水力学课件：第一章绪论

合集下载

水力学PPT精品课程课件全册课件汇总

⑵专门水力学：为各种工程实践服务
第一章绪论
二、水力学和流体力学
水力学：以水为研究对象，在理论上遇到困难时，通过观测和实验的方法来解决问题。
流体力学：以一般流体（液体和气体）为研究对象，偏重于从理论概念出发，掌握流体运动的基本规律，但解决实际工程时，会遇到很大的困难，在应用上受到一定的限制。
第一章绪论
4、牛顿内摩擦定律：
du FA dy
du F A dy
单位面积上的力，称为切应力τ。
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· S/m2) 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
三、单位：表征物理量的大小。
国际单位制（SI）：米、秒、公斤。
第一章绪论
§1-4 液体的主要物理性质
一、液体的密度：ρ
1、均质液体单位体积内所含的质量即： M-----均质液体的质量 M

V
V-----该质量的液体所占的体积
国际单位：公斤/米3 （ kg/m3）
工程单位：公斤· 秒2/米4 （kg · s2/m4）
第一章
§1-1 绪论
绪论
§1-2 液体的连续介质模型
§1-3 量纲、单位
§1-4 液体的主要物理性质 §1-5 作用在流体上的力
第一章绪论
§1-1绪
一、水力学的定义：
论
水力学是研究液体的运动规律，以及如何运用这些规律来解决工程实际问题的科学。
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。

水力学绪论

六、研究方法

理论方法理论模型——普遍规律——数学求解

试验方法观察与测量——分析处理——本质规律

数值方法数学问题——求近似解
七、水力学发展简史
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、空口出流、压强传递和水的切应力等问题。 18-19世纪，流体力学沿着两条途径建立了液体运动的系统理论，形成两门独立的学科。
适用条件：只能适用于牛顿流体
在同一种液体中，μ或ν值均随温度和压力而异，但随压力变化关系甚微，对温度变化较为敏感。对于水，ν可按下列经验公式计算
0.01775 v 1 0.0337 0.000221 t 2
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。体积压缩系数体积弹性系数
Fx X M
或
Y
Fy M
Fz Z M
十二、理想液体的概念理想液体：就是把水看作绝对不可压缩、不能膨胀、没有粘滞性、没有表面张力的连续介质。
有没有考虑粘滞性：是理想液体和实际液体的最主
要差别。
十三、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 ］诱导量纲: 由基本量纲推导出来的，也称为导出量纲。面积 A L

水力学 (完整版)PPT

2020/4/5
16
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
2020/4/5
17
第一章绪论
2020/4/5
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
2020/4/5
2
第一章绪论
11
第一章绪论
Isaac Newton(1642-1727)
➢ Laws of motion
➢ Laws of viscosity of Newtonian fluid
2020/4/5
12
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）
2020/4/5
13
第一章绪论
20th century
Ludwig Prandtl (1875-1953) Boundary theory(1904)

水力学第三版PPT模板

§4-1概述
§4-3沿程水头损失的公式及影响因素
§4-5沿程水头损失系数的试验研究
§4-2恒定均匀流的切应力
§4-4层流、紊流及其判别
§4-6紊流特征及紊流内部结构
第四章液流形态和水头损失
§4-7谢才公式及谢才系数 §4-8边界层概念及其分离现象 §4-9局部水头损失习题
06
第五章层流和紊流的水力特性
10
第九章明渠水流的两种流态及水跃
第九章明渠水流的两种流态及水跃
§9-1明渠水流的流动状态
§9-2断面单位能量、临界水深、临界底坡
§9-3明渠水流流态转换的局部水力现象——水跌与水跃
§9-4水跃基本方程及水跃的水力计算
习题
11
第十章明渠非均匀流
第十章明渠非均匀流
§10-1概述
1
§10-2棱柱形明渠水面曲
05 §6 - 1 1边界层理论 06 习题
08 第七章有压管流
第七章有压管流
§7-1概述 §7-2短管的水力计算 §7-3长管的水力计算 §7-4有压管道非恒定流简介习题
09 第八章明渠均匀流
第八章明渠均匀流
§8-1概述 §8-2明渠均匀流的水力计算 §8-3明渠均匀流水力计算的其它问题7恒定平面渗流的流网解法习题
15
第十四章水力模型试验基本原理
第十四章水力模型试验基本原理
§14-1概述 §14-2水力相似基本原理 §14-3量纲分析 §14-4水力模型试验的优缺点习题
16
第十五章综合水力计算实例
第十五章综合水力计算实例
§15-1水闸水力计算实例 §15-2拦河溢流坝水力计算实例 §15-3河岸溢洪道水力计算实例 §15-4有压隧洞水力计算实例

