水力学课件.ppt
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水力学 (完整版)PPT
2020/4/5
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第一章 绪论
1.3 作用在液体上的力
1.3.1 表面力定义
表面力是作用于液体的表面上的力，是相邻液体 或其他物体作用的结果，通过相互接触面传递。
表面力按作用方向可分为： 压力： 垂直于作用面。 切力： 平行于作用面
lim p
P
A0 A
lim
T
A0 A
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第一章 绪论
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1
第一章 绪论
第1章 绪 论 第2章 水静力学 第3章 液体运动学 第4章 水动力学基础 第5章 流动阻力和水头损失 第6章 量纲分析与相似原理 第7章 孔口、管嘴出流和有压管流 第8章 明渠均匀流 第9章 明渠非均匀流 第10章 堰流及闸孔出流 第11章 渗流
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第一章 绪论
11
第一章 绪论
Isaac Newton(1642-1727)
➢ Laws of motion
➢ Laws of viscosity of Newtonian fluid
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第一章 绪论
19th century
Navier (1785-1836) & Stokes (1819-1905)
N-S equation
viscous flow solution
Reynolds (1842-1912) 发现紊流（Turbulence） 提出雷诺数（ReynoldsNumber）
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第一章 绪论
20th century
Ludwig Prandtl (1875-1953) Boundary theory(1904)
第一章水力学绪论ppt课件
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。
fF M
X Fx ,Y Fy , Z Fz MMM
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
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。
3）了解连续介质模型以及粘度随温度的变化规律。
第一节 课程概述 •水力学的学科性质
研究对象 力学问题载体
流体力学
流体
强调水是主要研究对象 比较偏重于工程应用
水力学
水
力学
宏观力学分支 遵循三大守恒原 理
力学
1.水力学的概念 水力学就是研究以水为代表的液体机械运动规
律及其在实际应用的科学。 水力学所研究的基本规律：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。
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 气体。 第二:水力学的主要研究内容是在外力作用下，静 止与运动的规律，液体与边界的相互作用。 第三:水力学研究的目的在于应用。
流体运动的三大要素：流体、运动、力
水力学中研究的液体是一种易流动、不易压缩、 粘性很小、均质等向的连续介质。
2.水力学的任务及其在工程中的应用
• 单位质量力：作用在单位质量液体上的质量力。
fF M
X Fx ,Y Fy , Z Fz MMM
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
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。
3）了解连续介质模型以及粘度随温度的变化规律。
第一节 课程概述 •水力学的学科性质
研究对象 力学问题载体
流体力学
流体
强调水是主要研究对象 比较偏重于工程应用
水力学
水
力学
宏观力学分支 遵循三大守恒原 理
力学
1.水力学的概念 水力学就是研究以水为代表的液体机械运动规
律及其在实际应用的科学。 水力学所研究的基本规律：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。
