工程流体力学 第一章 绪论
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
水电装机360万千瓦。
小湾水电站：最大坝高294.5米
目前世界已经蓄水的最高拱坝
位于云南省南涧县与凤庆县交界的澜沧江中游河段，是国家 重点工程和实施西部大开发、“西电东送”战略的标志性工 程，该电站总装机容量420万千瓦，总库容约149亿立方米。
三峡大坝：世界上最大的混凝土重力坝
三峡大坝坝顶高程185米，最大坝高181米；坝顶宽度15米；底 部宽度一般为126米；大坝轴线全长2309米。混凝土浇筑量达1600 多万立方米，1米见方的体积排列，可绕地球赤道三圈。 最大113m的水位落差 。五级船闸每次历时超过2.5-3小时 。
流体：几乎不能承受拉力，处于静止状态下的流体还不能抵抗 剪力，即流体在很小剪力作用下将发生连续不断的变形，流体的这 种特性称为 易流动性。
§1—2 液体的主要物理性质
1 连续介质模型（假说）
在水力学中，把液体作为连续介质看待，即假设液体是一种充 满其所占据空间毫无空隙的连续体。（瑞士学者欧拉，1753年）
2 发电，
3 改善通航条件。
弊： 1 淹没文物， 2 改变生态环境甚至滑坡， 3 移民安置社会问题，
世界十大水坝
混凝土重力坝 目前世界已建最高的是瑞士的大狄克逊，高285m， 中国最大的三峡，坝高181m。
混凝土拱坝： 已建最高的为前苏联的英古里双曲拱坝，坝高271.5m， 在建的是中国的小湾，坝高294.5m；
1917年，孙中山先生在《建国方略》中最早提出建设三峡（瞿塘 峡、巫峡和西陵峡）工程的设想，称改良此上游一段，当以水闸 堰其水，使舟得溯流以行，而又可资其水力。
1932年，国民政府建设委员会派出勘测队在三峡进行为期约两个 月的勘查和测量，编写了《扬子江上游水力发电测勘报告》，拟 定了葛洲坝、黄陵庙两处低坝方案。这是我国专为开发三峡水力 资源进行的第一次勘测和设计工作。
量纲为 M/T2L2 ，国际单位为N/m3 —般采用g=9.8m/s2
一个标准大气压下，温度为40C时的纯净水（淡水）
密度 1000 kg / m3 容重 9.8kN / m3
3．粘滞性
当液体处于运动状态时，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 性或简称粘性，此内摩擦力又称为粘滞力 。
1994年12月14日正式开工建设，历经十年奋战，终于 实现了一代伟人“更立西江石壁，截断巫山云雨，高 峡出平湖”的世纪梦想。
长江三峡水利枢纽，是当今世界上最大的水利枢
纽工程，已被列为全球超级工程之一。它是一个具有
防洪、发电、航运等多开发目标的大型水利水电工程。
项目总投资约2050亿元人民币。 2009年完工，
土石坝 已建最高的是前苏联的罗贡心墙土石坝，坝高335m。
第一章 绪 论
§1—1 水力学的研究内容 §1—2 液体的主要物理性质 §1—3 作用在液体上的力
§1—1 水力学的研究内容
水力学：研究液体机械运动规律及其实际应用的一门科学， 是力学的一个分支，它是专门研究水流运动的一门技术科学。
把液体视为连续介质后，液体运动中的物理量都可视为空间坐 标和时间的连续函数，就可以利用连续函数的分析方法来研究液体 运动。实践也证明，采用液体连续介质模型解决—般工程中的水力 学问题是能够满足要求的。
2 密度和容重
密度 ρ=M/V 量纲为M/L3
，国际单位为kg/m3
容重（均匀液体重度）： γ=M g/ V
牛顿平板实验：平板面积 A，板间充满液体，设下板固定不动， 上板受拉力T作用，以匀速U向右运动。当 h或 U不大时，板间速度 为线形分布。
牛顿 内摩擦定律
T AU 则附于上板的切应力 h
T U（为动力粘性系数）
Ah
任一液层有R T，任一液层切应力皆为
（上下部液体在y平面上的剪力）（粘滞力，摩擦力）
参考书：《水力学》《流体力学》