水力学课件第一章水静力学

§1.1 静水压强及其特征
联立上面各式代入后得：
1 2
pxyz
1 2
pnyz
1 6
xyzf x
0
1 2
p y xz
1 2
pnxz
1 6
xyzf y
0
1 2
pz xy
1 2
pnxy
1 6
xyzf z
0
联立上面各式代入后得：
1 2
pxyz
1 2
pnyz
1 6
xyzf x
0
1 2
p y xz
1 2
pnxz
§1.4 等压面
一、等压面(Isobaric Surface)：在平衡的液体中，由压强相等的各点所组成的面叫做等压面。等压面的重要特性是： 1.在静止的或相对平衡的液体中，等压面同时也是
等势面(Isopotential Surface)。 dp dU
2.在相对平衡的液体中，等压面与质量力正交。
条件：只适用于静止、同种、连续液体
三、气体压强计算
p p0
§ 1.5几种质量力同时作用下的液体平衡
z
gm h z
zs
o
x
以z轴为对称轴的旋转抛物面方程：
R
o
r
x
m
F
y 1 2rBiblioteka gz C 2§ 1.5几种质量力同时作用下的液体平衡平衡微分方程： dp ( fxdx f ydy fzdz) 质量力：离心惯性力和重力 F m 2r, mg 单位质量力： fx 2 x, f y 2 y, fz g 自由面上压强不变为大气压： dp 0
§ 1.5几种质量力同时作用下的液体平衡
2、圆筒中液体内任一点静水压强分布规律：

水力学课件(主讲人：华北水利水电学院孙东坡教授) (1)

对压强，B点的相对压强和
真空度，A、B两点的压强差。
解: A点相对压强绝对压强
∵P1>0,
p1= 8KN/m2 p1 = pa+p1=98+8
=106KN/m2
∴真空度不存在
解: B点
绝对压强 p2 = 78KN/m2 相对压强 p2 = p2-pa=78-98
= -20KN/m2
真空度 pv = p2
(四)液体的两种分类:
1.理想液体：忽略粘滞性的液体
2.实际液体：存在粘滞性的液体
（五）液体所受外力的分类：
1.表面力：压力、剪切力等 2.质量力：重力、离心惯性
力等
第二章水静力学
(一)静水压强： 1．静水压强的两个特性：
（1）垂直指向受压面（2）大小与受压面方向无关
（1）方向：垂直指向受压面（2）大小：与受压面方位无关
水银
求A、B两点的
E
E
压强差?
0.3m 0.2m
解：计算如下
p
=
p
+g
×
B
0.5
. m
60
p = p -g 0.2 C
A
水
A
油
水
水
×
D
C
汞G
G
p = p +g 0.3 0.5mF
D
×D 0.4m
g g E
D
油
C
C
水银
p = p - E× 0.E4- × 0.6
B
E
泵
水
0.3m
0.2m
p = p +g ×0.5-g ×0.2
c
对铰O取矩

水力学教程第1章

高等学校教材HYDRAULICS 水力学李大美杨小亭主编武汉大学出版社第一章绪论§1-1 水力学的任务与研究对象水力学（Hydraulics）是介于基础课和专业课之间的一门技术基础课，属力学的一个分支。

主要研究以水为主的液体平衡和机械运动规律及其实际应用。

一方面根据基础科学中的普遍规律，结合水流特点，建立基本理论，同时又紧密联系工程实际，发展学科内容。

一、水力学的任务及研究对象水力学所研究的基本规律，主要包括两部分：1.液体的平衡规律，研究液体处于平衡状态时，作用于液体上的各种力之间的关系，称为水静力学；2.液体的运动规律，研究液体在运动状态时，作用于液体上的力与运动之间的关系，以及液体的运动特性与能量转化等等，称为水动力学。