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 气体。 第二:水力学的主要研究内容是在外力作用下，静 止与运动的规律，液体与边界的相互作用。 第三:水力学研究的目的在于应用。
流体运动的三大要素：流体、运动、力
水力学中研究的液体是一种易流动、不易压缩、 粘性很小、均质等向的连续介质。
2.水力学的任务及其在工程中的应用
水力学经典教学课件PPT(83张)
水面激起一微小波动，波高h，波以速度vw从右向左
传播。观察微波传播： 波形所到之处将带动水流运 动，流速随时间变化，是非恒定流，但可化为恒定流。
vw
∆h
h
• 选动坐标随波峰运动，假想随波前进来观察渠 中水流相对于动坐标系 波静止渠中原静止水
体以波速vw从左向右流动，整个水体等速度
向右运动，水流为恒定流，水深沿程变化，是 非均匀流。
临
界
流
v c, 急 流
一般断面渠道静水中波速c为
c gA/B gh
• 将一块石子投入静水中，水面以投石点为中心 产生一系列同心圆，其以一定速度离开中心向
四周扩散
vw
vw’
• 将石子投入等速运动的水流中，则波传播速度 是水流流速与波速向量和。当水流流速小于波 速（v < vw）时，微波向下游传播的绝对速度 为（v + vw），向上游传播的绝对 v
vw+ v
• 当水流的流速等于波速（v= vw）时，微波向
下游传播的绝对速度是 2 vw。
2 vw
• 当水流流速大于波速（v > vw）时，微波只向 投石点下游传播，对上游的流动没有影响。
vw + v
• 一平底矩形断面水渠，水体静止，水深为h，水中有
一个直立的平板。用直立平板向左拨动一下，板左边
弗劳德（Froude）数的物理意义：
v
v2
Fr 2
gh 2gh
表示过水断面单位重量液体平均动能与平均 势能之比的二倍开平方，Fr愈大，意味着水 流的平均动能所占的比例愈大。
[Fr]
[惯性力] [重力]
表示水流的惯性力与重力两种作用的对比关 系。急流时，惯性对水流起主导作用；缓流 时，重力对水流起主导作用。
传播。观察微波传播： 波形所到之处将带动水流运 动，流速随时间变化，是非恒定流，但可化为恒定流。
vw
∆h
h
• 选动坐标随波峰运动，假想随波前进来观察渠 中水流相对于动坐标系 波静止渠中原静止水
体以波速vw从左向右流动，整个水体等速度
向右运动，水流为恒定流，水深沿程变化，是 非均匀流。
临
界
流
v c, 急 流
一般断面渠道静水中波速c为
c gA/B gh
• 将一块石子投入静水中，水面以投石点为中心 产生一系列同心圆，其以一定速度离开中心向
四周扩散
vw
vw’
• 将石子投入等速运动的水流中，则波传播速度 是水流流速与波速向量和。当水流流速小于波 速（v < vw）时，微波向下游传播的绝对速度 为（v + vw），向上游传播的绝对 v
vw+ v
• 当水流的流速等于波速（v= vw）时，微波向
下游传播的绝对速度是 2 vw。
2 vw
• 当水流流速大于波速（v > vw）时，微波只向 投石点下游传播，对上游的流动没有影响。
vw + v
• 一平底矩形断面水渠，水体静止，水深为h，水中有
一个直立的平板。用直立平板向左拨动一下，板左边
弗劳德（Froude）数的物理意义：
v
v2
Fr 2
gh 2gh
表示过水断面单位重量液体平均动能与平均 势能之比的二倍开平方，Fr愈大，意味着水 流的平均动能所占的比例愈大。
[Fr]
[惯性力] [重力]
表示水流的惯性力与重力两种作用的对比关 系。急流时，惯性对水流起主导作用；缓流 时，重力对水流起主导作用。
水力学ppt课件
染色线
在流体中注入染色剂，形成的染色 质点在流动过程中描绘出的曲线。 染色线可以直观地显示流动状况。
一维流动和二维流动特点分析
一维流动
流动参数仅沿一个坐标方向变化，其 他两个坐标方向上的变化可忽略不计 。一维流动具有简单的流动特性和明 确的数学描述。
二维流动
流动参数沿两个坐标方向变化，另一 个坐标方向上的变化可忽略不计。二 维流动比一维流动复杂，但仍可采用 适当的数学方法进行描述和分析。
经验总结
结合实例分析，总结泄水建筑物设计的经验和教训，提出改进和优化 建议。
谢谢聆听
水力学ppt课件
目录
• 水力学基本概念与原理 • 流体静力学分析 • 流体动力学基础知识 • 管内流动与损失计算 • 明渠恒定均匀流与非均匀流分析 • 堰流、闸孔出流和泄水建筑物设计
原理
01 水力学基本概念与原理
水力学定义及研究对象
水力学的定义
研究液体在静止和运动状态下的 力学规律及其应用的科学。
非均匀流现象描述
在明渠中，若水流运动要素沿程发生变化，则称为非均匀流。非均匀流可表现为水面波动、流速分布不均等现象 。
