是十分符合的。
考核方式及成绩评定标准
考核方式： 考核方式：闭卷 成绩评定标准： 成绩评定标准： 平时成绩：20％ 平时成绩：20％ 期末考试：80％ 期末考试：80％
第1 章
绪论
1.1. 流体力学的发展简史 1.2. 水力学的研究内容 1.3. 液体的主要物理性质 1.4. 作用在液体上的力
1.1 流体力学的发展简史
G Mg M γ = = ρ = V V V 3 γ = 9.8 kN m
第1章 绪论
γ = ρg
熟 记
工程计算中使用水的密度 容重： 工程计算中使用水的密度和容重： 密度和 采用1个标准大气压下而且温度为4 采用1个标准大气压下而且温度为4ºC时的纯净 水： ρ=1000 kg/m3 ; γ=9.8 kN/ m3 .
17世纪-1653年，D.Pascal（帕斯卡）发现了静止流体 17世纪 1653年 D.Pascal（帕斯卡） 世纪的压强可以均匀地传遍整个流场定律。 的压强可以均匀地传遍整个流场- Pascal 定律。 17世纪-1687年，I.Newton（牛顿）用粘性实验方法 ， 17世纪 1687年 I.Newton（牛顿） 世纪提出了内摩擦定律。 提出了内摩擦定律。 18世纪-1738年，D.Bernoulli（柏努利）对管流进行 18世纪 1738年 D.Bernoulli（柏努利） 世纪了大量的观测，提出了定常-不可压缩了大量的观测，提出了定常-不可压缩-理想流体的能 量守恒定律-Bernoulli方程 方程。 量守恒定律-Bernoulli方程。 18世纪-1775年，Euler（欧拉）提出了理想流体的运 18世纪 1775年 Euler（欧拉） 世纪动方程。 动方程。
水力学第一章
du d
密度为ρ=m/V，重度为γ=G/V。
对于非均质液体
lim m dm
V 0 V dV
lim G dG
V 0 V dV
00:22
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 ］
水力学发展简史——世界发展简史
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、孔口出流、压强传递和水的切应力等问题。
体积弹性系数
E=1/β=-dp/dV/V E的单位是 N/m2
E值越大，表示液体愈不容易压缩。
00:22
dm d V dV Vd 0
dV d
V
d 即βk=
dp
液体的压缩性很小，即每增加一个大气压，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。
鱼嘴与上游的百丈堤及下游的内、外金刚堤联合作用，自动将岷江上 游的水流按照丰水期“内四外六”、枯水期“外四内六”的比例分流引入 灌区，工作原理满足弯道水流“大水走直，小水走弯”的规律；鱼嘴的位 置处在水流中泓线左右偏转的一个临界点上。
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第 水工水力学的研究重点包括：
2012年2月
18
18
水力学
水力学
第 一 章
定义：研究液体（主要是水）的平衡和 机械运动的规律及其应用的一门技术科
学
绪 论
机械运动规律:研究液体处于运动状态的
宏观变化规律,涉及力与运动的关系.