水力学所研究的液体运动是指在外力作用下的宏观机械运动，而不包括微观分子运动。

水力学在研究液体平衡和机械运动规律时，须应用物理学和理论力学中的有关原理，如力系平衡定理，动量定理，能量守恒与转化定理等，因为液体也同样遵循这些普遍的原理。

所以物理学和理论力学知识是学习水力学课程必要的基础。

二、液体的连续介质假定自然界的物质具有三态：固体、液体和气体。

固体：具有一定的体积和一定的形状，表现为不易压缩和不易流动；液体：具有一定的体积而无一定形状，表现为不易压缩和易流动；气体：既无一定体积，又无一定形状，表现为易压缩和易流动。

液体和气体都具有易流动性，故统称流体。

流体分子间距较大，内聚力很小，易变形（流动），只要有极小的外力（包括自重）作用，就会发生连续变形，即流体几乎没有抵抗变形的能力。

所谓液体的连续介质假定，就是认为液体是由许多微团——质点组成（每个质点包含无穷多个液体分子），这些质点之间没有间隙，也没有微观运动，连续分布在液体所占据的空间。

即认为液体是一种无间隙地充满所在空间的连续介质（Continuum）。

三、水力学的应用领域水力学在实际工程中有广泛的应用，如农业水利、水力发电、交通运输、土木建筑、石油化工、采矿冶金、生物技术以及信息、物资、资金等流动问题，都需要水力学的基本原理。

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

《流体力学》课件-(第1章绪论)

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土建类专业常用
力学
宏观力学分支遵循三大守恒原理
水力学
水
力学
§1.1.1 流体力学的任务和研究对象
二、研究对象流体指具有流动性的物体，包括气体和液体二大类。
流动性
•即任一微小剪
切力都能使流体发生连续的变形
•
流体的共性特征
基本特征：具有明显的流动性；气体的流动性大于液体。流体只能承受压力，不能承受拉力，在即使是很小剪切力
二. 表面力是指作用在所研究的流体表面上的力，它是相邻流体之间或固体壁面与流体之间相互作用的结果。它的大小与流体的表面积成正比；方向可分解为切向和法向。
• 设面积为 ΔA 的流体
nFLeabharlann 面元，法向为 n ，指向表面力受体外侧，所受表面力为 ΔF ，则应力
F f n lim A0 A
第一阶段：古典流体力学阶段奠基人是瑞士数学家伯努利(Bernoulli，D．)和他的亲密朋友欧拉(Euler，L.)。1738年，伯努利推导出了著名的伯努利方程，欧拉于1755年建立了理想流体运动微分方程，以后纳维 (Navier,C .H.) 和斯托克斯 (Stokes ， G．G．)建立了粘性流体运动微分方程。拉格朗日（Lagrange）、拉普拉斯(Laplace)和高斯(Gosse)等人，将欧拉和伯努利所开创的新兴的流体动力学推向完美的分析高度。
第1章绪论第2章流体静力学第3章一元流体动力学理论基础第4章流动阻力与能量损失第5章孔口、管嘴出流和有压管流第6章量纲分析与相似原理
第一章绪论

第1章水力学-绪论-正式 (2)