分类方法
根据非均匀流产生的原因和表现形式，可将其分为渐变流和急变流两类。渐变流是指水流要素沿程逐渐变化，而 急变流则是指水流要素在较短时间内发生显著变化。
明渠恒定非均匀流水面曲线变化规律探讨
03
特性比较
恒定流具有稳定的流动特性，便于分析和计算；非恒定 流的流动特性复杂多变，需要采用动态分析方法。
流线、迹线和染色线概念辨析
流线
在某一瞬时，流场中每一点都与 速度矢量相切的曲线。流线反映 了该瞬时流场中速度的分布状况
。
迹线
某一质点在流动过程中不同时刻所 在位置的连线。迹线反映了该质点 在流动过程中的运动轨迹。
在流体中注入染色剂，形成的染色 质点在流动过程中描绘出的曲线。 染色线可以直观地显示流动状况。
一维流动和二维流动特点分析
一维流动
流动参数仅沿一个坐标方向变化，其 他两个坐标方向上的变化可忽略不计 。一维流动具有简单的流动特性和明 确的数学描述。
二维流动
流动参数沿两个坐标方向变化，另一 个坐标方向上的变化可忽略不计。二 维流动比一维流动复杂，但仍可采用 适当的数学方法进行描述和分析。
经验总结
结合实例分析，总结泄水建筑物设计的经验和教训，提出改进和优化 建议。
谢谢聆听
水力学ppt课件
目录
• 水力学基本概念与原理 • 流体静力学分析 • 流体动力学基础知识 • 管内流动与损失计算 • 明渠恒定均匀流与非均匀流分析 • 堰流、闸孔出流和泄水建筑物设计
原理
01 水力学基本概念与原理
水力学定义及研究对象
水力学的定义
研究液体在静止和运动状态下的 力学规律及其应用的科学。
非均匀流现象描述
在明渠中，若水流运动要素沿程发生变化，则称为非均匀流。非均匀流可表现为水面波动、流速分布不均等现象 。
分类方法
根据非均匀流产生的原因和表现形式，可将其分为渐变流和急变流两类。渐变流是指水流要素沿程逐渐变化，而 急变流则是指水流要素在较短时间内发生显著变化。
明渠恒定非均匀流水面曲线变化规律探讨
03
特性比较
恒定流具有稳定的流动特性，便于分析和计算；非恒定 流的流动特性复杂多变，需要采用动态分析方法。
流线、迹线和染色线概念辨析
流线
在某一瞬时，流场中每一点都与 速度矢量相切的曲线。流线反映 了该瞬时流场中速度的分布状况
。
迹线
某一质点在流动过程中不同时刻所 在位置的连线。迹线反映了该质点 在流动过程中的运动轨迹。
水力学PPT
第1章 绪论
• 1.1 水力学的任务 • 水力学是用实验和理论分析的方法研究以 水为代表的液体的平衡和机械运动规律及 其在工程中应用的一门学科。 • 本课程的主要内容包括三大部分：(1)水静 力学，研究液体平衡的规律，即液体处于 静止状态时，作用于液体上各种力之间的
关系；(2)水动力学，研究液体处于运动状 态时，作用于液体上的力与各运动要素(例 如速度、加速度等等)之间的关系，液体的 运动特性以及能量转换规律等； (3)土建工 程中的水力计算问题，例如管流、明渠流、 堰流以及地下水的水力计算问题等。 • 1.2 液体的连续介质模型 • 液体是由大量的不断作无规则热运动的分 子所组成，从微观的角度看，分子之间的 空隙随机地变化，并且，其尺度远大于分
体受压时，宏观体积减小，密度增大，去 掉压力则能消除变形而恢复原有体积和密 度，这种性质称为液体的压缩性。当温度 升高时，液体体积增大，这称为液体的膨 胀性。 • 液体的压缩性以体积压缩系数β度量。
• 忽略其压缩性的液体称为不可压缩液体， 这又是一种简化分析模型，称为“不可压 缩液体模型”。 • (5)表面张力与表面张力系数
图1.5
第2章 水静力学
• 水静力学研究液体处 于静止状态下的平衡 规律及其在工程中的 实际应用。其主要任 务是探讨静止液体压 强分布规律、液体测 压计原理、并根据诸 作用力的平衡关系
图2.1
研究各种固体边壁上静水总压力的计算 方法。
• 2.1 静水压强特性
• 静水压强有两个特性：一是它的方向与作 用面的内法线方向一致，即，静水压强总 是垂直指向受压面的；二是在静止液体中 任何一点处沿各个方向的静水压强的大小 都相等，与作用面的方位无关。 • 2.2 液体的平衡微分方程及其积分
• 满足式 (2.3) 的函数 W(x ， y ， z) 称为力的势 函数，具有势函数的质量力称为有势力。 • (3)等压面 • 在静止的同种液体中，压强相等的各点所 组成的面 ( 平面或曲面 ) 称为等压面，例如
• 1.1 水力学的任务 • 水力学是用实验和理论分析的方法研究以 水为代表的液体的平衡和机械运动规律及 其在工程中应用的一门学科。 • 本课程的主要内容包括三大部分：(1)水静 力学，研究液体平衡的规律，即液体处于 静止状态时，作用于液体上各种力之间的