水动力学
水力学的基础内容
2012年2月
19
19
水力学
水力学
第 一 章
定义：研究液体（主要是水）的平衡和 机械运动的规律及其应用的一门技术科
绪
论
Trent River
Neuse River Network
N
W
E
plan view
S
Scale
0
5 km 10 km
Pamlico Sound
Upper
Broad Creek
Goose Creek
Beard Creek
Greens Creek
Dawson Creek
Broad Creek
Slocum Creek
平衡
机械运动规律:力与运动的关系,宏观变化规律。 涉及: 空间（x y z） 时间 (t）
17
水力学
水力学
第 定义：研究液体（主要是水）的平衡和机械运动 一 的规律及其应用的一门技术科学 章
绪 第二章 水静力学 论 研究液体平衡（包括静止和相对平衡）规律
主要是求作用与物体上的力 是水力学其他部分的基础
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
绪
物质输运方程。
论 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 。
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
43
水力学
NeRuisveer
第 一 章
Swift Creek
Bachelor Creek
水力学
第 一 章 绪 论
水力学
Hydraulics
1
水力学
第 一
章
绪 论
三峡
2
水力学
第 一
章
绪 论
三峡
3
水力学
第 一 章 绪 论
水利工程：都江堰
4
水力学
第 一
章
绪 论
水利工程：都江堰
5
水力学
第 一 章 绪 论
瀑布沟
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6
水力学
第 一 章 绪 论
Grand Coulee Dam
水力学
13
水力学
第 一 章 绪 论
Water Distribution
14
水力学
举例：
第 一 章 绪 论
15
水力学
第 一
章
绪 论
16
水力学
第一章 绪 论
1-1 课程简介
第 1、水力学 研究液体平衡和机械运动规律及
一
其应用的一门学科。
章
2、研究对象 液体（主要是水） 绪
论 3、研究内容 静力学、动力学及应用
学管
绪 论
渠（恒定流，非恒定流）
孔
堰
地下水
2012年2月
20
20
水力学
应用-管
第 一
管流的计算
章 管网的计算
绪 论
2012年2月
21
21
水力学
应用-渠道
渠道的底坡
断面形状
第
过水流量
一
推求水面线
章
绪 论
2012年2月
22
22
水力学
第 一 章 绪 论
应用-堰闸、地下水
2012年2月
23
23
水力学
第 一 章 绪 论
How 模型试验
18.52012年2月 cm/sec
22.2 cm/sec
27.7 37.0 cm/sec cm/sec
55.5 cm/sec
7129.0 cm/sec 29
水力学
第 一 章 绪 论
2012年2月
30
30
水力学
数值模拟
第 一
Example: Draft tube flow
章
绪 论
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水力学
第 一
computational mesh:
章
绪 论
33
水力学
第 一
Results
章
绪 论
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水力学
第 一 章 绪 论
How 数值模拟
2012年2月
35
35
水力学
拓展学科
第 一
环境水力学
章
计算水力学
绪 论
水工水力学
生态水力学
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水力学
环境水力学
第 一
· 环境水力学的任务：研究污染物质
第 一 章 绪 论
Spillway 泄洪道
8
பைடு நூலகம்力学
Lock Haven Flood Protection Project
第 一 章
绪 论
/pbriefs/lhfloodpro.html
9
水力学 Feeder Canal Check Gates
为检验理论分析成果或总结某些基
第 一
本规律提供依据
章
绪 论
2012年2月
27
27
水力学
How 模型试验
当实际水流运动复杂，而理论分析困难，
无法解决实际工程的水力学问题时采用。
第 一
实验室内，小规模的造成某种水流运动，
章 用已进行系统的实验观测，从中找到规
绪 律。
论
2012年2月
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28
水力学
Hancock Creek
Clubfoot Creek
Adams Creek
South River
44
水力学
第 一 章 绪 论
Neuse Bathymetry
depth (m) 6 5.5 5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5
45
水力学
第 一 章 绪 论
46
水力学
水工水力学
章
在水体中的掺混扩散规
绪
基本方程
论
·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）
37
水力学
第 一 章 绪 论
卡迪夫河流污染治理
38
水力学
第 一 章 绪 论
39
水力学
第 一 章 绪 论
40
水力学
第 一 章 绪 论
41
水力学
第 一 章 绪 论
42
水力学
计算水力学
第
一 章
第 一 章 绪 论
10
水力学
第 一 章 绪 论
Gates
11
水力学
Turbulent Flow Losses in Open Conduits
第 一 章 No shear 绪 论stress
Maximum shear stress
12
水力学
第 一 章 绪 论
Dams and Reservoirs
理论分析
第 一 章
经典力学的基本原理： 牛顿的三大 定律
绪 水流运动的基本方程式： 连续性方 论 程、能量方程、动量方程
2012年2月
25
25
水力学
实验分析
第 一
1、原型观测
章 2、模型实验
绪 3、系统实验
论
2012年2月
26
26
水力学
在野外或H水o工w建原筑型物观现场测，对水流
运动进行观测，收集第一性资料，
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。
第
一 章
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。
绪 论
推导质量守恒、动量守恒、能量守恒方 程并求解。
应用——管道、渠道、孔口管嘴、堰流、 消 能、地下水渗流
24
水力学
4. 研究方法 理论、实验及数值模拟