世界最高坝（至2014.12）——罗贡坝
世界最高的土石坝，也是世界最高坝。 工程于1975年开工，1989年完工，位于塔吉克斯
坦 阿姆河支流 瓦赫什河上。 工程主要任务是灌溉与发电。 最大坝高335米，坝顶长660米，坝顶宽20米，底
宽1500米。 坝体体积7550万立方米。水库库容133亿立方米。
能发电18000兆瓦，相当于18个核电站的发电量。改
善650公里长江航线的航运条件。
三峡大坝建在三斗坪中堡岛，建成后其雄伟壮观
的大坝长达2335米，高达70米以上，犹如一座横跨长
江上的“水上长城”。
三峡大坝的利于弊:
利：1 防洪。
能控制百年一遇洪水，确保中下游安全。遇千年一遇
。 洪水，配合分 洪区分洪，可避免发生毁坝的危害
自然界物质存在的一般形式有三种，即固体、液体和气体。 流体：液体和气体统称为流体，在性质上有许多异同之处， 在一定条件下，水力学的运动规律也适用于气体运动。
流体与固体的主要区别：对外力抵抗的能力不同。
固体：可以抵抗一定的拉力、压力和剪力，当外力作用于固体 时，固体将产生相应的变形，相应的科学有材料力学、弹性力学等。
U du 牛顿内摩擦定律
h dh
U du
h dh
液体的粘滞系数μ，ν
1956年，毛主席在武汉畅游长江后写下《水调目： 游泳
才饮长沙水，又食武昌鱼。万里长江横 渡，极目楚天舒。不管风吹浪打，胜似 闲庭信步，今日得宽余，子在川上曰： 逝者如斯夫！
风樯动，龟蛇静，起宏图。一桥飞架南 北，天堑变通途。更立西江石壁，截断 巫山云雨，高峡出平湖。神女应无恙， 当惊世界殊。
1946年，国民政府资源委员会与美国垦务局正式签订合约，由该 局代为进行三峡大坝的设计；中国派遣技术人员前往美国参加设 计工作。有关部门初步进行了坝址及库区测量、地质调查与钻探、 经济调查、规划及设计工作等。
1947年5月，面临崩溃的国民政府，中止了三峡水力发电计划的 实施，撤回在美的全部技术人员。美国垦务局工程师福斯脱在写 给中国同事的信中说：伟大如三峡计划，中国自不能久置不问， 相信于不久之将来，定有兴工之一日。
小湾水电站：最大坝高294.5米
目前世界已经蓄水的最高拱坝
位于云南省南涧县与凤庆县交界的澜沧江中游河段，是国家 重点工程和实施西部大开发、“西电东送”战略的标志性工 程，该电站总装机容量420万千瓦，总库容约149亿立方米。
三峡大坝：世界上最大的混凝土重力坝
三峡大坝坝顶高程185米，最大坝高181米；坝顶宽度15米；底 部宽度一般为126米；大坝轴线全长2309米。混凝土浇筑量达1600 多万立方米，1米见方的体积排列，可绕地球赤道三圈。 最大113m的水位落差 。五级船闸每次历时超过2.5-3小时 。
流体：几乎不能承受拉力，处于静止状态下的流体还不能抵抗 剪力，即流体在很小剪力作用下将发生连续不断的变形，流体的这 种特性称为 易流动性。
§1—2 液体的主要物理性质
1 连续介质模型（假说）
在水力学中，把液体作为连续介质看待，即假设液体是一种充 满其所占据空间毫无空隙的连续体。（瑞士学者欧拉，1753年）
2 发电，
3 改善通航条件。
弊： 1 淹没文物， 2 改变生态环境甚至滑坡， 3 移民安置社会问题，
世界十大水坝
混凝土重力坝 目前世界已建最高的是瑞士的大狄克逊，高285m， 中国最大的三峡，坝高181m。
混凝土拱坝： 已建最高的为前苏联的英古里双曲拱坝，坝高271.5m， 在建的是中国的小湾，坝高294.5m；
1917年，孙中山先生在《建国方略》中最早提出建设三峡（瞿塘 峡、巫峡和西陵峡）工程的设想，称改良此上游一段，当以水闸 堰其水，使舟得溯流以行，而又可资其水力。
1932年，国民政府建设委员会派出勘测队在三峡进行为期约两个 月的勘查和测量，编写了《扬子江上游水力发电测勘报告》，拟 定了葛洲坝、黄陵庙两处低坝方案。这是我国专为开发三峡水力 资源进行的第一次勘测和设计工作。
量纲为 M/T2L2 ，国际单位为N/m3 —般采用g=9.8m/s2