关系；(2)水动力学，研究液体处于运动状 态时，作用于液体上的力与各运动要素(例 如速度、加速度等等)之间的关系，液体的 运动特性以及能量转换规律等； (3)土建工 程中的水力计算问题，例如管流、明渠流、 堰流以及地下水的水力计算问题等。 • 1.2 液体的连续介质模型 • 液体是由大量的不断作无规则热运动的分 子所组成，从微观的角度看，分子之间的 空隙随机地变化，并且，其尺度远大于分
体受压时，宏观体积减小，密度增大，去 掉压力则能消除变形而恢复原有体积和密 度，这种性质称为液体的压缩性。当温度 升高时，液体体积增大，这称为液体的膨 胀性。 • 液体的压缩性以体积压缩系数β度量。
• 忽略其压缩性的液体称为不可压缩液体， 这又是一种简化分析模型，称为“不可压 缩液体模型”。 • (5)表面张力与表面张力系数
图1.5
第2章 水静力学
• 水静力学研究液体处 于静止状态下的平衡 规律及其在工程中的 实际应用。其主要任 务是探讨静止液体压 强分布规律、液体测 压计原理、并根据诸 作用力的平衡关系
图2.1
研究各种固体边壁上静水总压力的计算 方法。
• 2.1 静水压强特性
• 静水压强有两个特性：一是它的方向与作 用面的内法线方向一致，即，静水压强总 是垂直指向受压面的；二是在静止液体中 任何一点处沿各个方向的静水压强的大小 都相等，与作用面的方位无关。 • 2.2 液体的平衡微分方程及其积分
• 满足式 (2.3) 的函数 W(x ， y ， z) 称为力的势 函数，具有势函数的质量力称为有势力。 • (3)等压面 • 在静止的同种液体中，压强相等的各点所 组成的面 ( 平面或曲面 ) 称为等压面，例如
《水力学》课堂ppt-2024鲜版
井群与集水廊道联合应用 在某些复杂条件下，可将井群与集水廊道相结合， 形成联合集水系统，提高集水效率。
2024/3/27
30
基坑排水和降低地下水位方法
基坑排水方法
明沟排水、盲沟排水、井点降水等。
降低地下水位方法
通过井点降水、轻型井点、喷射井点等方式降低地下水位，以满足 工程施工要求。
注意事项
在排水和降低地下水位过程中，需考虑对周围环境的影响，防止引发 地面沉降等不良后果。
实例一
梯形断面明渠均匀流水力计算。通过已知条件，如渠道底宽、边坡系数、糙率等，求解过水断面面积、湿周、水 力半径等水力要素。
实例二
矩形断面明渠非均匀流水力计算。通过已知条件，如渠道宽度、水深、糙率等，求解沿程各断面的流速、流量等 水力要素。
2024/3/27
26
堰流和闸孔出流现象探讨
堰流现象
当水流经过堰顶时，由于堰的阻挡作用， 水流在堰上游形成壅水现象，同时在堰下 游形成跌水现象。根据堰的类型和过堰水 流形态的不同，堰流可分为薄壁堰流、实 用堰流和宽顶堰流等。
10
液体内部压强传递原理
01
02
03
帕斯卡原理
在密闭容器内，施加于静 止液体上的压强将以等值 同时传到液体各点。
2024/3/27
连通器原理
在连通器内，同一液体的 液面保持在同一水平面上。
液压传动原理
利用液体传递压强和流量 的特性进行动力传递。
11
大气压强对液体影响
大气压强对液体有压强作用， 使液体受到一个向上的力。
2024/3/27
非恒定流动
流动参数既随空间位置变 化，也随时间变化。
分类依据
流动参数是否随时间变化。
2024/3/27
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基坑排水和降低地下水位方法
基坑排水方法
明沟排水、盲沟排水、井点降水等。
降低地下水位方法
通过井点降水、轻型井点、喷射井点等方式降低地下水位，以满足 工程施工要求。
注意事项
在排水和降低地下水位过程中，需考虑对周围环境的影响，防止引发 地面沉降等不良后果。
实例一
梯形断面明渠均匀流水力计算。通过已知条件，如渠道底宽、边坡系数、糙率等，求解过水断面面积、湿周、水 力半径等水力要素。
实例二
矩形断面明渠非均匀流水力计算。通过已知条件，如渠道宽度、水深、糙率等，求解沿程各断面的流速、流量等 水力要素。
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堰流和闸孔出流现象探讨
堰流现象
当水流经过堰顶时，由于堰的阻挡作用， 水流在堰上游形成壅水现象，同时在堰下 游形成跌水现象。根据堰的类型和过堰水 流形态的不同，堰流可分为薄壁堰流、实 用堰流和宽顶堰流等。
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液体内部压强传递原理
01
02
03
帕斯卡原理
在密闭容器内，施加于静 止液体上的压强将以等值 同时传到液体各点。
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连通器原理