有一定体积和自由表面。不能承受拉力，但可承受较大压力。易流动性：在微小剪切力的作用下变形不止，表现为流动。区别气体和固体/气体和液体区别固体和流体（即液体和气体）
水力学的任务流体连续介质概念液体的主要物理性质以及作用于流体上的力
介绍内容
§ 1.1 水力学的任务
水力学的定义：研究液体的平衡和运动规律，并运用这些规律去解决工程实际问题的一门工程技术基础学科。水力学的任务：研究液体（主要是水）的平衡和运动规律及其实际应用。水力学的研究对象：以水为代表的部分液体及可忽略压缩影响的气体。
水力学
资源与环境学院
《水力学》教材
主编：高学平，张效先出版社：中国建筑工业出版社出版时间：2006年8月参考书：吴持恭主编：水力学高等教育出版社 2003 西南交通大学：水力学第三版高等教育出版社 1983 闻德荪主编. 工程流体力学(水力学) 人民教育出版社 1991
§ 1.2 连续介质
质点：宏观小，微观大的流体分子团。微团：流体质点的集合体，具有一定线性尺度的微小流体团。连续介质（假定）：
流体是由质点组成的，质点一个挨着一个，质点间既不留空隙，也不存在真空的连续体。为什么要建立连续介质的概念？
便于利用数学工具如连续函数分析法
ux f1 ( x, y, z, t )
温度升高分子运动速度加快、碰撞次数增加，内摩擦力增加分子间距离增加，内摩擦力减小液体: 分子间距比气体分子间距小、分子间距变大是矛盾的主要方面，所以升温使黏性力减小；气体: 分子运动速度加快、碰撞次数增加是主要方面，所以升温使黏性力增大。
牛顿内摩擦定律只适用于部分流体。一般把符合牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体；反之称为非牛顿流体。一般常见液体和气体多属于牛顿流体，如水、空气等。非牛顿流体属于流变学的研究范畴，一般包括：（1）理想宾汉流体：当切应力达到一定数值τ0时，才开始发生剪切变形，但变形率仍为常数，常见的如泥浆、血浆、高含沙水流。（ 2 ）伪塑性流体：粘滞系数随剪切变形速度的增加而减小，常见的有尼龙、橡胶溶液、颜料、油漆等。（ 3 ）膨胀性流体：粘滞系数随剪切变形速度的增加而增加，常见的有生面团、浓淀粉糊等。

水力学第1章绪论

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。

水力学和桥涵水文

目录
第一章绪论第二章水静力学第三章水动力学基础第四章水流阻力与水头损失第五章有压管流与孔口、管嘴出流第六章明渠流动第七章堰流、闸孔出流及泄流建筑物下游的衔接与消能第八章渗流第九章河流概论第十章水文统计的基本原理与方法第十一章桥涵设计流量与水位推算第十二章大中桥位勘测设计第十三章桥梁墩台冲刷计算第十四章小桥勘测设计
2
在施工阶段，必须对施工期间的水文情况有所了解。对于中小桥梁及涵洞工程，由于施工期限较短，一般尽量安排在枯水期间施工。对于大桥和特大桥工程，施工期限一般均较长，在安排水中桥墩的基础及水下墩身施工时，一方面，为了确定诸如围堰之类的临时性建筑物的尺寸，必须预先估计整个施工期间的天然来水情况，需要通过对多年年内水文变化过程的分析计算来解决；另一方面，为了安排施工的日常工作，必须了解近期内更为确切的来水情况，需要进行水文预报。
3
在桥涵（及线路）的养护管理工作中，特别是在汛期，为了保证铁路的畅通，同样需要掌握根据水文分析计算得到的未来长期内的水文平均情况，并结合水文预报提供的较短期内的具体情况，从而估计该汛期内洪水的大小及沿线分布，以便结合所辖管段桥涵过水能力的大小，及早采取措施；使洪水能够安全的从桥涵内宣泄。
33
例1-1. 一底面积为40cm×45cm，高1cm的木块，质量为5kg，沿着涂有润滑油的斜面等速向下运动。已知速度v=1m/s，δ=1mm，求润滑油的动力粘度系数。
解：设木块所受的摩擦力为T。 ∵ 木块均匀下滑, ∴ T - Gsinα=0
T=Gsinα=5×9.8×5/13=18.8N
11
水力学与桥涵水文是桥、隧、铁道工程专业的一门专业基础课，其理论性、系统性较强。它要求学生有一定的理论分析能力和动手操作能力。

水力学第一章

有粘材抵滞料抗性发剪。切生变形形变的时能力内，部这产就生是了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，定义单位面积上的这种反作用力为应力；按照牛应顿力内和摩应擦定变律的：方向关系，可以将应力分为正应力σ 和切应用面力平τ，行T正。应A 力dduy 的方向与作用面垂直，而切应力的方向与作
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。