水力学第一章绪论long

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。
第一章 绪论
1.1 水力学的定义、任务和发展简史
水力学的发展简史 ——15-17世纪水力学的缓慢发展
提出了关于液体内摩擦的假定和粘滞 性的概念，建立了液体的内摩擦定律
牛顿 Isaac Newton (1642～1727）
第一章 绪论
1.1 水力学的定义、任务和发展简史
水力学的发展简史 ——经典流体力学
秦国蜀郡太守李冰在岷江中游修建了都江堰，闻名世 界的防洪灌溉工程；都江堰位于四川省都江堰市城西， 是中国古代建设并使用至今的大型水利工程，被誉为 “世界水利文化的鼻祖”，是四川著名的旅游胜地。 通常认为，都江堰水利工程是由秦国蜀郡太守李冰及 其子率众于前256年左右修建的，是全世界迄今为止， 年代最久、唯一留存、以无坝引水为特征的宏大水利 工程，属全国重点文物保护单位。
建立了理想液体运动的能量方程－伯 努里方程；
以《水动力学，关于流体中力和运动 的说明》(1738)一书著称。
伯努利 Daniel I Bernoulli （1700～1782）
第一章 绪论
1.1 水力学的定义、任务和发展简史
水力学的发展简史 ——经典流体力学
欧拉 Leohard Euler (1707~1783)
计算水力学是涉及经典力学、计算方法、数值分析、程序编制、数据 处理和可视化等学科的一门综合性交叉学科，是水利、交通、环境、 土木、地质、采矿、能源等工科专业硕、博士研究生培养方案中一门 重要的专业基础课程。
第一章 绪论
1.2 液体的连续介质模型
流体质点概念
宏观（流体力学处理问题的尺度）：流体质点足够 小，只占据一个空间几何点，体积趋于零； ——“宏观小”
液体的基本特征
拉力——没有抵抗拉伸变形的能力 压力——具有抵抗压缩变形 剪切力
建立了理想液体的运动方程－欧拉运动 微分方程；
以《水动力学，关于流体中力和运动的 说明》(1738)一书著称欧拉用两种方法来 描述流体的运动，这两种方法通常称为 欧拉表示法和拉格朗日表示法(1755和 1759)描述流体速度场；
给出反映质量守恒的连续性方程(1752)和 反映动量变化规律的流体动力学方程 (1755)
此件滴漏是中国古代的计时工具，由广
州人冼运行、杜子盛等铸造于元延祐三年 （公元1316年）使用时，日壶的水以恒定 的流量滴入下层的月壶，月壶之水滴入星壶， 星壶上部有一个小洞，如果月壶滴下的水多 了，多余的就会从这里流出，使星壶的水量 保持恒定，以便均匀地滴水给受水壶。受水 壶中的水逐渐增加，浮舟便托起木箭缓缓上 升。将木箭的顶端与铜表尺上的刻度对照， 就可知道当时的时间。这件铜壶滴漏从制成 之日一直被使用到公元1900年前后，历时 将近700年，是我国现存最早、最大、最完 整的铜壶滴漏。
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1.1 水力学的定义、任务和发展简史
水力学的发展简史 ——15-17世纪水力学的缓慢发展
达·芬奇 Leonardo da Vinei （1452~1519）
最先对漩涡的流速分布、突然扩大断 面和尾流漩涡、波浪传播和水跃等进 行探讨或描述，成就远超过前人 ；
提出水的连续定律，认识到明渠流的 边界阻力，还首先提出关于流线形物 体、降落伞、风速表、离心泵等设想；
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1.1 水力学的定义、任务和发展简史
水力学的发展简史 ——现代流体力学
普朗特 Ludwig Prandtl (1875～1953)
普朗特1904年提出边界层理论。1904 年建立和主持了空气动力学实验所。 1925年以后又建立威廉皇家流体力学 研究所。以后该所改名为普朗特流体 力学研究所。他在边界层理论、风洞 实验技术、机翼理论、紊流理论等方 面都作出了重要的贡献，被称作空气 动力学之父。
宝瓶口是都江堰灌区的总取水口；当上游来水不大时，其壅水作用不明显，进 入宝瓶口的水流接近明渠水流；而当上游来水过大时，宝瓶口的：壅水作用加强， 一方面会抬高上游水位，使多余水量溢出飞沙堰，同时促进泥沙夸宝瓶口上游处沉 积；另一方面，从水力学的角度看，这时进人宝瓶口的水流已属宽顶堰淹没出流的 性质，其过流量不再与上游来量成正相关，从而控制了进入灌区的水量，达到稳定 引水量的目的。
在水利方面的著作有《水的运动与测 量》。
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1.1 水力学的定义、任务和发展简史