在连通器内，同一液体的 液面保持在同一水平面上。
液压传动原理
利用液体传递压强和流量 的特性进行动力传递。
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大气压强对液体影响
大气压强对液体有压强作用， 使液体受到一个向上的力。
2024/3/27
非恒定流动
流动参数既随空间位置变 化，也随时间变化。
分类依据
流动参数是否随时间变化。
2024版水力学全套课件
水力学全套课件contents •引言•水静力学•水动力学基础•水流阻力与水头损失•有压管道中的恒定流•明渠恒定流•堰流与闸孔出流目录引言水力学概述水力学的定义研究液体（主要是水）的平衡和机械运动规律及其应用的科学。
水力学的重要性在水利、能源、交通、环保等领域有广泛应用，对于国民经济和社会发展具有重要意义。
水力学与其他学科的关系与流体力学、水文学、水利工程学等学科密切相关，相互促进、共同发展。
水力学的研究对象和任务研究对象01研究任务02实际应用03发展历史现状发展趋势030201水力学的发展历史与现状课程内容及学习方法课程内容学习方法水静力学静水压强及其特性静水压强的特性静水压强的定义静水压强具有方向性，垂直于受压面并指向该面；在同一点上，静水压强的大小与受压面的方位无关。
压强的表示方法1 2 3液体平衡微分方程的概念液体平衡微分方程的建立液体平衡微分方程的应用液体平衡微分方程重力作用下液体平衡重力作用下液体平衡的概念等压面的概念重力作用下液体平衡的应用液体的相对平衡液体的相对平衡的概念液体相对平衡的原理液体相对平衡的应用液体作用在平面上的总压力的概念总压力的计算方法总压力的应用液体作用在曲面上的总压力的概念01总压力的计算方法02总压力的应用03水动力学基础描述液体运动的方法宏观描述微观描述欧拉法与拉格朗日法欧拉法拉格朗日法以流体质点为研究对象，追踪流体质点的运动轨迹，考察其在运动过程中各物理量的变化规律。
流场流线迹线流管液体运动的基本概念连续性方程实质质量守恒定律在流体力学中的具体表述。
意义反映了流体运动在空间上的连续性，即流体不可能在某一区域内突然消失或出现。
应用用于求解流体的密度、速度等物理量在空间和时间上的变化规律。
伯努利方程及其应用实质意义应用动量方程及其应用实质意义应用水流阻力与水头损失由于水流与固体边界之间的摩擦而产生的阻力，其大小与水流速度、边界粗糙度等因素有关。
摩擦阻力形状阻力兴波阻力涡流阻力由于物体形状对水流的阻碍而产生的阻力，与物体的形状、尺寸和在水流中的位置有关。
第1章概述 水力学课件ppt
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
2020/10/3
fy
Fy M
fz
Fx M
第1章 绪论
五.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。因此我们在学习本课程的过程中，既要 重视对本课程理论体系的理解，搞清基本方程 和公式的来历、应用条件、使用范围，更要能 正确运用所学的理论知识解实际工程问题，掌 握理论分析、实验研究和数学模拟紧密结合的 水力学研究方法。
du dy
du dy
第20210章/10/绪3 论
流速梯度
为动力粘滞系数
为运动粘滞系数，国际单位：m2/s
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 液体的性质无关。
牛顿内摩擦定律的适用条件： 层流运动和牛顿液体。
粘滞性是产生水头损失的根本原因
第20210章/10/绪3 论
• 例题一极薄的平板，在厚度分别为4cm的两种油 层中以 u 0.8m 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
在平版上产生的总切应力为 30Nm2
• 。试求上、下油层的动力粘滞系数。
4cm 平版
u
4cm
第20210章/10/绪3 论
解： d u u 2 0 l s dy y
因此液体的基本特性是：易流动性、不易压 缩、均匀等向的连续介质。
第20210章/10/绪3 论
三.液体的主要物理性质
水力学教程(第五版)全套教学课件pptx2024新版
连续性方程与伯努利方程
连续性方程
单位时间内流入、流出控制体的质量流量之差，等于控制体内质量的变化率。
伯努利方程
理想液体在重力场作稳态流动时，具有压力能、位能和动能三种形式，它们之间可以相互转化，且总 和保持不变。
02
流体静力学分析
静止液体中压强分布规律
静止液体中同一水平面上的压强相等。 静止液体中压强随深度的增加而增大。 静止液体中任意点的压强等于液柱高度对应的压强。
