水力学第一章 绪论

三.液体的基本特征与连续介质的概念
1.液体的基本特征： 液体与固体的主要区别在于 易流动性 ，而
液体与气体的主要区别在于是否具有 可压缩性 。
因此液体 易流动性 、不易压缩的特性使液体 有许多与固体和气体不同的运动特征。
2.连续介质的概念
连续介质的概念 ： 即假设液体是一种连续充 满其所占据空间毫无空隙的连续体。 特点：液体中的一切物理量都可以视为 空间 坐标和时间 的连续函数，因此可采用连续函 数的分析方法。
在平板上产生的总切应力为 ? ? 30 N m2
试求上、下油层的动力粘滞系数。
4cm 平版
u
4cm
解：
du ? u ? 20 l s dy y
? ? ? du
dy
? ?上 ? ?下
4cm 平版
u
4cm
?
?
?? 上
?
?下
?du
dy
30? 1.5?上 ? 20
?上
?
20 ? 20
1.0N?s
/ m2
?下
表面张力仅在自由表面存在，液体内部并 不存在 。
表面张力示意图
毛细管现象
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。
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 ；
K
?
1
?
K值越大，表示液体愈不容易压缩。对一般水 利工程来说，可认为水不可压缩的。但在有压管道 中水击计算时，则必须考虑水的压缩性。
温度在10 0C时，水的体积弹性系数 K=2.11x10 6kN/m 2
5. 液体的表面张力
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 极其微弱的拉力。
2.质量力
质量力是作用在每个液体质点上其大小 与液体的质量成正比。如重力、惯性力。
单位质量液体所受到的质量力，称为 单位质量力，用 f 表示。
f? F M
单位质量力在三个坐标轴的投影
fx
?
Fx M
fy
?
Fy M
fz
?
Fz M
六.水力学的研究方法
1.理论分析 2.科学试验
1.理论分析
经典力学的基本原理： 牛顿的三大定律、质量守恒、动量定律、动能定律 水流运动的基本方程式： 连续性方程、能量方程、动量方程
液体的容重：是指单位体积液体所具有 的重量。 国际单位： N／m3
??G
V
??m
V
? ? 9.8 KN m3
? ? ?g
3.粘滞性
固体与液 体的主要区
别
粘滞性及粘滞力： 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。
一个标?准大? 气Vm压下，国温际度单为位4℃：，k水g/密m度3 为1000kg/m3 。
2.万有引力特性，重力与容重
物质三态 的共同性质
万有引力 ：是指任何物体之间相互具有吸引 力的性质，其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。
?3.分析水流流动形态
?4.确定水流能量消耗和利用
农村小型自来水厂
三峡大坝泄洪
?5.特殊的水力学问题
某污水处理厂
二、水力学由以下内容构成
两大主要组成部分，水静力学和水动力学。
水静力学：关于液体平衡的规律，它研究液 体处于静止（或相对平衡）状态时，作用于 液体上的各种力之间的关系。
水动力学：关于液体运动的规律，它研究液体 在运动状态时，作用于液体上的力与运动要素 之间的关系，以及液体的运动特性与能量转换 等等。
?
?
? ?
牛顿内摩擦定律的适用条件： 层流运动 和牛顿流体。
τ
牛顿流体 ： 就是符合牛顿 内摩擦定律得流体。
O
B
η 1
C A D
du/dy
在水力学中液体分为 理想液体 和实际液体 ： 理想液体： 就是忽略粘性效应的液体。
实际液体： 粘性液体。 有没有考虑粘滞性：是理想液体和实际液体的最主
要差别。
? 例题：一极薄的平板，在厚度分别为 4cm的两种 油层中以 u ? 0.8 m s 的速度运动。已知上层动 力粘滞系数为下层的动力粘滞系数 2倍，两油层
牛顿内摩擦定律：
T ? ? A du
dy
或
? ? ? du
dy
du 流速梯度 dy
?
为动力粘滞系数 ，国际单位： N.s/m2
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。
? 为运动粘滞系数，国际单位： m2/s
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。
?
1 2
Baidu Nhomakorabea?下
?
0.5N?s
/
m2
4. 液体的压缩性
气体与液 体的主要
区别
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。
用体积压缩率 ? 或体积模量 K来描述液体的压缩 性。
? 体积压缩率 :
dV
??? V
dp
? 为体积压缩系数，单 位为 m2/N
? 体积模量K:
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。
物质三态
四.液体的主要物理性质的共同性
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。
F ? ? ma 单位：N
密度：是指单位体积液体所含有的质量。
?水力学课件 第一章 绪论
一.课程的性质和任务
（一）课程地位 水力学是一门重要的专业基
础课程，它是连接前期基础课程和后续专业课程的 桥梁。课程的学习将有利于力学基础知识的巩固与 提高，培养分析、解决实际问题的能力，为专业课 程的学习打下坚实基础。
力学 基础课程
水力学 专业基础课程
水利学科 有关专业课程
（二）水力学研究的对象
1.水力学的定义： 水力学是研究液体平衡和机械运动规律
及其应用的一门科学。它是力学的一个分支。 2. 水力学的任务：
研究以水为代表的，液体机械运动规律 及其在工程中的应用。
（三）水力学的在工程中的应用
? 1.确定水工建筑物所受的水力荷载
F v
?2.确定水工建筑物过水能力