水力学的发展简史 ——15-17世纪水力学的缓慢发展
斯蒂文 S. Simon Stevin (1548～1620)
斯蒂文在数学上的贡献是他在1585年 采用了十进位的小数记数方法；
对流体力学的贡献是关于液体平衡的 论著《静力学原理》，1586年发表， 1605年收入他的《数学文集》。
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1.1 水力学的定义、任务和发展简史
水力学的发展简史 ——经典流体力学
泊肃叶 J.L.M. Poiseuille
(1799~1869)
法国生理学家。长期研究血液在血管 内的流动,在求学时代即已发明血压计 用以测量狗主动脉的血压;
1840~1841年发表的论文《小管径内 液体流动的实验研究》对流体力学的 发展起了重要作用。他在文中指出， 流量与单位长度上的压力降与管径的 四次方成正比。此定律后称为泊肃叶 定律。
连续介质假设是近似的、宏观的假设，它为数学工 具的应用提供了依据，在其它力学学科也有广泛应 用，使用该假设的力学统称为“连续介质力学”；
除个别情形外（掺气水流、空穴现象），在水力学 中使用连续介质假设是合理的；
连续介质假设为建立流场的概念奠定了基础。
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1.3 液体的主要物理性质
古典流体力学采用严格数学 分析方法，理论上比较严密， 但数学上求解困难或某些假 设不能符合实际尚难求解大 部分实际问题。
斯托克斯 George Gabriel stokes
（1819~1903）
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1.1 水力学的定义、任务和发展简史
水力学的发展简史 ——经典流体力学
1883年，雷诺通过试验发现了液流两 种流态——层流和紊流；
微观（分子自由程的尺度）：流体质点是一个足够 大的分子团，包含了足够多的流体分子，以致于对 这些分子行为的统计平均值是稳定的，作为表征流 体物理特性和运动要素的物理量定义在流体质点上。 ——“微观大”
第一章 绪论
1.2 液体的连续介质模型
连续介质假设（欧Байду номын сангаас连续介质模型，1753）
将流体区域看成由流体质点连续组成，占满空间而 没有间隙，其物理特性和运动要素在空间是连续分 布的；
第一章 绪论
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 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。
环境水力学： 研究污染物在水体中混合输移的规律及其应用的学科。水 力学的一个新分支。工农业生产及生活中的污水、废热，未经足够处理， 就排入河流、湖泊、海洋及地下水等水域中，污染水体，恶化水质，日益 严重地影响生态、环境。污染物在水体中会因与水体混合，随水流输移而 稀释；也会因化学、生物作用而降解。因此，水体本身有一定的自净能力。 环境水力学的主要目标是，探求因混合、输移而形成的污染物浓度随空间 和时间的变化关系，为水质评价与预报、水质规划与管理、排污工程的规 划设计以及水资源保护的合理措施提供基本依据。
第一章 绪论
1.1 水力学的定义、任务和发展简史
水力学的发展简史 ——15-17世纪水力学的缓慢发展
托里拆利是伽利略的学生及其晚年的 助手（1641～1642）；
托里拆利以发明气压计而闻名； 1643年他提出了托里拆利公式。
托里拆利 Evangelista Torricelli
(1608～1647)
拜水都江堰！ 问道青城山！ 中国历史上最激动人心的工程不是长城，
而是都江堰。深淘滩，低作堰、遇湾截角，逢正抽心
都江堰主要由渠首、附属工程和灌溉渠系工程组成，渠首包括鱼嘴、飞沙堰和宝瓶 口。与自然条件协调，三大部分组成了一个科学、完整的水利工程体系，通过各自 功能的有效发挥，达到自动分水、泄洪、排沙、沉沙、引水的目的。工程布局合理， 配合巧妙，功效显著，蕴涵着丰富、精深的科学哲理。
第一章 绪论
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
在《论浮体》一文中首先提出了论述 液体平衡规律的定律；
阿基米德 Archimedes （约公元前287～前212）
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。