应用举例一
在水利工程中，利用达西定律可 以计算水库大坝的渗流量，为水 库的安全运行提供重要依据。
应用举例二
在石油工程中，达西定律被广泛 应用于油藏工程计算和油田开发 方案设计中，用以确定油井的产 量和预测油藏的开发动态。
井群干扰现象分析
井群干扰现象描述
当两口或多口井在同一含水层中开采时，由于各井之间存 在一定的距离，使得各井的流量、水位等发生变化，这种 现象称为井群干扰现象。
浮力的方向竖直向上，大小等于物体排开液体的重力。
计算浮力时，需要先确定物体在液体中的浸没深度和排开液体的体积，然 后根据阿基米德原理计算浮力大小。
潜水和承压水特性分析
潜水是指埋藏在地表以下第一个稳定隔水层以上具有自由 水面的重力水。
潜水通过包气带与大气圈及地表各圈层发生联系，因此 具有季节性变化的特点。
度大小相等。
02
流管
在流场中，由一组流线所围成 的管状区域。
与非恒定流判别依据
恒定流
流场中各空间点上流体质点的物理量（ 如速度、压强、密度等）不随时间变化 。
VS
非恒定流
流场中各空间点上流体质点的物理量随时 间变化。
一维流动和二维流动特点比较
03
水力学课件
03
智能化与自动化技术
智能传感器、机器学习、自动化监测等技术的应用，提高了水力学研究
的效率和精度，为水资源管理和防洪减灾提供了有力支持。
水资源短缺与水灾害问题
水资源短缺
随着全球人口的增长和经济的发展，水资源的需求日益增加 ，而可利用的水资源却日益匮乏，这给人类社会的发展带来 了严峻的挑战。
水灾害
自然灾害中，洪水、暴雨等水灾害频繁发生，给人类生命财 产安全带来了严重威胁，如何有效防范和应对水灾害是当前 亟待解决的问题。
水力学课件
• 水力学基础知识 • 水力学的基本原理 • 水力学的研究方法 • 水工建筑物的水力学 • 水污染与防治 • 水力学的发展趋势与挑战
01
水力学基础知识
水力学的发展史
01
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古代水力学
古代文明中对水的利用和 认识，如灌溉、水利工程 、船舶航行等。
近代水力学
19世纪末至20世纪初，水 力学作为一门独立的学科 ，研究内容偏向于水流的 基本规律和工程应用。
水污染的来源
水污染的来源主要包括工业废水 、生活污水、农业污水、固体弃
废物渗滤液等。
水污染的危害
水污染可导致饮用水水质恶化， 引发传染病暴发，破坏水生生态 系统，影响渔业和农业产量等问
题。
水污染防治技术
污水处理技术
包括物理处理、化学处理、生物处理等。
污废水回用技术
包括膜分离技术、逆渗透技术、离子交换技术等 。
现代水力学
20世纪中期至今，水力学 研究领域不断扩展，包括 水流的动力学、水环境、 水生态等方面。
水的性质与运动形态
水的物理性质
包括密度、粘度、表面张力等， 影响水的运动和相互作用。
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水工建筑物的渗流问题 水工建筑物的过水能力问题
前进
水力学的主要研究课题：
作用于建筑物表面上静水总压力 在压管中的恒定流 明渠恒定流 堰流及闸孔出流 泄水建筑物下游的水流衔接与消能 渗流
前进 返回
连续介质的假说
假设液体是一种连续充满其所占据空间的毫无空隙 的连续体。水力学所研究的液体运动是连续介质的连 续流动。 意义：使描述液体运动的一切物理量在空间和时间上 连续，故可利用连续函数的分析方法来研究液体运动。
A线为牛顿液体，当液体种类一定、温
B
度一定时，η=const ，切应力与剪切
τ
C
变形速度成正比
A B线是理想宾汉液体，如泥浆、血浆等
D C线是伪塑性流体，如尼龙、橡胶的溶液、
η 1
颜料、油漆等
O
du/dy D线膨胀性流体，如生面团、浓淀粉糊等
（4）液体的粘滞性是液体运动产生能量损失的主要根源 实际液体与理想液体的概念
单位质量力
若一质量为M的均质液体，作用于其上的总质量力为F，则所受的
单位质量力为
f ， F与加速度有一样的量纲[L/T2]
M
若总质量力F在空间坐标上的投影分别为Fx、Fy、Fz、，单位质量
力在相应坐标上的投影为fx、fy、fz，则有
X Fx ,Y Fy , Z Fz MMM
返回
具体说：是以数学、物理、理论力学为基础，采 用理论分析与实验研究的方法，研究液体平衡和机械 运动的规律及其实际应用。
水静力学 按液体的存在形式
水动力学
基本原理 按研究的内容
工程应用
前进 返回
实际工程中的水力学问题
前进
水对水工建筑物的作用力问题 水工建筑物的渗流问题
前进
河渠水面曲线问题
水工建筑物下游的消能问题
关于牛顿内摩擦定律的几点讨论
（1）
du dy
d dt