一个标准大气压下，温度为40C时的纯净水（淡水）
密度 1000 kg / m3 容重 9.8kN / m3
3．粘滞性
当液体处于运动状态时，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 性或简称粘性，此内摩擦力又称为粘滞力 。
1994年12月14日正式开工建设，历经十年奋战，终于 实现了一代伟人“更立西江石壁，截断巫山云雨，高 峡出平湖”的世纪梦想。
长江三峡水利枢纽，是当今世界上最大的水利枢
纽工程，已被列为全球超级工程之一。它是一个具有
防洪、发电、航运等多开发目标的大型水利水电工程。
项目总投资约2050亿元人民币。 2009年完工，
土石坝 已建最高的是前苏联的罗贡心墙土石坝，坝高335m。
第一章 绪 论
§1—1 水力学的研究内容 §1—2 液体的主要物理性质 §1—3 作用在液体上的力
§1—1 水力学的研究内容
水力学：研究液体机械运动规律及其实际应用的一门科学， 是力学的一个分支，它是专门研究水流运动的一门技术科学。
把液体视为连续介质后，液体运动中的物理量都可视为空间坐 标和时间的连续函数，就可以利用连续函数的分析方法来研究液体 运动。实践也证明，采用液体连续介质模型解决—般工程中的水力 学问题是能够满足要求的。
2 密度和容重
密度 ρ=M/V 量纲为M/L3
，国际单位为kg/m3
容重（均匀液体重度）： γ=M g/ V
牛顿平板实验：平板面积 A，板间充满液体，设下板固定不动， 上板受拉力T作用，以匀速U向右运动。当 h或 U不大时，板间速度 为线形分布。
牛顿 内摩擦定律
T AU 则附于上板的切应力 h
T U（为动力粘性系数）
Ah
任一液层有R T，任一液层切应力皆为
（上下部液体在y平面上的剪力）（粘滞力，摩擦力）
参考书：《水力学》《流体力学》
世界最高坝（至2014.12）——罗贡坝
世界最高的土石坝，也是世界最高坝。 工程于1975年开工，1989年完工，位于塔吉克斯
坦 阿姆河支流 瓦赫什河上。 工程主要任务是灌溉与发电。 最大坝高335米，坝顶长660米，坝顶宽20米，底
宽1500米。 坝体体积7550万立方米。水库库容133亿立方米。
能发电18000兆瓦，相当于18个核电站的发电量。改
善650公里长江航线的航运条件。
三峡大坝建在三斗坪中堡岛，建成后其雄伟壮观
的大坝长达2335米，高达70米以上，犹如一座横跨长
江上的“水上长城”。
三峡大坝的利于弊:
利：1 防洪。
能控制百年一遇洪水，确保中下游安全。遇千年一遇
。 洪水，配合分 洪区分洪，可避免发生毁坝的危害
自然界物质存在的一般形式有三种，即固体、液体和气体。 流体：液体和气体统称为流体，在性质上有许多异同之处， 在一定条件下，水力学的运动规律也适用于气体运动。
流体与固体的主要区别：对外力抵抗的能力不同。
固体：可以抵抗一定的拉力、压力和剪力，当外力作用于固体 时，固体将产生相应的变形，相应的科学有材料力学、弹性力学等。
U du 牛顿内摩擦定律
h dh
U du
h dh
液体的粘滞系数μ，ν
1956年，毛主席在武汉畅游长江后写下《水调目： 游泳
才饮长沙水，又食武昌鱼。万里长江横 渡，极目楚天舒。不管风吹浪打，胜似 闲庭信步，今日得宽余，子在川上曰： 逝者如斯夫！
风樯动，龟蛇静，起宏图。一桥飞架南 北，天堑变通途。更立西江石壁，截断 巫山云雨，高峡出平湖。神女应无恙， 当惊世界殊。
1946年，国民政府资源委员会与美国垦务局正式签订合约，由该 局代为进行三峡大坝的设计；中国派遣技术人员前往美国参加设 计工作。有关部门初步进行了坝址及库区测量、地质调查与钻探、 经济调查、规划及设计工作等。
1947年5月，面临崩溃的国民政府，中止了三峡水力发电计划的 实施，撤回在美的全部技术人员。美国垦务局工程师福斯脱在写 给中国同事的信中说：伟大如三峡计划，中国自不能久置不问， 相信于不久之将来，定有兴工之一日。