即
d dt
切应力与液体的剪切变形速度（率）成正比
证明：如图 d tan(d ) dudt
dy
故
d du
dt dy
DC AB
dudt
D′ C′ dθ
A′ B′
u+du u
（2）粘度 ——反映液体的性质对摩擦力的影响 。粘性大的液体η值大，
粘性小的液体η值小。单位：Ns/m2或PaS ，称为动力粘度
密度是指单位体积液体所含有的质量，用ρ表示
密度的量纲为[M/L3]，单位为kg/m3
对于均质液体， M V
液体的密度随温度和压强而变化，但这种变化
很小，水力计算中常把水的密度视为常数，采用
一个标准大气压、温度为4℃时蒸馏水的密度来计
算，即取ρ水=1000 kg/m3
前进
返回
粘滞性
又称为粘滞力
当液体处在运动状态时，若液体质点之间存在着
工程中常用，
单位：m2/s，称为运动度
粘度值的主要影响因素有：液体的种类、液体的温度（对于液体，随 温度升高，粘度值减小；而对于气体，随温度的升高，粘度值增大）
对于水，
0.01775 1 0.0337t 0.000221t2
式中水温t以°C计，ν以cm2/s计
前进
（3）牛顿液体与非牛顿液体
一般把符合牛顿内摩擦定律的液体称为牛顿液体（属于水力学 研究的范畴），反之称为非牛顿液体（属于牛变学研究的范畴）。
前进
返回
作用于液体上的力
表面力
•表面力是作用于液体的表面上，并与受作 用的表面面积成正比的力
总作用力 •表面力大小的度量 表面应力
按作用的特点分
•按表面力的作用方向分 压力或压强 切力或切应力
质量力
•质量力是指通过液体质量而起作用，其大 小与质量成正比的力，如重力、作惯用性于力单；位质量液 •质量力大小的度量 总质量力 体上的质量力
相对运动，则质点间要产生内摩擦力抵抗其相对运动
y
单位面积上的内摩擦力H
U
u
流速梯度
实验表明，内摩擦应力（粘滞应力） du
dy
牛顿内擦定律
du
dy
动力粘度，简称粘 度
作层流运动的液体，相邻液层间单位面积上所作用的
内摩擦力与流速梯度成正比，同时与液体的性质有关。 前进
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
表面张力
表面张力是自由表面上液体分子由于受两侧分子引力 不平衡，使自由面上液体受有极其微小的拉力，它是 一种局部受力现象。
表面张力的大小可用表面张力系数σ来表示，σ是指自 由面上单位长度上所受拉力的数值，单位：N/m，其随液 体种类和温度变化而变化。对于20℃的水， σ=0.074N/m，对于水银σ=0.54N/m。
前进
返回
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
dp
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
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
前进
绪论
主要内容：
❖水力学的任务 ❖实际工程中的水力学问题 ❖连续介质的假说 ❖液体的主要物理性质 ❖作用于液体上的力
前进 结束
水力学的任务
水力学是一门技术科学，是力学的一个分支， 是水利类专业的一门重要的技术基础课。
水力学的任务是研究液体（主要是水）的平衡 和机械运动的规律及其在实际工程中应用。
根据长期的生产和科学实验证明：利用连续介质的假 定所得出的有关液体运动规律的基本原理与客观实际 是十分符合的。
前进 返回
液体的主要物理性质
•密度 •粘滞性 •压缩性 •表面张力
前进 返回
密度
每个物理量都包括有量的数值及量的种类。 量的种类即称为量纲。同一种类的物理量 可有不同的单位，单位不同，量的数值也 不同。
前进
水力学的主要研究课题：
作用于建筑物表面上静水总压力 在压管中的恒定流 明渠恒定流 堰流及闸孔出流 泄水建筑物下游的水流衔接与消能 渗流
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连续介质的假说
假设液体是一种连续充满其所占据空间的毫无空隙 的连续体。水力学所研究的液体运动是连续介质的连 续流动。 意义：使描述液体运动的一切物理量在空间和时间上 连续，故可利用连续函数的分析方法来研究液体运动。
A线为牛顿液体，当液体种类一定、温
B
度一定时，η=const ，切应力与剪切
τ
C
变形速度成正比
A B线是理想宾汉液体，如泥浆、血浆等
D C线是伪塑性流体，如尼龙、橡胶的溶液、
η 1
颜料、油漆等
O
du/dy D线膨胀性流体，如生面团、浓淀粉糊等
（4）液体的粘滞性是液体运动产生能量损失的主要根源 实际液体与理想液体的概念
单位质量力
若一质量为M的均质液体，作用于其上的总质量力为F，则所受的
单位质量力为
f ， F与加速度有一样的量纲[L/T2]
M
若总质量力F在空间坐标上的投影分别为Fx、Fy、Fz、，单位质量
力在相应坐标上的投影为fx、fy、fz，则有
X Fx ,Y Fy , Z Fz MMM
返回
具体说：是以数学、物理、理论力学为基础，采 用理论分析与实验研究的方法，研究液体平衡和机械 运动的规律及其实际应用。
水静力学 按液体的存在形式
水动力学
基本原理 按研究的内容
工程应用
前进 返回
实际工程中的水力学问题
前进
水对水工建筑物的作用力问题 水工建筑物的渗流问题
前进
河渠水面曲线问题
水工建筑物下游的消能问题
关于牛顿内摩擦定律的几点讨论
（1）
du dy
d dt
即
d dt
切应力与液体的剪切变形速度（率）成正比
证明：如图 d tan(d ) dudt
dy
故
d du
dt dy
DC AB
dudt
D′ C′ dθ
A′ B′
u+du u
（2）粘度 ——反映液体的性质对摩擦力的影响 。粘性大的液体η值大，
粘性小的液体η值小。单位：Ns/m2或PaS ，称为动力粘度
密度是指单位体积液体所含有的质量，用ρ表示
密度的量纲为[M/L3]，单位为kg/m3
对于均质液体， M V
液体的密度随温度和压强而变化，但这种变化
很小，水力计算中常把水的密度视为常数，采用
一个标准大气压、温度为4℃时蒸馏水的密度来计
算，即取ρ水=1000 kg/m3
前进
返回
粘滞性
又称为粘滞力
当液体处在运动状态时，若液体质点之间存在着
工程中常用，
单位：m2/s，称为运动度
粘度值的主要影响因素有：液体的种类、液体的温度（对于液体，随 温度升高，粘度值减小；而对于气体，随温度的升高，粘度值增大）
对于水，
0.01775 1 0.0337t 0.000221t2
式中水温t以°C计，ν以cm2/s计
前进
（3）牛顿液体与非牛顿液体
一般把符合牛顿内摩擦定律的液体称为牛顿液体（属于水力学 研究的范畴），反之称为非牛顿液体（属于牛变学研究的范畴）。
前进
返回
作用于液体上的力
表面力
•表面力是作用于液体的表面上，并与受作 用的表面面积成正比的力
总作用力 •表面力大小的度量 表面应力
按作用的特点分
•按表面力的作用方向分 压力或压强 切力或切应力
质量力
•质量力是指通过液体质量而起作用，其大 小与质量成正比的力，如重力、作惯用性于力单；位质量液 •质量力大小的度量 总质量力 体上的质量力
相对运动，则质点间要产生内摩擦力抵抗其相对运动
y
单位面积上的内摩擦力H
U
u
流速梯度
实验表明，内摩擦应力（粘滞应力） du
dy
牛顿内擦定律
du
dy
动力粘度，简称粘 度
作层流运动的液体，相邻液层间单位面积上所作用的
内摩擦力与流速梯度成正比，同时与液体的性质有关。 前进
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
表面张力
表面张力是自由表面上液体分子由于受两侧分子引力 不平衡，使自由面上液体受有极其微小的拉力，它是 一种局部受力现象。
表面张力的大小可用表面张力系数σ来表示，σ是指自 由面上单位长度上所受拉力的数值，单位：N/m，其随液 体种类和温度变化而变化。对于20℃的水， σ=0.074N/m，对于水银σ=0.54N/m。
前进
返回
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
dp
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
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
前进
绪论
主要内容：
❖水力学的任务 ❖实际工程中的水力学问题 ❖连续介质的假说 ❖液体的主要物理性质 ❖作用于液体上的力
前进 结束
水力学的任务
水力学是一门技术科学，是力学的一个分支， 是水利类专业的一门重要的技术基础课。
水力学的任务是研究液体（主要是水）的平衡 和机械运动的规律及其在实际工程中应用。
根据长期的生产和科学实验证明：利用连续介质的假 定所得出的有关液体运动规律的基本原理与客观实际 是十分符合的。
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液体的主要物理性质
•密度 •粘滞性 •压缩性 •表面张力
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密度
每个物理量都包括有量的数值及量的种类。 量的种类即称为量纲。同一种类的物理量 可有不同的单位，单位不同，量的数值也 不同。